(57)【要約】【課題】外部共振器内に配置するエタロンを低損失で実装し、低消費電力を実現することができる波長可変レーザ光源を提供する。【解決手段】外部共振器型の波長可変レーザ光源であって、所望の複数の波長を透過率ピークとする挟帯域フィルタと、所望の波長範囲を反射率ピークとする広帯域フィルタとを有し、挟帯域フィルタはエタロン４であり、広帯域フィルタは液晶フィルタ６である。外部共振器内に配置するエタロン４が縦方向に角度をもつように、エタロン４を支持するガイド５を備える。もしくは、エタロンが底面で接続してあるとき、この接続部の接合材の厚みが光軸方向の前後で異なるようにして傾きをもつように調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
利得媒体と波長可変フィルタとから成る外部共振器型の波長可変レーザ光源であって、
前記波長可変フィルタは、所望の複数の波長を透過率ピークとする挟帯域フィルタと、所望の波長範囲を反射率ピークとする広帯域フィルタとを有し、
前記挟帯域フィルタは、ファブリー・ペローエタロンであり、
前記広帯域フィルタは、液晶フィルタであることを特徴とする波長可変レーザ光源。
【請求項２】
請求項１記載の波長可変レーザ光源において、
外部共振器内に配置する前記ファブリー・ペローエタロンは、入射光軸に対して角度をもって搭載され、その角度方向が前記利得媒体から出射される光線の広がり角度の大きい軸と同一方向であることを特徴とする波長可変レーザ光源。
【請求項３】
請求項１記載の波長可変レーザ光源において、
外部共振器内に配置する前記ファブリー・ペローエタロンは、入射光軸に対して角度をもって搭載され、その角度方向が縦方向であることを特徴とする波長可変レーザ光源。
【請求項４】
請求項１記載の波長可変レーザ光源において、
外部共振器内に配置する前記ファブリー・ペローエタロンの側面に接して支持するガイドを備えることを特徴とする波長可変レーザ光源。
【請求項５】
請求項１記載の波長可変レーザ光源において、
外部共振器内に配置する前記ファブリー・ペローエタロンは、縦方向に角度をもつように底面で接続してあり、この接続部の接合材の厚みが光軸方向の前後で異なるようにして傾きをもつように調整されることを特徴とする波長可変レーザ光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信に用いられる波長可変レーザ光源に関し、特に、外部共振器内にファブリー・ペローエタロン（以下、エタロンと略す）を有するレーザモジュールに適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、近年の爆発的なネットワーク回線容量の拡大に伴い、光通信においては、複数の波長の光を変調して１本のファイバで伝送する高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）が多用されている。波長多重通信システムにおいては、広い波長範囲（ＦｕｌｌＣバンドでは波長１５２５−１５６５ｎｍ等）で所望の波長を選択できる波長可変レーザ光源がシステムを構築する上で必要とされている。
【０００３】
このような波長可変レーザ光源を実現する方式はいくつかあるが、例えば、リトローキャビティ構造をもつ波長可変レーザ光源がある（特許文献１参照）。この波長可変レーザ光源は、図５に概略を示すように、共振器が利得媒体１、レンズ３、エタロン４、回折格子７で構成される。利得媒体１で出射された光線はレンズ３を通ってコリメータ光となり、回折格子７に照射・反射し、同光路を導波して利得媒体１に戻る。波長可変させるためには、回折格子７の角度を回折格子７に接続された制御モータ８により変化させて、波長を選択する。
【０００４】
また、共振器内には所望の複数の波長を透過率ピークとする挟帯域フィルタの機能としてのエタロン４が配置され、複共振器とならないよう反射防止のために横（水平）方向に回転させ、光軸に対して角度をもつように実装してある。また、波長可変レーザ光源は顧客要求として低消費電力化があり、光源の光学部において低損失化が求められている。
【特許文献１】米国特許第６５２６０７１号明細書
【特許文献２】米国特許第６２１５９２８号明細書
【非特許文献１】栖原  敏明著、「光波光学」、ｐ５２−５６、多重反射の項
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前述した波長可変レーザ光源は、高反射率をもつ２枚の平面ミラーが有限な距離だけ離れて配置されたファブリー・ペロー型の共振器を有し、このミラーに相当するものは、利得媒体の反射コート膜と回折格子のグレーティングである。共振器内にある利得媒体で生じた光波の同一の時間周波数（コヒーレント光）をもつ無限個の光波の和が光出力として、利得媒体の共振器と反対側から取り出される。また、出力光の強度は共振器内の蓄積エネルギーと散乱・吸収といった損失の割合により決定する。高出力・高効率なレーザ光源を実現するためには、この損失の低減が課題である。
【０００６】
当該レーザ光源の共振器内の損失要因は、（Ａ）利得媒体・回折格子反射部での散乱・吸収損、（Ｂ）共振器内の媒質（エタロン）での透過損、（Ｃ）レンズの光線に対するＮＡケラレ損及び散乱・吸収損、（Ｄ）回折格子反射光線の利得媒体結合損である。
【０００７】
本発明の主点は、この共振器内における損失のうちで、（Ｂ）共振器内の媒質（エタロン）での透過損の低減に関するものである。
【０００８】
当該レーザ光源の外部共振器内で用いるエタロンは、高精度のガラス平行平板の両表面に誘電体多層薄膜を体積して端面反射率を高めたものである。まず、エタロンの多重反射と透過光の干渉現象を図６により説明する（非特許文献１参照）。扱いを簡易化するため、ここでは単層膜（厚さが波長程度の透明な板または薄膜）に平面波が入射する場合を考える。
【０００９】
エタロンに斜めに光線が入射する場合、単層面外部からエタロンに入射した光線は入射端面１において反射・透過し、透過した光はエタロン内部を導波して端面２においても反射・透過を繰り返す。ここで、端面１、端面２の強度反射率をＲとすると、吸収が無い場合、透過率は（１−Ｒ）となり、エタロンを透過する透過光は（１−Ｒ）2となる。端面２で反射した反射光は端面１を透過して強度比率はＲ（１−Ｒ）2、以下、エタロン内部を往復反射・透過を繰り返す。また、エタロンが入射光に対し、ψｉなる角度をもつとき、透過光は入射光線の光軸に対してＬｏの光軸シフトが発生し、エタロン内部で反射往復してきた光線は１往復ごとにＬｓの光軸シフトが発生する。
【００１０】
このようにして、エタロンの両端面で多重反射・透過を繰り返すため、入射端面１での各反射光は有限な位相差をもって干渉し、同様に、エタロンを透過した各透過光も有限な位相差で干渉する。この干渉によるエタロンの透過光振幅Ａ（ｙ）は式（１）で表される。但し、光強度Ｉ（ｙ）＝｜Ａ（ｙ）｜2とする。
【００１１】
【数１】
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【００１２】
図７に、エタロンへの入射光が斜めの場合の多重反射光の振幅強度と位置ずれ量のグラフを示す。グラフにおいて、透過光が振幅最大、且つ光軸シフト０に対して、エタロン内部で反射往復してきた光線は１往復ごとに振幅低下、且つ光軸シフトが発生する。この振幅を加算し二乗したものが出力光強度となる。
【００１３】
入射光線が無限に広い光線であれば、エタロンの透過光は前述の無限級数和で表されるが、入射光線が有限の広がりであればエタロンの透過光は前述の無限級数和からはずれたものとなり、結果として損失となる。この損失の大きさは入射光線の広がりに依存し、光線径が小さいと損失は大きくなる。エタロンへの入射角度が０度の場合は、上記の式（１）より出力＝入力となり、損失は０である。
【００１４】
この光線径の違いによる光損失の現象を説明するために、図８にエタロンの搭載角度が１度の光線径φ０．４〜０．９ｍｍまでのビーム径の違いに対する反射光の振幅と位置ずれ量、及び出射光強度を表したグラフを示す。前述したように、グラフから強度幅の細い（φ０．４ｍｍ）光線のエタロンの多重干渉による出射光強度は０．６と低く、逆に強度幅の広い（φ０．９ｍｍ）光線の出射光強度は０．９と高い。光線径が大きい場合、光線径に対するずれの比率が小さくなるため、出射光強度の低下は小さい。つまり、損失を低減できる。逆に光線径が小さい場合は損失が大きくなるため、光線径は大きい方が望ましく、しかもビームの断面形状は丸であることが理想である。
【００１５】
しかし、実際のレーザ素子は、一般的に利得媒体から出射される光線の形状は縦横比が＞１、つまり縦長のビーム形状であり、縦方向と横方向で振幅、または出射光強度の幅が異なる。つまり、縦長のビーム形状では、縦方向は強度幅が広く、横方向では細い。つまり、前述したように横方向では光線径が小さくなるため、損失が大きくなる。
【００１６】
また、従来ではエタロンを基板上に直に搭載するため、角度をつける場合、横（水平）方向に回転するのが素直な方法であり、縦（垂直）方向に回転させるためにはガイド、または接合材の厚みによる前後比差の調整が必要となる。このため、通常の搭載方法では、エタロンの回転方向が横方向、且つ光線のビーム形状が縦長となるため、反射ごとにずれた強度幅が細い光線の足し合わせとなるため、干渉性は弱い。これは入射光線がガウス分布であり、ビーム形状が縦長、且つ光線を斜めに入射した場合、横方向のガウス分布は細く、反射ごとの干渉性が弱くなるためである。結果として、振幅を加算して得られる強度は低下する。つまり損失が大きい。
【００１７】
そこで、本発明の目的は、外部共振器型の波長可変レーザ光源において、外部共振器内に配置するエタロンを低損失で実装し、低消費電力を実現することができる波長可変レーザ光源を提供することにある。
【００１８】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００２０】
本発明は、外部共振器型の波長可変レーザ光源に適用され、所望の複数の波長を透過率ピークとする挟帯域フィルタがエタロンであり、所望の波長範囲を反射率ピークとする広帯域フィルタが液晶フィルタであることを特徴とするものである。
【００２１】
より具体的には、入射する光線径の縦横比が＞１、つまり縦長のビーム形状の場合、エタロンを斜めに実装する要求に対して、エタロンの回転方向を従来の横方向ではなく、縦方向とする。また、外部共振器内に配置するエタロンが縦方向に角度をもつように、エタロンを支持するガイドを備える、もしくは、エタロンが底面で接続してあるとき、この接続部の接合材の厚みが光軸方向の前後で異なるようにして傾きをもつように調整する。これにより、エタロン内での反射ごとの干渉性低下を防ぎ、出力光の損失を低減する。
【発明の効果】
【００２２】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００２３】
本発明によれば、外部共振器内での光強度損失を低減し、低消費電力を実現することができる波長可変レーザ光源を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態による波長可変レーザ光源の一例を示す説明図である。
【００２６】
本実施の形態による波長可変レーザ光源は、ガイド付きエタロン実装によるものであり、利得媒体１、レンズ２、レンズ３、エタロン４、ガイド５、液晶フィルタ６などで構成される。発光部である利得媒体１の光軸方向前方にレンズ２、利得媒体１の光軸方向後方にレンズ３を配置し、レンズ３の後方にはエタロン４、エタロン４の後方には液晶フィルタ６を配置してある。
【００２７】
この波長可変レーザ光源では、エタロン４と液晶フィルタ６が波長可変フィルタとして機能し、特に、エタロン４が所望の複数の波長を透過率ピークとする挟帯域フィルタとして、液晶フィルタ６が所望の波長範囲を反射率ピークとする広帯域フィルタとして、それぞれ機能する。
【００２８】
また、エタロン４は、入射光軸に対して角度をもって搭載され、その角度方向が利得媒体１から出射される光線の広がり角度の大きい軸と同一方向であり、かつ、その角度方向が縦方向（垂直方向の回転で前下がりまたは後下がり、図１では前下がり）となるように搭載されている。そのために、エタロン４の横にはガイド５を配置し、このガイド５にエタロン４の側面が接して接合されている。
【００２９】
図２は、図１の波長可変レーザ光源を上から見た説明図である。この図２により動作を説明する。利得媒体１からの前方への出射光線は光軸前方のレンズ２を通過し、ファイバ（図示せず）へと入射される。レンズ２を通った光線がコリメータ光であった場合は、ファイバに光線を入射させるために別の集光レンズが必要になるが、コリメータレンズを使わない場合は、集光レンズで集光させ、直接ファイバへ入射させても良い。
【００３０】
利得媒体１からの光軸方向後方へレンズ３を通過した出射光線はコリメート光であり、エタロン４を通過して液晶フィルタ６へ入射する。液晶フィルタ６は反射型の広帯域フィルタ（有限な波長帯域、例えばＦｕｌｌＣバンド１５２５−１５６５ｎｍ等で動作し、極めて狭い波長反射特性をもつ）であり、その反射光の波長は外部から制御可能である。
【００３１】
図３は、液晶フィルタの構造の一例を示す説明図である（特許文献２参照）。この液晶フィルタ６は、光（λ）の入射面から順に、ガラス１１、正電極１２、液晶１３、回折格子（＋導波路）１４、負電極１５、シリコンウェハ１６などで構成される。液晶１３と回折格子１４は正電極１２と負電極１５で挟まれており、電極間に電圧を印加することによって液晶１３の等化屈折率を変化させ、回折格子１４の見かけの回折角度を変化することにより、ブラッグ波長を変化させる。ガラス１１を通った光は液晶１３を通過し、さらに回折格子１４を通過した光は導波路を伝播した後、シリコンウェハ１６に反射されて、再び回折格子１４、液晶１３、正電極１２を通過してガラス１１の面上から出射する。
【００３２】
この液晶フィルタ６で反射した反射光は、再度、エタロン４、レンズ３を通過して利得媒体１に戻る。ここで、利得媒体１のレンズ２側の端面にはある割合を反射させ、残りを透過する特性を有する反射膜が形成されてあり、この反射面と液晶フィルタ６とでファブリー・ペロー型の共振器を形成する。エタロン４は、ＩＴＵ−Ｔ規格で定められた波長グリッドを透過する様に設定し、液晶フィルタ６の可変波長反射特性と併用することにより、波長可変のレーザ光源を実現する。
【００３３】
エタロン４は、前述のように平行平板から成り、その波長特性は平行平板の厚さによって決まり、所望の特性となるように研磨等の工程を経て作成される。しかし、エタロン４も工業製品であるから、所望の特性に対して誤差を持つ。このため、エタロン４を傾けるなどによって、この誤差を修正することが必要である。
【００３４】
エタロン４を光軸に対して縦方向に傾けて固定する方法としては、前述した図１のようにエタロン４の側面をガイド５に接して縦回転させて接合する方法と、第２の実施の形態で後述する図４のようにエタロン４の底面と基板とを接着剤等の接合材で接続する際に、接合材の厚みが光軸方向の前後で異なるようにして傾きを持たせる方法がある。
【００３５】
図１において、エタロン４の側面をガイド５に接して接合する場合、光軸に対するエタロン４の角度を設定しなければならないが、まず、初期角度０度を設定する必要がある。さらに、調整台により角度微調整を行い、所望の波長ピークがエタロン４の透過率最大となるように角度を設定する。具体的には、エタロン４の上部を精密機械ハンドでチャックし、エタロン４の角度を高精度な調整台にて調整し、そしてエタロン４の側面とガイド５を接着剤にて接合する。
【００３６】
以上により、本実施の形態の波長可変レーザ光源によれば、利得媒体１から出射される光線の形状縦横比が＞１、つまり縦長のビーム形状であり、縦方向と横方向で振幅、または出射光強度の幅が異なる場合であって、外部共振器内に配置するエタロン４が縦方向に角度をもつようにエタロン４を支持するガイド５を備え、エタロン４の斜め実装方向を光軸シフト量が少なくなる向きに回転させて実装することにより、エタロン４での透過損を低減して、光線との干渉効果を弱めることなく、外部共振器内でのエタロン４の低損失実装による低消費電力を実現することができる。
【００３７】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態による波長可変レーザ光源の一例を示す説明図である。
【００３８】
本実施の形態による波長可変レーザ光源は、高低差付き接合材でのエタロン実装によるものであり、利得媒体１、レンズ２、レンズ３、エタロン４、接合材５ａ、液晶フィルタ６などで構成され、前記第１の実施の形態と異なる点は、エタロン４の底面には基板（図示せず）を配置し、この基板に接着剤等の接合材でエタロン４が接続されている点である。
【００３９】
本実施の形態のように、外部共振器内に配置するエタロン４が縦方向に角度をもつように底面で接続してあるとき、この接続部の接合材５ａの厚みが光軸方向の前後で異なるようにして傾きをもつように調整する場合（図４では前下がり）、接合材５ａとなる接着剤を光軸方向のレンズ３側を薄く、液晶フィルタ６側を厚く塗布・硬化させることにより、所望の波長ピークがエタロン４の透過率が最大となるように角度を設定する。具体的には、エタロン４の底面と基板との接合材５ａとして、硬化時の位置ずれが少ない接着剤を使用して、高さを調整する。
【００４０】
以上により、本実施の形態の波長可変レーザ光源によれば、高低差付き接合材５ａでエタロン４を実装することで、前記第１の実施の形態と同様に、利得媒体１から出射される光線の形状縦横比が＞１、つまり縦長のビーム形状であり、縦方向と横方向で振幅、または出射光強度の幅が異なる場合であって、エタロン４の斜め実装方向を光軸シフト量が少なくなる向きに回転させて実装することにより、エタロン４での透過損を低減して、光線との干渉効果を弱めることなく、外部共振器内でのエタロン４の低損失実装による低消費電力を実現することができる。
【００４１】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００４２】
たとえば、本発明においては、エタロンのガイドへの接合時の角度制御方法、エタロンの基板への接合時の角度制御方法に限らず、エタロンを入射光軸に対して角度をもって搭載し、その角度方向が縦方向となるような種々の角度制御方法にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、光通信に用いられる波長可変レーザ光源に関し、特に、外部共振器内にエタロンを有するレーザモジュールに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施の形態による波長可変レーザ光源の一例を示す説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態において、図１の波長可変レーザ光源を上から見た説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態において、液晶フィルタの構造の一例を示す説明図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による波長可変レーザ光源の一例を示す説明図である。
【図５】従来技術の一例において、リトローキャビティ構造の波長可変レーザ光源を示す説明図である。
【図６】従来技術の一例において、エタロンの多重反射と透過光の干渉現象を示す説明図である。
【図７】従来技術の一例において、エタロン内の多重反射による各反射光の振幅強度と位置ずれ量を示すグラフである。
【図８】従来技術の一例において、エタロンの搭載角１度における光線径の違いによる各反射光の振幅と位置ずれ量、及び出射光強度を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４５】
１…利得媒体、２…レンズ、３…レンズ、４…エタロン、５…ガイド、５ａ…接合材、６…液晶フィルタ、７…回折格子、８…制御モータ、１１…ガラス、１２…正電極、１３…液晶、１４…回折格子（＋導波路）、１５…負電極、１６…シリコンウェハ。
【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８】
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【図７】
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