(57)【要約】      （修正有）【課題】環境温度の変化があっても高精度に光周波数差をモニタできる光周波数差モニタ装置およびこれを用いた光装置を提供する。【解決手段】光周波数に対して周期的な透過特性または反射特性を有する弁別光フィルタ１と、弁別光フィルタ１に入力されて透過または反射した２つの光波を受光し、２つの光波に対する弁別光フィルタ１の透過率の差または反射率の差をもとに２つの光波の光周波数差を検出する光周波数差モニタ部２と、を備え、２つの光波は、互いに光周波数が異なり、温度変化に依らずに互いの光軸を一致させた状態で弁別光フィルタ１に入力される光周波数モニタ装置１０。【選択図】図１
2015149411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光周波数に対して周期的な透過特性または反射特性を有する弁別光フィルタと、
前記弁別光フィルタに入力されて透過または反射した２つの光波を受光し、前記２つの光波に対する前記弁別光フィルタの透過率の差または反射率の差をもとに前記２つの光波の光周波数差を検出する光周波数差モニタ部と、
を備え、前記２つの光波は、互いに光周波数が異なり、温度変化に依らずに互いの光軸を一致させた状態で前記弁別光フィルタに入力されることを特徴とする光周波数モニタ装置。
【請求項２】
前記互いの光軸を一致させた状態の２つの光波を２つに分岐する光分岐器と、
前記分岐した２つの光波の一方の光パワーを検出する光パワー検出部と、
を備え、前記分岐した２つの光波の他方が前記弁別光フィルタに入力されることを特徴とする請求項１に記載の光周波数モニタ装置。
【請求項３】
前記光周波数差モニタ部は、前記２つの光波をそれぞれ選択的に透過する２つの選択光フィルタと、前記２つの選択光フィルタを透過した各光波をそれぞれ受光する２つの受光器と、を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光周波数モニタ装置。
【請求項４】
前記２つの光波は、所定のビーム径を有し、前記２つの選択光フィルタは、前記２つの光波のビーム径の範囲に含まれるように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の光周波数モニタ装置。
【請求項５】
前記弁別光フィルタはエタロンフィルタであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光周波数モニタ装置。
【請求項６】
前記２つの光波が入力され、該２つの光波を導波して互いの光軸を一致させた状態とする光導波路を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光周波数モニタ装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一つに記載の光周波数モニタ装置と、
前記２つの光波をレーザ光として出力する２つのレーザ素子を含む、互いに光周波数が異なるレーザ光を出力する複数のレーザ素子と、前記複数のレーザ素子から出力されるレーザ光を導波する光導波路と、を有する集積素子チップと、
前記光周波数モニタ装置のモニタ結果をもとに前記２つの光波の光周波数を制御する制御部と、
を備え、
前記光導波路が前記２つの光波を導波して互いの光軸を一致させることを特徴とする光装置。
【請求項８】
前記２つの光波のそれぞれに互いに直交した変調信号を加える２つの第１変調器を備え、
前記光周波数差モニタ部は、前記２つの第１変調器によって加えられた変調信号を直交復調する復調部を備えることを特徴とする請求項７に記載の光装置。
【請求項９】
前記集積素子チップは、前記各レーザ素子から出力されたレーザ光を光増幅する複数の第１半導体光増幅器と、前記各レーザ素子から出力されたレーザ光を合波して前記光導波路に出力する光合波器と、前記合波されたレーザ光を光増幅する第２半導体光増幅器と、をさらに有することを特徴とする請求項７または８に記載の光装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記２つのレーザ素子に供給する駆動電流の値を調整することによって、前記２つの光波の光周波数を制御することを特徴とする請求項７〜９のいずれか一つに記載の光装置。
【請求項１１】
前記集積素子チップは、前記２つのレーザ素子にそれぞれ設けられた２つのヒータをさらに有し、
前記制御部は、前記ヒータにより前記２つのレーザ素子の温度を調整することによって、前記２つの光波の光周波数を制御することを特徴とする請求項７〜９のいずれか一つに記載の光装置。
【請求項１２】
前記２つのレーザ素子は分布帰還型レーザ素子であることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一つに記載の光装置。
【請求項１３】
前記２つの光波は、第１の２つの光波と、第２の２つの光波とに分割され、
前記弁別光フィルタには前記第１の２つの光波が入力され、
前記集積素子チップは、前記第２の２つの光波に変調を加える第２変調器をさらに有していることを特徴とする請求項７〜１２のいずれか一つに記載の光装置。
【請求項１４】
前記２つのレーザ素子は、それぞれの対向する端面からそれぞれ、前記２つの光波を出力し、
前記弁別光フィルタには前記２つの光波の一方が入力され、
前記集積素子チップは、前記２つの光波の他方に変調を加える第２変調器をさらに有していることを特徴とする請求項７〜１２のいずれか一つに記載の光装置。
【請求項１５】
前記弁別光フィルタの光周波数に対する弁別周期は、目的とする光周波数差の整数分の１であることを特徴とする請求項７〜１４のいずれか一つに記載の光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光周波数差モニタ装置および光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光・無線通信分野、分光・イメージング分野に使用する光源または電磁波源として、たとえば、光周波数が互いに異なる２つ光波を光ミキサに入力し、この２つの光波の光周波数差と一致する電磁波（マイクロ波、ミリ波、テラヘルツ波）を発生させる技術が開示されている（たとえば特許文献１、２参照）。このような技術は、光・無線分野では、無線通信用の搬送波となる電磁波（マイクロ波、ミリ波、テラヘルツ波）を高い周波数精度で発生させるための光源用途として使用され、特に光ファイバ通信との親和性の高さからＲｏＦ（Radio  on  Fiber）への応用が期待される。また、分光・イメージング分野においても、分子の指紋弁別カーブから物質を同定する等、純度の高い電磁波を安定して発生させる技術として期待されている。このとき、発生させる電磁波の周波数を安定化させるには、２つの光波の光周波数差をモニタする必要がある。
【０００３】
特許文献１では、テラヘルツ波を発生させるための光源として、光波長弁別特性を有する波長フィルタを用いて光波長を安定化させた２つ以上のレーザ光源を使用している。特許文献１では、環境温度変動に対する波長フィルタの特性の温度変動を低減する技術を用いており、各レーザ光源毎に波長フィルタを設け、各レーザ光源毎に波長フィルタの透過量が一定となるようにレーザ発振波長を制御している。このとき、レーザ光源の目標制御温度を、環境温度等で補正している。一方、特許文献２では、特許文献１と同様に波長フィルタを用いて光波長を安定化させているが、特許文献１とは異なり、２つの光波が同一の波長フィルタを透過するように構成されている。また、特許文献３では、周囲温度変動に対する、レーザ光源の温度変動と、その温度制御のためのサーミスタの温度変動とを一致させるために、サーミスタと、温度の基準となる場所との間に、サーミスタの見かけ上の熱抵抗を調整するための熱回路を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１１７９５７号公報
【特許文献２】特開２００９−２６５１０６号公報
【特許文献３】特開２００４−７９９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、たとえば特許文献１の技術では、対となる２つの光波は別々な波長フィルタに入射するが、加工精度の限界等により、環境温度の変化等に対する波長フィルタの温度変化を２つの波長フィルタで完全に一致させる事は不可能である。そのため、温度変化に対する光周波数制御量が２つの光波間で異なってしまうので、結果として光周波数差を一定に保つことが困難であるという問題があった。
【０００６】
一方、特許文献２の技術では、同一の波長フィルタに２つの光波が入射するため、波長フィルタの温度変化に関しては２つの光波に対して共通である。しかし、同じ温度であっても、波長フィルタへの光波の入射角度の違いにより、各光波に対する波長フィルタの光周波数弁別特性が異なる。ここで、光装置内の光結合系は、金属、ガラス、光学結晶等の熱膨張係数の異なる材料からなる部材の組み合わせで構成されているため、環境温度の変化等による各部材の熱膨張の程度の相違や、掛かる応力の相違等によって、２つの光波の光軸がそれぞれ異なる変化をする。その結果、２つの光波に対する波長フィルタの光周波数弁別特性が環境温度の変化等によって異なってしまうので、光周波数差を一定に保つことが困難であるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、環境温度の変化があっても高精度に光周波数差をモニタできる光周波数差モニタ装置およびこれを用いた光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光周波数モニタ装置は、光周波数に対して周期的な透過特性または反射特性を有する弁別光フィルタと、前記弁別光フィルタに入力されて透過または反射した２つの光波を受光し、前記２つの光波に対する前記弁別光フィルタの透過率の差または反射率の差をもとに前記２つの光波の光周波数差を検出する光周波数差モニタ部と、を備え、前記２つの光波は、互いに光周波数が異なり、温度変化に依らずに互いの光軸を一致させた状態で前記弁別光フィルタに入力されることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る光周波数モニタ装置は、上記発明において、前記互いの光軸を一致させた状態の２つの光波を２つに分岐する光分岐器と、前記分岐した２つの光波の一方の光パワーを検出する光パワー検出部と、を備え、前記分岐した２つの光波の他方が前記弁別光フィルタに入力されることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る光周波数モニタ装置は、上記発明において、前記光周波数差モニタ部は、前記２つの光波をそれぞれ選択的に透過する２つの選択光フィルタと、前記２つの選択光フィルタを透過した各光波をそれぞれ受光する２つの受光器と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る光周波数モニタ装置は、上記発明において、前記２つの光波は、所定のビーム径を有し、前記２つの選択光フィルタは、前記２つの光波のビーム径の範囲に含まれるように配置されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る光周波数モニタ装置は、上記発明において、前記弁別光フィルタはエタロンフィルタであることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る光周波数モニタ装置は、上記発明において、前記２つの光波が入力され、該２つの光波を導波して互いの光軸を一致させた状態とする光導波路を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る光装置は、上記発明の光周波数モニタ装置と、前記２つの光波をレーザ光として出力する２つのレーザ素子を含む、互いに光周波数が異なるレーザ光を出力する複数のレーザ素子と、前記複数のレーザ素子から出力されるレーザ光を導波する光導波路と、を有する集積素子チップと、前記光周波数モニタ装置のモニタ結果をもとに前記２つの光波の光周波数を制御する制御部と、を備え、前記光導波路が前記２つの光波を導波して互いの光軸を一致させることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る光装置は、上記発明において、前記２つの光波のそれぞれに互いに直交した変調信号を加える２つの第１変調器を備え、
前記光周波数差モニタ部は、前記２つの第１変調器によって加えられた変調信号を直交復調する復調部を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る光装置は、上記発明において、前記集積素子チップは、前記各レーザ素子から出力されたレーザ光を光増幅する複数の第１半導体光増幅器と、前記各レーザ素子から出力されたレーザ光を合波して前記光導波路に出力する光合波器と、前記合波されたレーザ光を光増幅する第２半導体光増幅器と、をさらに有することを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る光装置は、上記発明において、前記制御部は、前記２つのレーザ素子に供給する駆動電流の値を調整することによって、前記２つの光波の光周波数を制御することを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る光装置は、上記発明において、前記集積素子チップは、前記２つのレーザ素子にそれぞれ設けられた２つのヒータをさらに有し、前記制御部は、前記ヒータにより前記２つのレーザ素子の温度を調整することによって、前記２つの光波の光周波数を制御することを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る光装置は、上記発明において、前記２つのレーザ素子は分布帰還型レーザ素子であることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る光装置は、上記発明において、前記２つの光波は、第１の２つの光波と、第２の２つの光波とに分割され、前記弁別光フィルタには前記第１の２つの光波が入力され、前記集積素子チップは、前記第２の２つの光波に変調を加える第２変調器をさらに有していることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る光装置は、上記発明において、前記２つのレーザ素子は、それぞれの対向する端面からそれぞれ、前記２つの光波を出力し、前記弁別光フィルタには前記２つの光波の一方が入力され、前記集積素子チップは、前記２つの光波の他方に変調を加える第２変調器をさらに有していることを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る光装置は、上記発明において、前記弁別光フィルタの光周波数に対する弁別周期は、目的とする光周波数差の整数分の１であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、環境温度の変化があっても高精度に光周波数差をモニタできるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、実施の形態１に係る光周波数差モニタ装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示す光周波数差モニタ装置の動作を説明する図である。
【図３】図３は、実施の形態２に係る光周波数差モニタ装置の構成を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態３に係る光周波数差モニタ装置の構成を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態４に係る光周波数差モニタ装置の構成を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態５に係る光装置の構成を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態６に係る光装置の構成を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態７に係る光装置の構成を示す図である。
【図９】図９は、実施の形態８に係る光装置の構成を示す図である。
【図１０】図１０は、変調信号における周波数広がりを説明する図である。
【図１１】図１１は、実施の形態９に係る光装置の構成を示す図である。
【図１２】図１２は、実施の形態１０に係る光周波数差モニタ装置の構成を示す図である。
【図１３】図１３は、公知の光周波数差モニタ装置の構成を示す図である。
【図１４】図１４は、図１３に示す光周波数差モニタ装置の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、図面を参照して本発明に係る光周波数差モニタ装置および光装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。
【００２６】
上述したように、特許文献２の技術のように同一の波長フィルタ（弁別光フィルタ）に２つの光波が入力するようにしたとしても、２つの光波の光周波数差を一定に保つことが困難であるという問題がある。
【００２７】
図１３は、特許文献２の技術に対応する、公知の光周波数差モニタ装置の構成を示す図である。図１３に示すように、光周波数差モニタ装置１０００は、弁別光フィルタ１００１と、光周波数差モニタ部１００２とを備えている。
【００２８】
弁別光フィルタ１００１は、光周波数に対して周期的な透過特性を有しており、たとえばエタロンフィルタである。
【００２９】
弁別光フィルタ１００１には、図示しない２つの光源から、光周波数差をモニタすべき２つの光波Ｗ１００１、Ｗ１００２が入力されるとする。２つの光波Ｗ１００１、Ｗ１００２は、互いに光周波数が異なる。
【００３０】
光周波数差モニタ部１００２は、弁別光フィルタ１００１に入力されて透過した２つの光波Ｗ１００１、Ｗ１００２を受光し、２つの光波Ｗ１００１、Ｗ１００２の透過率の差または反射率の差をもとに、２つの光波Ｗ１００１、Ｗ１００２の周波数差をモニタすることができるように構成されている。
【００３１】
ここで、上述したように、環境温度の変化等による各部材の熱膨張の程度の相違等によって、２つの光波Ｗ１００１、Ｗ１００２の光軸がそれぞれ異なる変化をし、それぞれ光波Ｗ１０１１、Ｗ１０１２になるとともに、弁別光フィルタ１００１も破線で示すように配置が変位する。
【００３２】
図１４は、図１３に示す光周波数差モニタ装置の動作を説明する図である。図１４は、弁別光フィルタ１００１の透過弁別カーブを示している。図１４において、横軸は光の周波数、縦軸は透過率を表している。また、図１４（ａ）において、弁別カーブＳ１００１は、ある環境温度Ｔ１での光波Ｗ１００１に対する弁別光フィルタ１００１の透過弁別カーブを示している。弁別カーブＳ１０１１は、Ｔ１とは異なる環境温度Ｔ２での光波Ｗ１０１１に対する弁別光フィルタ１００１の透過弁別カーブを示している。また、図１４（ｂ）において、弁別カーブＳ１００２は、ある環境温度Ｔ１での光波Ｗ１００２に対する弁別光フィルタ１００１の透過弁別カーブを示している。弁別カーブＳ１０１２は、環境温度Ｔ２での光波Ｗ１０１２に対する弁別光フィルタ１００１の透過弁別カーブを示している。
【００３３】
まず、環境温度Ｔ１において、弁別光フィルタ１００１に２つの光波Ｗ１００１、Ｗ１００２が入力すると、弁別光フィルタ１００１は光波Ｗ１００１、Ｗ１００２をそれらの光周波数に応じた透過率で透過する（それぞれ点Ｐ１００１、Ｐ１００２で図示する）。ここで、弁別光フィルタ１００１は、光波Ｗ１００１、Ｗ１００２のそれぞれの光軸に対して傾斜されて配置している。その傾斜角度は、弁別カーブＳ１００１、Ｓ１００２が光周波数（図１４の横軸）に対して傾斜した領域に光波Ｗ１００１、Ｗ１００２の光周波数が位置するように設定される。その結果、たとえば光波Ｗ１００１の光周波数が変動すると光波Ｗ１００１に対する弁別光フィルタ１００１の透過率が変化するので、弁別光フィルタ１００１は光波Ｗ１００１に対して光周波数の変動を検出することができる。同様に、弁別光フィルタ１００１は光波Ｗ１００２に対しても光周波数の変動を検出することができる。
【００３４】
所定の透過率で弁別光フィルタ１００１を透過した光波Ｗ１００１、Ｗ１００２は光周波数差モニタ部１００２に入力される。光周波数差モニタ部１００２は、光波Ｗ１００１、Ｗ１００２を受光して、光波Ｗ１００１、Ｗ１００２に対する弁別光フィルタ１００１の透過率をそれぞれ測定し、その透過率の差から光波Ｗ１００１、Ｗ１００２の光周波数差Ｄ１００１を検出する。
【００３５】
したがって、光周波数差モニタ部１００２において検出される透過率の差が一定になるように、光波Ｗ１００１、Ｗ１００２の光周波数を調整すれば、光波Ｗ１００１、Ｗ１００２の光周波数差Ｄ１００１の値は一定になる。
【００３６】
ここで、環境温度がＴ１からＴ２に変動すると、弁別光フィルタ１００１の透過弁別カーブは、図１４（ａ）に示すように光波Ｗ１０１１に対しては矢印Ａ１００１のように変動し、弁別カーブＳ１０１１になる。一方、光波Ｗ１０１２に対しては矢印Ａ１００２のように変動し、弁別カーブＳ１０１２になる。この場合、矢印Ａ１００１、Ａ１００２を比較するとわかるように、各光波に対して弁別光フィルタ１００１の透過弁別カーブの変動量が異なる。このように同じ温度変動であっても矢印Ａ１００１、Ａ１００２で示す変動量が異なるのは、光波Ｗ１００１、Ｗ１００２の、弁別光フィルタ１００１に対する光軸変化が異なるためである。その結果、光周波数差モニタ部１００２において検出される透過率の差が一定になるように、光波Ｗ１０１１、Ｗ１０１２の光周波数を調整して図１４の点Ｐ１００３、Ｐ１００４で示すようにしたとしても、光波Ｗ１０１１、Ｗ１０１２の光周波数差は光周波数差Ｄ１００２となってしまい、環境温度Ｔ１における光周波数差Ｄ１００１の値とは異なってしまう。
【００３７】
これに対して、以下に説明する本発明の実施の形態によれば、環境温度の変化があっても高精度に光周波数差をモニタできる。
【００３８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光周波数差モニタ装置の構成を示す図である。図１に示すように、光周波数差モニタ装置１０は、弁別光フィルタ１と、光周波数差モニタ部２とを備えている。
【００３９】
弁別光フィルタ１は、光周波数に対して周期的な透過特性を有しており、たとえばエタロンフィルタである。この透過特性の周期はたとえば５０ＧＨｚである。
【００４０】
弁別光フィルタ１には、図示しない２つの光源から、光周波数差をモニタすべき２つの光波Ｗ１、Ｗ２が入力されるとする。２つの光波Ｗ１、Ｗ２は、互いに光周波数が異なり、環境温度の変化に依らずに互いの光軸を一致させた状態で弁別光フィルタ１に入力される。なお、図１およびそれ以降の図では、図示する便宜上、２つの光波Ｗ１、Ｗ２の光軸をずらして表している。
【００４１】
光周波数差モニタ部２は、弁別光フィルタ１に入力されて透過した２つの光波Ｗ１、Ｗ２を受光し、２つの光波Ｗ１、Ｗ２の透過率の差をもとに、２つの光波Ｗ１、Ｗ２の周波数差をモニタすることができるように構成されている。光周波数差モニタ部２は、たとえば、２つの光波Ｗ１、Ｗ２をその光周波数毎に分離する光分波器と、分離した光波Ｗ１、Ｗ２をそれぞれ受光し、光波Ｗ１、Ｗ２の光パワーに対応する値の電流を出力するフォトダイオード（ＰＤ）と、ＰＤから出力された、光波Ｗ１、Ｗ２の光パワーに対応する値の電流が入力されると、該電流の値に基づいて、２つの光波Ｗ１、Ｗ２の透過率の差を演算する演算処理部とで構成される。演算処理部は、オペアンプ等の演算増幅器を用いたアナログ回路や、電流と透過率との関係を表すテーブルデータを記憶する記憶部を備えて、該テーブルデータを参照して透過率の差を演算するデジタル回路等で構成される。
【００４２】
図２は、図１に示す光周波数差モニタ装置の動作を説明する図である。図２は、弁別光フィルタ１の透過弁別カーブを示している。図２において、横軸は光の周波数、縦軸は透過率を表している。また、弁別カーブＳ１は、ある環境温度Ｔ１での弁別光フィルタ１の透過弁別カーブを示している。弁別カーブＳ２は、Ｔ１とは異なる環境温度Ｔ２での弁別光フィルタ１の透過弁別カーブを示している。
【００４３】
まず、環境温度Ｔ１において、弁別光フィルタ１に２つの光波Ｗ１、Ｗ２が入力すると、弁別光フィルタ１は光波Ｗ１、Ｗ２をそれらの光周波数に応じた透過率で透過する（それぞれ点Ｐ１、Ｐ２で図示する）。ここで、弁別光フィルタ１は、光波Ｗ１、Ｗ２の光軸に対して傾斜されて配置している。その傾斜角度は、弁別カーブＳ１が光周波数（図２の横軸）に対して傾斜した領域に光波Ｗ１、Ｗ２の光周波数が位置するように設定される。その結果、たとえば光波Ｗ１の光周波数が変動すると光波Ｗ１に対する弁別光フィルタ１の透過率が変化するので、弁別光フィルタ１は光波Ｗ１に対して光周波数弁別機能を発揮する。同様に、弁別光フィルタ１は光波Ｗ２に対しても光周波数弁別機能を発揮する。なお、弁別光フィルタ１の光周波数に対する周期（弁別周期）が、目的とする光波Ｗ１、Ｗ２の光周波数差の整数分の１であれば、弁別カーブＳ１が光周波数に対して傾斜した領域に、光波Ｗ１、Ｗ２の光周波数を好適に配置することができるので好ましい。
【００４４】
所定の透過率で弁別光フィルタ１を透過した光波Ｗ１、Ｗ２は光周波数差モニタ部２に入力される。光周波数差モニタ部２は、光波Ｗ１、Ｗ２を受光して、光波Ｗ１、Ｗ２に対する弁別光フィルタ１の透過率をそれぞれ測定し、その透過率の差から光波Ｗ１、Ｗ２の光周波数差Ｄ１を検出する。
【００４５】
したがって、光周波数差モニタ部２において検出される透過率の差が一定になるように、光波Ｗ１、Ｗ２の光周波数を調整すれば、光波Ｗ１、Ｗ２の光周波数差Ｄ１の値は一定になる。
【００４６】
ここで、環境温度がＴ１からＴ２に変動し、弁別光フィルタ１の透過弁別カーブが矢印Ａ１のように変動し、弁別カーブＳ２になるとする。
【００４７】
このとき、本実施の形態１に係る光周波数差モニタ装置１０では、２つの光波Ｗ１、Ｗ２は、環境温度の変化に依らずに互いの光軸を一致させた状態で弁別光フィルタ１に入力される。その結果、図１４を用いて説明した公知技術の場合とは異なり、各光波Ｗ１、Ｗ２に対して弁別光フィルタ１の透過弁別カーブの変動量が同一である。
【００４８】
したがって、環境温度がＴ２の場合において、光周波数差モニタ部２において検出される透過率の差が一定になるように光波Ｗ１、Ｗ２の光周波数を調整すると、光波Ｗ１、Ｗ２の光周波数はそれぞれ点Ｐ３、Ｐ４で示す値となり、光周波数差は光周波数差Ｄ２となる。このとき、光周波数差Ｄ２の値は光周波数差Ｄ１の値と同一である。したがって、光周波数差モニタ装置１０は、環境温度の変化があっても、光周波数差の値が保たれるようにモニタを行うことができる。
【００４９】
すなわち、下記式（１）が成り立つようにすれば、環境温度の変化があっても、光周波数差の値が保たれる。
（光波Ｗ２の透過率（温度変動前））−（光波Ｗ１の透過率（温度変動前））
＝（光波Ｗ２の透過率（温度変動後））−（光波Ｗ１の透過率（温度変動後））  ・・・  （１）
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態１に係る光周波数差モニタ装置１０では、環境温度の変化があっても高精度に光周波数差をモニタできる。
【００５１】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係る光周波数差モニタ装置の構成を示す図である。図３に示すように、光周波数差モニタ装置２０は、弁別光フィルタ１と、光周波数差モニタ部２と、ハーフミラー３ａ、３ｂと、光パワー検出部４と、を備えている。
【００５２】
光分岐器としてのハーフミラー３ａ、３ｂは、２つの光波Ｗ１、Ｗ２の光路に配置されている。ハーフミラー３ａは、２つの光波Ｗ１、Ｗ２の一部を反射し、残りの部分を透過する。ハーフミラー３ｂは、ハーフミラー３ａが透過した２つの光波Ｗ１、Ｗ２の一部を反射し、残りの部分を透過する。
【００５３】
光パワー検出部４は、ハーフミラー３ａが反射した２つの光波Ｗ１、Ｗ２が入力されるように配置されている。弁別光フィルタ１および光周波数差モニタ部２は、ハーフミラー３ｂが反射した２つの光波Ｗ１、Ｗ２が順次入力されるように配置されている。
【００５４】
光パワー検出部４は、たとえば、２つの光波Ｗ１、Ｗ２をその光周波数毎に分離する光分波器と、分離した光波Ｗ１、Ｗ２をそれぞれ受光するＰＤとを備えており、入力された２つの光波Ｗ１、Ｗ２の光パワーを検出できるように構成されている。光パワー検出部４は、検出した光パワーの値を、たとえば電流値として光周波数差モニタ部２に出力する。
【００５５】
光周波数差モニタ部２は、弁別光フィルタ１に入力されて透過した２つの光波Ｗ１、Ｗ２を受光し、２つの光波Ｗ１、Ｗ２の透過率の差をもとに、２つの光波Ｗ１、Ｗ２の周波数差をモニタすることができるように構成されている。このとき、光周波数差モニタ部２は、光パワー検出部４から入力された２つの光波Ｗ１、Ｗ２の光パワーに対応する電流値を用いて、２つの光波Ｗ１、Ｗ２の透過率の差を測定する。たとえば、光波Ｗ１の透過率を検出する場合には、下記式（２）
（光周波数差モニタ部２で検出した光波Ｗ１の光パワーの値）／（光パワー検出部４で検出した光波Ｗ１の光パワーの値）  ・・・  （２）
を用いて演算を行って光波Ｗ１の透過率を測定する。これによって、光周波数差モニタ部２は、２つの光波Ｗ１、Ｗ２の光パワーが変動してもより正確に透過率を測定することができる。また、ハーフミラー３ａ、３ｂの反射率及び透過率が光波Ｗ１、Ｗ２に対して同値であれば、両者の透過率の差を管理する性質上重要で無いため、上式（２）では省略している。
【００５６】
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３に係る光周波数差モニタ装置の構成を示す図である。図４に示すように、光周波数差モニタ装置３０は、弁別光フィルタ１Ａと、光周波数差モニタ部２と、ハーフミラー３ａ、３ｂと、光パワー検出部４と、を備えている。
【００５７】
光周波数差モニタ装置３０では、弁別光フィルタ１Ａは、光周波数に対して周期的な反射特性を有する反射型光フィルタであり、たとえばエタロンフィルタを用いて構成することができる。弁別光フィルタ１Ａはたとえば図２に示した弁別カーブにおいて透過率を反射率に置き換えた反射弁別カーブを有している。そして、弁別光フィルタ１Ａと、光周波数差モニタ部２と、ハーフミラー３ｂとは、弁別光フィルタ１Ａが、ハーフミラー３ｂで反射された２つの光波Ｗ１、Ｗ２を反射し、光周波数差モニタ部２が、弁別光フィルタ１Ａで反射されてハーフミラー３ｂを透過した２つの光波Ｗ１、Ｗ２を受光するように配置されている。
【００５８】
光周波数差モニタ装置３０においても、光周波数差モニタ装置２０の場合と同様に、光周波数差モニタ部２は、２つの光波Ｗ１、Ｗ２の光パワーが変動してもより正確に透過率を測定することができる。また、ハーフミラー３ａ、３ｂの透過率の値による補正等をせずに、上記式（２）を用いることができる。
【００５９】
（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４に係る光周波数差モニタ装置の構成を示す図である。図５に示すように、光周波数差モニタ装置４０は、弁別光フィルタ１と、光周波数差モニタ部２Ａと、ハーフミラー３ａ、３ｂと、光パワー検出部４Ａと、を備えている。
【００６０】
光パワー検出部４Ａは、ハーフミラー３ａが反射した２つの光波Ｗ１、Ｗ２が入力されるように配置されている。弁別光フィルタ１および光周波数差モニタ部２Ａは、ハーフミラー３ｂが反射した２つの光波Ｗ１、Ｗ２が順次入力されるように配置されている。
【００６１】
光パワー検出部４Ａは、２つの光波Ｗ１、Ｗ２の光周波数に対応した光をそれぞれ選択的に透過する２つの選択光フィルタ４Ａａ、４Ａｂと、２つの選択光フィルタ４Ａａ、４Ａｂを透過した各光波Ｗ１、Ｗ２をそれぞれ受光する２つの受光器であるＰＤ４Ａｃ、４Ａｄと、を備えている。
【００６２】
光周波数差モニタ部２Ａは、２つの光波Ｗ１、Ｗ２の光周波数に対応した光をそれぞれ選択的に透過する２つの選択光フィルタ２Ａａ、２Ａｂと、２つの選択光フィルタ２Ａａ、２Ａｂを透過した各光波Ｗ１、Ｗ２をそれぞれ受光する２つの受光器であるＰＤ２Ａｃ、２Ａｄと、演算処理部２Ａｅとを備えている。
【００６３】
ここで、２つの光波Ｗ１、Ｗ２は、いずれも所定のビーム径ＢＤを有している。ビーム径ＢＤは、２つの光波Ｗ１、Ｗ２を所定の拡大倍率のコリメータレンズ系に透過させることで調整できる。そして、光パワー検出部４Ａの２つの選択光フィルタ４Ａａ、４Ａｂは、ビーム径ＢＤの範囲に含まれるように略並列して配置されている。これによって、２つの光波Ｗ１、Ｗ２は、光周波数毎に分離する光分波器を用いなくとも、各選択光フィルタ４Ａａ、４Ａｂに入力される。このとき、選択光フィルタ４Ａａは光波Ｗ１を選択的に透過するので、ＰＤ４Ａｃには光波Ｗ１のみが入力される。したがって、ＰＤ４Ａｃから出力される電流の値は、光波Ｗ１の光パワーを反映したものになる。同様に、選択光フィルタ４Ａｂは光波Ｗ２を選択的に透過するので、ＰＤ４Ａｄには光波Ｗ２のみが入力される。したがって、ＰＤ４Ａｄから出力される電流の値は、光波Ｗ２の光パワーを反映したものになる。
【００６４】
同様に、光周波数差モニタ部２Ａの２つの選択光フィルタ２Ａａ、２Ａｂは、ビーム径ＢＤの範囲に含まれるように略並列して配置されている。これによって、２つの光波Ｗ１、Ｗ２は、光周波数毎に分離する光分波器を用いなくとも、各選択光フィルタ２Ａａ、２Ａｂに入力される。このとき、選択光フィルタ２Ａａは光波Ｗ１を選択的に透過するので、ＰＤ２Ａｃには光波Ｗ１のみが入力される。したがって、ＰＤ２Ａｃから出力される電流の値は、光波Ｗ１の光パワーを反映したものになる。同様に、選択光フィルタ２Ａｂは光波Ｗ２を選択的に透過するので、ＰＤ２Ａｄには光波Ｗ２のみが入力される。したがって、ＰＤ２Ａｄから出力される電流の値は、光波Ｗ２の光パワーを反映したものになる。
【００６５】
演算処理部２Ａｅは、ＰＤ２Ａｃ、２Ａｄ、４Ａｃ、４Ａｄから電流を入力されると、該電流に基づいて、２つの光波Ｗ１、Ｗ２の透過率の差を演算する。このとき、演算処理部２Ａｅは、光パワー検出部４Ａから入力された２つの光波Ｗ１、Ｗ２の光パワーに対応する電流値を用いて、たとえば上述した式（２）を用いて２つの光波Ｗ１、Ｗ２の透過率の差を演算する。これによって、光周波数差モニタ部２Ａは、２つの光波Ｗ１、Ｗ２の光パワーが変動してもより正確に透過率を測定することができる。また、実施の形態３、４と同様にハーフミラー３ａ、３ｂの透過率の値による補正等をせずに、上記式（２）を用いることができる。
【００６６】
（実施の形態５）
図６は、本発明の実施の形態５に係る光装置の構成を示す図である。図６に示すように、光装置１００は、集積素子チップ１１０と、コリメータレンズ１２０と、光アイソレータ１３０と、光周波数差モニタ装置５０と、制御部１４０とを備えている。
【００６７】
集積素子チップ１１０は、半導体レーザ素子１０１ａ、１０１ｂと、第１変調器としての半導体光変調器１０２ａ、１０２ｂと、第１半導体光増幅器としての半導体光増幅器１０３ａ、１０３ｂと、光導波路アレイである光導波路１０４と、光合波器１０５と、第２半導体光増幅器としての半導体光増幅器１０６と、マイクロヒータ１０７ａ、１０７ｂとを備えている。半導体レーザ素子１０１ａ、１０１ｂと、半導体光変調器１０２ａ、１０２ｂと、半導体光増幅器１０３ａ、１０３ｂと、光導波路１０４と、光合波器１０５と、半導体光増幅器１０６とは、いずれも半導体光導波路で構成されており、集積素子チップ１１０上にモノリシックに形成されている。
【００６８】
半導体レーザ素子１０１ａ、１０１ｂは、それぞれ２つの光波Ｗ１、Ｗ２をレーザ光として半導体光変調器１０２ａ、１０２ｂのそれぞれに出力する。半導体レーザ素子１０１ａ、１０１ｂは、たとえば分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ素子であり、さらにλ／４位相シフト型ＤＦＢレーザ素子であれば、単一光周波数の光波を出力する素子が高い歩留りで生産できるので好ましい。半導体光変調器１０２ａ、１０２ｂは、たとえば電界吸収（ＥＡ）型やマハツェン（ＭＺ）型であり、外部の信号発生器Ｍ１、Ｍ２から互いに直交した変調信号を印加されて、２つの光波Ｗ１、Ｗ２に互いに直交した変調信号（たとえば互いに位相が直交した強度変調信号または位相変調信号）を加えて出力する。なお、変調速度はたとえばｋＨｚオーダーである。半導体光増幅器１０３ａ、１０３ｂは、変調を加えられた２つの光波Ｗ１、Ｗ２をそれぞれ光増幅して出力する。光導波路１０４は、光増幅された２つの光波Ｗ１、Ｗ２を光合波器１０５に導波する。光合波器１０５は２つの光波Ｗ１、Ｗ２を合波して半導体光増幅器１０６に出力する。光合波器１０５はたとえばＭＭＩ光カプラで構成されている。半導体光増幅器１０６は合波された２つの光波Ｗ１、Ｗ２を光増幅して出力する。
【００６９】
ここで、２つの光波Ｗ１、Ｗ２は、いずれも光導波路である光合波器１０５、半導体光増幅器１０６を通過するので、互いの光軸が一致された状態となり、半導体光増幅器１０６から出力される。
【００７０】
マイクロヒータ１０７ａ、１０７ｂは、それぞれ半導体レーザ素子１０１ａ、１０１ｂに設けられている。マイクロヒータ１０７ａ、１０７ｂはたとえば半導体レーザ素子１０１ａ、１０１ｂ上に蒸着された金属薄膜で構成されている。
【００７１】
コリメータレンズ１２０は、半導体光増幅器１０６の光出力側に配置されており、半導体光増幅器１０６から出力された２つの光波Ｗ１、Ｗ２をコリメートするとともに、所定のビーム径に調整する。光アイソレータ１３０は、コリメータレンズ１２０の後段に配置されており、コリメータレンズ１２０を通過した２つの光波Ｗ１、Ｗ２を透過するとともに、集積素子チップ１１０に向かって反射光等の光が入力するのを防止する。光アイソレータ１３０を透過した２つの光波Ｗ１、Ｗ２は光周波数差モニタ装置５０に入力する。
【００７２】
ここで、光周波数差モニタ装置５０は、図３に示す光周波数差モニタ装置２０において、光周波数差モニタ部２、光パワー検出部４を、それぞれ光周波数差モニタ部２Ｂ、光パワー検出部４Ｂに置き換えた構成を有する。
【００７３】
光パワー検出部４Ｂは、一つのＰＤを備えており、ハーフミラー３ａから入力された２つの光波Ｗ１、Ｗ２を受光して、受光した光パワーの値に応じた値の電流を光周波数差モニタ部２Ｂに出力する。
【００７４】
光周波数差モニタ部２Ｂは、たとえば、ハーフミラー３ｂから入力された光波Ｗ１、Ｗ２を受光する１つのＰＤと、復調部２Ｂａと、演算処理部とで構成される。ここで、復調部２Ｂａは、光パワー検出部４Ｂの１つのＰＤおよび光周波数差モニタ部２Ｂの１つのＰＤから入力された、光波Ｗ１、Ｗ２の光パワーに対応する値の電流を入力されると、該電流に含まれる直交する変調信号を直交復調する。これにより、復調部２Ｂａは、各１つのＰＤからの電流値から、直交する変調信号を加えられた光波Ｗ１、Ｗ２に対応する電流成分を分離して、演算処理部に入力する。演算処理部は、電流と透過率との関係を表すテーブルデータを記憶する記憶部を備えており、該テーブルデータを参照して透過率の差を演算することができる。
【００７５】
さらに、光周波数差モニタ部２Ｂは、測定した透過率の差の値を制御部１４０に出力する。制御部１４０は、入力された差の値が所定の値になるように、半導体レーザ素子１０１ａ、１０１ｂが出力する光波Ｗ１、Ｗ２の光周波数を調整する。これによって、光波Ｗ１、Ｗ２の光周波数差は一定になる。なお、本実施の形態５では、制御部１４０がマイクロヒータ１０７ａ、１０７ｂに流れる電流値を制御して半導体レーザ素子１０１ａ、１０１ｂの素子温度を調整することによって、光波Ｗ１、Ｗ２の光周波数を制御する。
【００７６】
なお、光装置１００から出力された光波Ｗ１、Ｗ２は、その光周波数差が正確に制御されたものなので、たとえば図６に示すように公知の光ミキサＯＭに入力させることによって、正確な周波数の電磁波を発生させることができる。
【００７７】
（実施の形態６）
図７は、本発明の実施の形態６に係る光装置の構成を示す図である。図７に示すように、光装置２００は、図６に示す光装置１００の構成において、半導体光変調器１０２ａ、１０２ｂを削除し、光周波数差モニタ装置５０を図５に示す光周波数差モニタ装置４０に置き換えた構成を有する。
【００７８】
光装置２００では、コリメータレンズ１２０が、２つの光波Ｗ１、Ｗ２を、所定のビーム径ＢＤとする。そして、光パワー検出部４Ａの２つの選択光フィルタ４Ａａ、４Ａｂ、および光周波数差モニタ部２Ａの２つの選択光フィルタ２Ａａ、２Ａｂは、ビーム径ＢＤの範囲に含まれるように略並列して配置されている。これによって、２つの光波Ｗ１、Ｗ２は、光周波数毎に分離する光分波器を用いなくとも、各選択光フィルタ４Ａａ、４Ａｂおよび各選択光フィルタ２Ａａ、２Ａｂに入力される。
【００７９】
また、実施の形態５の場合と同様に、制御部１４０は、演算処理部２Ａｅから入力された差の値が所定の値になるように、マイクロヒータ１０７ａ、１０７ｂに流れる電流値を制御して半導体レーザ素子１０１ａ、１０１ｂの素子温度を調整することによって、光波Ｗ１、Ｗ２の光周波数を制御する。
【００８０】
（実施の形態７）
図８は、本発明の実施の形態７に係る光装置の構成を示す図である。図８（ａ）に示すように、光装置３００は、図７に示す光装置２００の構成において、集積素子チップ１１０を集積素子チップ１１０Ａに置き換えた構成を有する。
【００８１】
集積素子チップ１１０Ａは、半導体レーザ素子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄと、半導体光増幅器１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄと、光導波路アレイである光導波路１０４Ａと、光合波器１０５Ａと、半導体光増幅器１０６とを備えている。半導体レーザ素子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄと、半導体光増幅器１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄと、光導波路アレイである光導波路１０４Ａと、光合波器１０５Ａと、半導体光増幅器１０６とは、いずれも半導体光導波路で構成されており、集積素子チップ１１０Ａ上にモノリシックに形成されている。
【００８２】
半導体レーザ素子１０１ａ、１０１ｂは、それぞれ２つの光波Ｗ１、Ｗ２をレーザ光として出力する。一方、半導体レーザ素子１０１ｃ、１０１ｄは、光波Ｗ１、Ｗ２とは異なる光周波数の光波をレーザ光として出力する。この集積素子チップ１１０Ａでは、半導体レーザ素子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄのうち、レーザ光を出力させる半導体素子の組み合わせを適宜選択することによって、その組み合わせに応じた光周波数差の光波を出力することができるが、本実施の形態では、半導体レーザ素子１０１ａ、１０１ｂから、２つの光波Ｗ１、Ｗ２をレーザ光として出力させるものとする。また、本実施の形態では、半導体レーザ素子の数は４であるが、その数は特に限定されない。また、半導体レーザ素子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄは、たとえばＤＦＢレーザ素子であり、λ／４位相シフト型ＤＦＢレーザ素子であれば、単一光周波数の光波を出力する素子が高い歩留りで生産できるので好ましい。なお、図８（ｂ）は、λ／４位相シフト型ＤＦＢレーザ素子の光強度弁別カーブの一例を示す。
【００８３】
半導体光増幅器１０３ａ、１０３ｂは、２つの光波Ｗ１、Ｗ２をそれぞれ光増幅して出力する。なお、半導体光増幅器１０３ｃ、１０３ｂは、半導体レーザ素子１０１ｃ、１０１ｄから出力されるレーザ光を光増幅する場合に用いる。光導波路１０４Ａは、光増幅された２つの光波Ｗ１、Ｗ２（または半導体光増幅器１０３ｃ、１０３ｂからのレーザ光）を光合波器１０５Ａに導波する。光合波器１０５Ａは２つの光波Ｗ１、Ｗ２（または半導体光増幅器１０３ｃ、１０３ｂからのレーザ光）を合波して半導体光増幅器１０６に出力する。半導体光増幅器１０６は合波された２つの光波Ｗ１、Ｗ２（または半導体光増幅器１０３ｃ、１０３ｂからのレーザ光）を光増幅して出力する。
【００８４】
ここで、２つの光波Ｗ１、Ｗ２は、いずれも光導波路である光合波器１０５Ａ、半導体光増幅器１０６を通過するので、互いの光軸が一致された状態となり、半導体光増幅器１０６から出力される。
【００８５】
光装置３００においても、コリメータレンズ１２０が、２つの光波Ｗ１、Ｗ２（または半導体光増幅器１０３ｃ、１０３ｂからのレーザ光）を、所定のビーム径ＢＤとする。そして、光パワー検出部４Ａの２つの選択光フィルタ４Ａａ、４Ａｂ、および光周波数差モニタ部２Ａの２つの選択光フィルタ２Ａａ、２Ａｂは、ビーム径ＢＤの範囲に含まれるように略並列して配置されている。これによって、２つの光波Ｗ１、Ｗ２（または半導体光増幅器１０３ｃ、１０３ｂからのレーザ光）は、光周波数毎に分離する光分波器を用いなくとも、各選択光フィルタ４Ａａ、４Ａｂおよび各選択光フィルタ２Ａａ、２Ａｂに入力される。
【００８６】
なお、光装置３００では、制御部１４０は、演算処理部２Ａｅから入力された差の値が所定の値になるように、半導体レーザ素子１０１ａ、１０１ｂに供給する駆動電流の値を調整することによって、光波Ｗ１、Ｗ２の光周波数を制御する。
【００８７】
（実施の形態８）
図９は、本発明の実施の形態８に係る光装置の構成を示す図である。図９に示すように、光装置４００は、図８に示す光装置３００の構成において、集積素子チップ１１０Ａを集積素子チップ１１０Ｂに置き換え、光周波数差モニタ装置４０を光周波数差モニタ装置４０Ａに置き換え、コリメータレンズ１２０Ａ、光アイソレータ１３０Ａ、集光レンズ１５０、および光ファイバＦを追加した構成を有する。
【００８８】
光周波数差モニタ装置４０Ａは、光周波数差モニタ装置４０のハーフミラー３ｂをミラー３Ａｂに置き換えた構成を有する。
【００８９】
集積素子チップ１１０Ｂは、半導体レーザ素子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄと、半導体光増幅器１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄと、光導波路アレイである光導波路１０４Ｂ、１０４Ｃと、光合波器１０５Ｂと、第２変調器としての半導体光変調器１０８と、半導体光増幅器１０６Ａ、１０６Ｂとを備えている。半導体レーザ素子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄと、半導体光増幅器１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄと、光導波路１０４Ｂ、１０４Ｃと、光合波器１０５Ｂと、第２変調器としての半導体光変調器１０８と、半導体光増幅器１０６Ａ、１０６Ｂとは、いずれも半導体光導波路で構成されており、集積素子チップ１１０Ｂ上にモノリシックに形成されている。
【００９０】
半導体レーザ素子１０１ａ、１０１ｂは、それぞれ２つの光波Ｗ１、Ｗ２をレーザ光として出力する。一方、半導体レーザ素子１０１ｃ、１０１ｄは、光波Ｗ１、Ｗ２とは異なる光周波数の光波をレーザ光として出力する。この集積素子チップ１１０Ｂでも半導体レーザ素子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄのうち、レーザ光を出力させる半導体素子の組み合わせを適宜選択することによって、その組み合わせに応じた光周波数差の光波を出力することができるが、本実施の形態では、半導体レーザ素子１０１ａ、１０１ｂから、２つの光波Ｗ１、Ｗ２をレーザ光として出力させるものとする。
【００９１】
半導体光増幅器１０３ａ、１０３ｂは、２つの光波Ｗ１、Ｗ２をそれぞれ光増幅して出力する。なお、半導体光増幅器１０３ｃ、１０３ｂは、半導体レーザ素子１０１ｃ、１０１ｄから出力されるレーザ光を光増幅する場合に用いる。光導波路１０４Ｂは、光増幅された２つの光波Ｗ１、Ｗ２を光合波器１０５Ｂに導波する。光合波器１０５Ｂは２つの光波Ｗ１、Ｗ２を合波し、かつ２つに分割して、光導波路１０４Ｃを介してそれぞれ半導体光増幅器１０６Ａ、１０６Ｂに出力する。このとき、光波Ｗ１は光波Ｗ１−１、Ｗ１−２に２分割され、光波Ｗ２は光波Ｗ２−１、Ｗ２−２に２分割される。光合波器１０５ＢはたとえばＭＭＩ光カプラで構成されている。半導体光変調器１０８は、たとえばＥＡ型やＭＺ型であり、外部の信号発生器Ｍ３から変調信号を印加されて、分割された一方の２つの光波である２つの光波Ｗ１−１、Ｗ２−１に変調信号を加えて出力する。この変調信号は、たとえば光通信で使用される変調速度がＧＨｚのオーダーの変調信号である。半導体光増幅器１０６Ａは変調された２つの光波Ｗ１−１、Ｗ２−１を光増幅して出力する。一方、半導体光増幅器１０６Ｂは分割された他方の２つの光波である光波Ｗ１−２、Ｗ２−２を光増幅して、変調されずに出力する。
【００９２】
ここで、２つの光波Ｗ１−１、Ｗ２−１とＷ１−２、Ｗ２−２は、いずれも光導波路である光合波器１０５Ｂ、光導波路１０４Ｃ、半導体光増幅器１０６Ａまたは１０６Ｂを通過するので、互いの光軸が一致された状態となり、半導体光増幅器１０６Ａまたは１０６Ｂから出力される。
【００９３】
変調されていない光波Ｗ１−２、Ｗ２−２は、たとえば光装置３００の場合と同様に、コリメータレンズ１２０によってコリメートされて所定のビーム径ＢＤとされた後、光アイソレータ１３０を通過して光周波数差モニタ装置４０Ａに入力される。光周波数差モニタ装置４０Ａは光周波数差モニタ装置４０と同様にして光波Ｗ１−２、Ｗ２−２の光周波数差をモニタする。制御部１４０は、光周波数差モニタ装置４０Ａから入力された差の値が所定の値になるように、半導体レーザ素子１０１ａ、１０１ｂに供給する駆動電流の値を調整することによって、光波Ｗ１、Ｗ２の光周波数を制御する。
【００９４】
一方、変調された光波Ｗ１−１、Ｗ２−１は、コリメータレンズ１２０Ａによってコリメートされて光アイソレータ１３０Ａを通過した後、集光レンズ１５０にて光ファイバＦに光結合される。光ファイバＦは、変調された光波Ｗ１−１、Ｗ２−１を伝搬する。変調された光波Ｗ１−１、Ｗ２−１は２波の差周波数と一致する周波数の電磁波を生成するために使用され、図示していない光ミキサに入力される。この光ミキサにより生成される電磁波は光の変調成分と同様の変調成分を有するので、たとえば無線通信用の信号で光変調を行えば、光ファイバＦを伝搬した後、光ミキサより無線通信の電波を発生させることができるため、ＲｏＦ（Radio  on  Fiber）用の光源として使用することができる。
【００９５】
ここで、図１０は、変調信号における周波数広がりの例を説明する図である。図１０に示すように、たとえば、図１０の上段の時間軸波形のような１０Ｇｂｐｓの電気信号は、その周波数軸波形は帯域幅が１０ＧＨｚの周波数広がりを持つことになる。一方、このような電気信号を変調信号として波長１．６７μｍ（光周波数としては１９１．３５ＴＨｚ）の連続光に強度変調を加えた場合には、時間軸波形は図１０下段に示す波形となり、周波数軸波形は帯域幅が２０ＧＨｚの周波数広がりを持つこととなる。
【００９６】
このように光波が変調されると周波数広がりを持つため、変調された光波を光周波数差のモニタに使用すると弁別光フィルタによる周波数弁別精度が低下する。
【００９７】
これに対して、光装置４００では、変調された光波Ｗ１−１、Ｗ２−１にはＲｏＦ等の用途に使用可能な高速信号を重畳できる一方で、変調されていない光波Ｗ１−２、Ｗ２−２を光周波数差モニタ装置４０Ａに入力して光波Ｗ１−２、Ｗ２−２の光周波数差をモニタしているので、光周波数差のモニタ精度を低下させずに、光波に変調を加えることができる。
【００９８】
（実施の形態９）
図１１は、本発明の実施の形態９に係る光装置の構成を示す図である。図１１に示すように、光装置５００は、図９に示す光装置４００の構成において、集積素子チップ１１０Ｂを集積素子チップ１１０Ｃに置き換え、ハーフミラー３ａおよび光パワー検出部４Ａを追加し、光周波数差モニタ装置４０Ａの配置を変更した構成を有する。
【００９９】
集積素子チップ１１０Ｃは、半導体レーザ素子１０１ａ、１０１ｂと、マイクロヒータ１０７ａ、１０７ｂと、半導体レーザ素子１０１ａ、１０１ｂの対向する端面の一方に接続された、第２変調器としての半導体光変調器１０８ａ、１０８ｂと、半導体光増幅器１０３ａ、１０３ｂと、半導体光増幅器１０３ａ、１０３ｂに順次接続した、光導波路アレイである光導波路１０４ａと、光合波器１０５ａと、半導体光増幅器１０６ａと、を備えている。集積素子チップ１１０Ｃは、さらに、半導体レーザ素子１０１ａ、１０１ｂの対向する端面の他方に順次接続された、光導波路アレイである光導波路１０４ｂと、光合波器１０５ｂと、半導体光増幅器１０６ｂと、を備えている。これらの要素は、いずれも半導体光導波路で構成されており、集積素子チップ１１０Ｃ上にモノリシックに形成されている。
【０１００】
ここで、半導体レーザ素子１０１ａ、１０１ｂは、λ／４位相シフト型ＤＦＢレーザ素子であるので、それぞれの対向する端面からそれぞれ、２つの光波Ｗ１、Ｗ２に相当する２つの光波Ｗ１−３、Ｗ２−３と、２つの光波Ｗ１−４、Ｗ２−４とを出力する。
【０１０１】
半導体光変調器１０８ａ、１０８ｂは、たとえばＥＡ型やＭＺ型であり、外部の信号発生器Ｍ４、Ｍ５から変調信号を印加されて、２つの光波Ｗ１−３、Ｗ２−３に変調信号を加えて出力する。この変調信号は、たとえば光通信で使用される変調速度がＧＨｚのオーダーの変調信号である。半導体光増幅器１０３ａ、１０３ｂは、変調された２つの光波Ｗ１−３、Ｗ２−３をそれぞれ光増幅して出力する。光導波路１０４ａは、光増幅された２つの光波Ｗ１−３、Ｗ２−３を光合波器１０５ａに導波する。光合波器１０５ａは２つの光波Ｗ１−３、Ｗ２−３を合波し、半導体光増幅器１０６ａに出力する。半導体光増幅器１０６ａは２つの光波Ｗ１−３、Ｗ２−３を光増幅して出力する。
【０１０２】
変調された光波Ｗ１−３、Ｗ２−３は、コリメータレンズ１２０Ａによって所定のビーム径ＢＤとされた後、光アイソレータ１３０Ａを通過し、さらに集光レンズ１５０にて光ファイバＦに光結合される。光ファイバＦは、変調された光波Ｗ１−３、Ｗ２−３を伝搬する。変調された光波Ｗ１−３、Ｗ２−３は光装置４００の例と同様にＲｏＦ等に使用される。
【０１０３】
なお、ハーフミラー３ａは、光波Ｗ１−３、Ｗ２−３の光路上に配置されており、光パワー検出部４Ａに対して光波Ｗ１−３、Ｗ２−３の一部を反射し、残りの部分を集光レンズ１５０側に透過する。光パワー検出部４は、入力された２つの光波Ｗ１−３、Ｗ２−３の光パワーを検出し、その光パワーに対応する値の電流を制御部１４０に出力する。制御部１４０では、その電流値を基に、光ファイバＦに出力される光波Ｗ１−３、Ｗ２−３の光パワーをモニタする。
【０１０４】
一方、２つの光波Ｗ１−４、Ｗ２−４については、光導波路１０４ｂは、２つの光波Ｗ１−４、Ｗ２−４を光合波器１０５ｂに導波する。光合波器１０５ｂは２つの光波Ｗ１−４、Ｗ２−４を合波し、半導体光増幅器１０６ｂに出力する。半導体光増幅器１０６ｂは２つの光波Ｗ１−４、Ｗ２−４を光増幅して出力する。この変調されていない光波Ｗ１−４、Ｗ２−４は、たとえば光装置３００の場合と同様に、コリメータレンズ１２０によって所定のビーム径ＢＤとされた後、光アイソレータ１３０を通過して光周波数差モニタ装置４０Ａに入力される。光周波数差モニタ装置４０Ａは光周波数差モニタ装置４０と同様にして光波Ｗ１−４、Ｗ２−４の光周波数差をモニタする。制御部１４０は、光周波数差モニタ装置４０Ａから入力された差の値が所定の値になるように、マイクロヒータ１０７ａ、１０７ｂに流れる電流値を制御して半導体レーザ素子１０１ａ、１０１ｂの素子温度を調整することによって、光波Ｗ１−３、Ｗ２−３、Ｗ１−４、Ｗ２−４の光周波数を制御する。
【０１０５】
ここで、２つの光波Ｗ１−３、Ｗ２−３とＷ１−４、Ｗ２−４は、いずれも光導波路である光合波器１０５ａ、半導体光増幅器１０６ａまたは光合波器１０５ｂ、半導体光増幅器１０６ｂを通過するので、互いの光軸が一致された状態となり、半導体光増幅器１０６ａまたは１０６ｂから出力される。
【０１０６】
この光装置５００では、光装置４００の場合と同様に、変調された光波Ｗ１−３、Ｗ２−３は光通信に使用できる一方で、変調されていない光波Ｗ１−４、Ｗ２−４を光周波数差モニタ装置４０Ａに入力して光波Ｗ１−４、Ｗ２−４の光周波数差をモニタしているので、光周波数差のモニタ精度を低下させずに、光波に変調を加えることができる。
【０１０７】
（実施の形態１０）
図１２は、実施の形態１０に係る光周波数差モニタ装置の構成を示す図である。上記実施の形態では、半導体光導波路によって、２つの光波Ｗ１、Ｗ２の光軸を一致させているが、たとえば、図１２に示す光周波数差モニタ装置６０のように、弁別光フィルタ１と、光周波数差モニタ部２と、たとえば光ファイバ溶融型の光合波器６１と、光合波器６１に接続した光導波路としての光ファイバ６２とを備えていてもよい。この光周波数差モニタ装置６０では、半導体レーザ素子１０１ａ、１０１ｂから出力される２つの光波Ｗ１、Ｗ２を、光合波器６１で合波した後に光ファイバ６２で導波することによって、光ファイバ６２で互いの光軸を一致させた状態で、弁別光フィルタ１に入力させることができる。
【０１０８】
従来技術では、弁別光フィルタの温度を厳密に管理する必要があったため、たとえば弁別光フィルタに対してペルチェ素子を多段に接続して温度制御を行う等、温度制御に多くの電力を消費していた。これに対して、本発明によれば、弁別光フィルタの温度管理に関する負荷を低減することが可能であり、消費電力の低減および信頼性の向上を図ることができる。
【０１０９】
なお、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、半導体レーザ素子１０１ａ、１０１ｂの素子温度の調整と駆動電流の調整とを組み合わせて、光波Ｗ１、Ｗ２の光周波数を制御してもよい。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【０１１０】
１、１Ａ  弁別光フィルタ
２Ａｅ  演算処理部
２、２Ａ、２Ｂ  光周波数差モニタ部
２Ａａ、２Ａｂ、４Ａａ、４Ａｂ  選択光フィルタ
２Ａｃ、２Ａｄ、４Ａｃ、４Ａｄ  ＰＤ
２Ｂａ  復調部
３ａ、３ｂ  ハーフミラー
３Ａｂ  ミラー
４、４Ａ、４Ｂ  光パワー検出部
１０、２０、３０、４０、４０Ａ  、５０、６０  光周波数差モニタ装置
６１  光合波器
６２、Ｆ  光ファイバ
１００、２００、３００、４００、５００  光装置
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ  半導体レーザ素子
１０２ａ、１０２ｂ、１０８、１０８ａ  半導体光変調器
１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ  半導体光増幅器
１０４、１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃ、１０４ａ、１０４ｂ  光導波路
１０５、１０５Ａ、１０５Ｂ、１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ  光合波器
１０６、１０６Ａ、１０６ａ、１０６ｂ  半導体光増幅器
１０７ａ、１０７ｂ  マイクロヒータ
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ  集積素子チップ
１２０、１２０Ａ  コリメータレンズ
１３０、１３０Ａ  光アイソレータ
１４０  制御部
１５０  集光レンズ
Ａ１  矢印
ＢＤ  ビーム径
Ｄ１、Ｄ２  光周波数差
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５  信号発生器
ＯＭ  光ミキサ
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４  点
Ｓ１、Ｓ２  弁別カーブ
Ｗ１、Ｗ１−１、Ｗ１−２、Ｗ１−３、Ｗ１−４、Ｗ２、Ｗ２−１、Ｗ２−２、Ｗ２−３、Ｗ２−４  光波
【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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【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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