(57)【要約】【課題】外部の環境温度変化や、波長可変フィルタまたは波長可変ミラーの経年変化、さらに元々の透過帯域幅の広い波長可変フィルタを用いて構成していても、高いレーザモード安定性を長期に渡って実現することができる外部共振器型波長可変レーザ装置を提供する。【解決手段】液晶の屈折率変化を利用した波長可変ミラー（８）または波長可変フィルタ（１１）を用いた外部共振器型半導体波長可変レーザ（１３）において、液晶の駆動電圧周波数に対する屈折率変化の応答で、応答が最大となる共振周波数ＦＲに対し、液晶の屈折率を制御するための駆動用ＡＣ電源電圧の周波数Ｆ１は、ＦＲと大きく異なる周波数に設定される。前記ＡＣ電源電圧に加えて、ＦＲ近傍の周波数のディザーＡＣ信号Ｆ２が重畳されて、共に波長可変ミラー（８）または波長可変フィルタ（１１）を駆動する。レーザの光出力をモニタするＰＤ（１７）は、ディザーＡＣ信号Ｆ２の振幅が最小となるよう駆動用ＡＣ電源電圧の振幅を制御する。【選択図】図４
2008244270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザと、
前記半導体レーザが出力するレーザ光を共振させる外部共振器
とを備え、
前記外部共振器は、印加された電圧に応答して屈折率の変化を起こし前記レーザ光の光路に配置された液晶を備える波長可変ミラー又は波長可変フィルタを具え、
更に、前記液晶の共振周波数の近傍の第一周波数Ｆ１のディザー信号を生成するディザー信号生成部と、
前記共振周波数との偏差の絶対値が前記第一周波数Ｆ１よりも大きい第二周波数Ｆ２の屈折率制御信号を生成し、前記屈折率制御信号と前記ディザー信号とを重畳して前記波長可変ミラー又は波長可変フィルタに印加するＡＣ駆動電源と、
前記レーザ光の光出力を検出し、前記光出力に含まれる前記ディザー信号による成分の振幅が最小となるように前記ＡＣ駆動電源の発生する電圧の振幅を制御するフィードバック制御を行う制御部
とを具備する外部共振器型波長可変半導体レーザ。
【請求項２】
請求項１に記載された外部共振器型波長可変半導体レーザであって、
前記外部共振器型波長可変半導体レーザは、所定の周波数間隔に設定された複数のチャンネルを有する光通信システムの光ファイバにレーザ光を供給し、
前記波長可変ミラー又は波長可変フィルタの透過帯域幅は、前記複数のチャンネルの隣接間隔以上である
外部共振器型波長可変半導体レーザ。
【請求項３】
請求項２に記載された外部共振器型波長可変半導体レーザであって、
前記波長可変ミラー又は波長可変フィルタの透過帯域幅は５０ＧＨｚ以上である
外部共振器型波長可変半導体レーザ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載された外部共振器型波長可変半導体レーザであって、
Ｆ1はＦ２よりも大きい
外部共振器型波長可変半導体レーザ。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれかに記載された外部共振器型波長可変半導体レーザであって、
更に、入力電気信号に応じて前記レーザ光の位相を調整する位相調整部と、
直流電流を生成して前記入力電気信号として前記位相調整部に供給する直流電流生成部と、
Ｆ１及びＦ２と異なる第三周波数Ｆ３の第二ディザー信号を搬送する電流を生成して前記位相調整部に供給するディザー信号供給部
とを具備する外部共振器型波長可変半導体レーザ。
【請求項６】
請求項５に記載された外部共振器型波長可変半導体レーザであって、
更に、前記外部共振器において共振するレーザ光を離散的なチャンネルの光信号に変換するエタロンを具備し、
前記外部共振器が備える前記レーザ光を反射するミラーは、前記外部共振器において前記離散的なチャンネルのうちの所定のチャンネルの光信号が生成されたとき、隣接するチャンネルのレーザ光は前記外部共振器において共振しない位置に配置される
外部共振器型波長可変半導体レーザ。
【請求項７】
請求項６に記載された外部共振器型波長可変半導体レーザであって、
Ｆ1、Ｆ２及びＦ３は、次の関係
Ｆ２＜Ｆ３＜Ｆ１
を満たす
外部共振器型波長可変半導体レーザ。
【請求項８】
請求項５から請求項７のいずれかに記載された外部共振器型波長可変半導体レーザであって、
Ｆ１、Ｆ２及びＦ３は、互いに１０倍以上異なる
外部共振器型波長可変半導体レーザ。
【請求項９】
請求項１から請求項４のいずれかに記載された外部共振器型波長可変半導体レーザであって、
更に、入力された電気信号に応じて前記レーザ光の位相を調整する位相調整部と、
第四周波数Ｆ４のＦＭ変調信号を前記位相調整部に供給して前記レーザ光の波長をＦＭ変調するＦＭ変調部
とを具備する外部共振器型波長可変半導体レーザ。
【請求項１０】
請求項９に記載された外部共振器型波長可変半導体レーザであって、
前記ＦＭ変調信号はフィードバック制御されない
外部共振器型波長可変半導体レーザ。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載された外部共振器型波長可変半導体レーザであって、
更に、入力電気信号に応じて前記レーザ光の位相を調整する位相調整部と、
直流電流を生成して前記入力電気信号として前記位相調整部に供給する直流電流生成部と、
Ｆ1及びＦ２と異なる第三周波数Ｆ３の第二ディザー信号を搬送する電流を生成して前記位相調整部に供給するディザー信号供給部
とを具備し、
Ｆ1、Ｆ２、Ｆ３及びＦ４は、次の関係
Ｆ２＜Ｆ３＜Ｆ４＜Ｆ１、又は、Ｆ２＜Ｆ３＜Ｆ１＜Ｆ４
を満たす
外部共振器型波長可変半導体レーザ。
【請求項１２】
請求項１１に記載された外部共振器型波長可変半導体レーザであって、
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３及びＦ４は、互いに１０倍以上異なる
外部共振器型波長可変半導体レーザ。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれかに記載された外部共振器型波長可変半導体レーザであって、
前記フィードバック制御は、デジタルシグナルプロセッサにより実行される
外部共振器型波長可変半導体レーザ。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３のいずれかに記載された外部共振器型波長可変半導体レーザであって、
更に、前記レーザ光を増幅する光増幅器と、
前記外部共振器によって共振され前記外部共振器型波長可変半導体レーザの外部に出力される出力光信号の光出力を検出する出力光検出部と、
検出された前記光出力が一定に保たれるように前記光増幅器を制御する出力光負フィードバック制御部
とを具備する外部共振器型波長可変半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長分割多重方式光通信システムにおける所望のレーザ発振波長を選択するための機構に係る。本発明は特に、チューナブルフィルタを用いた外部共振器構造を有する波長可変レーザ装置、および外部共振器型波長可変レーザ装置を有する光出力モジュールの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、急速なインターネットの普及に伴い、通信トラフィックのさらなる大容量化が求められている。この要求に応じて、システム単チャンネルあたりの伝送速度の向上、ならびに波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing、以下、ＷＤＭと略する）化によるチャンネル数の拡大が進んでいる。ＷＤＭは、異なる搬送波長（チャンネル）に割り当てられる複数の光信号を同時に伝送できる方式で、チャンネル数に応じて通信容量を増大させることができる。各チャンネル波長は、十分に隔てられている。例えば１チャンネルあたり１０ギガビット／秒で変調して、１００チャンネル分を１つの共通な光ファイバで伝送することによって、通信容量は１テラビット／秒に達する。
【０００３】
近年の中長距離光通信で用いられる波長帯としては、光ファイバ増幅器（エルビウム・ドープ・ファイバ・アンプリファイヤ、以下、ＥＤＦＡと略する）で増幅することのできるＣ帯（１５３０〜１５７０ｎｍ）が広く用いられている。通常は、光通信で用いられる標準チャンネルに対して、それぞれの波長に応じたレーザ装置が用意される。１００チャンネル分に対しては、１００品種のレーザ装置が必要である。多品種のレーザ装置を管理するために、在庫管理と棚卸しのコストが増大するという問題点があった。以上のことから、中長距離通信においては、ＥＤＦＡで増幅できる波長帯であるＣ帯を１台のレーザ装置で全てカバーできる波長可変レーザ装置の実用化が求められている。１台のレーザ装置でＣ帯を全てカバーすることができれば、製造側も使用者側も、単一品種の装置のみを取扱うだけで良くなり、在庫管理と棚卸しのコストを大幅に削減することができる。
【０００４】
一方、トラフィックの増減や障害に応じて、動的にパス設定が可能となるような柔軟なネットワークの構築も求められており、より多様なサービスの提供を可能とするネットワークの基盤整備が待望されている。このような大容量で高機能、高信頼性のフォトニックネットワークを構築するためには、波長を自在に制御する技術が必要不可欠であり、波長可変レーザは極めて重要なシステムキーデバイスとなってきている。
【０００５】
特許文献１には、このような要求に対応した波長可変レーザ技術が記載されている。この技術においては、複数の分布帰還型（Distributed Feedback、以下、ＤＦＢと略する）レーザが並列に並べられ、各ＤＦＢレーザの発振波長があらかじめずらして設定される。波長を粗調整するためにレーザが切り替えられる。さらに、波長を微調整するために、温度による屈折率変化が利用される。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された波長可変レーザには次のような問題がある。この波長可変レーザにおいては、出力ポートが１つの光ファイバへ結合されるため、各ＤＦＢレーザの出力ポートを１つにする光結合器が必要である。そのため、ＤＦＢレーザの並列数を増加させると、光結合器での損失が増大する。すなわち波長可変範囲と光出力とがトレードオフの関係にあるという問題があった。
【０００７】
ただし、ＤＦＢレーザをベースとした波長可変レーザは、温度を制御することによってレーザ波長の微調が可能である。そのため、特許文献２に記載の波長ロッカと組み合わせることができるという利点がある。波長ロッカは、周波数軸上で周期的な透過振幅を持つエタロン型フィルタである。透過周波数帯の中心付近ではエタロン型フィルタの透過光強度がレーザ周波数（レーザ波長）に応じて敏感に変化する。そのため、透過光強度を光電変換素子のモニタ電流で検出することにより、所望のレーザ周波数にチューニングすることができる。このように、ＤＦＢレーザと波長ロッカを組み合わせることは、標準チャンネル波長に対して高精度にレーザ波長をロックするのに有効な手段である。
【０００８】
一方、上述したトレードオフから脱却して、波長を自在に制御するという要求を満たす波長可変レーザとして、外部共振器型波長可変レーザが提案されている。この技術においては、半導体光増幅器（セミコンダクター・オプティカル・アンプリファイヤ）と外部反射鏡とにより外部共振器が形成され、外部共振器内に波長可変フィルタや波長可変ミラー等が挿入されることにより、所望の波長選択特性に設定された波長可変レーザが提供される。この外部共振器型波長可変レーザでは、比較的容易にＣ帯全てをカバーする波長可変幅を得られることから、盛んに研究開発が行われている。
【０００９】
外部共振器型波長可変レーザでは、共振器内に挿入される波長可変フィルタや波長可変ミラーにより、その基本特性の大部分が決まる。そのため、優れた特性を有する様々な波長可変フィルタや波長可変ミラーが開発されてきている。波長可変フィルタとしては、以下の技術が開示されている。特許文献３にはエタロンを回転させるフィルタが記載されている。特許文献４には回折格子を回転させるフィルタが記載されている。特許文献５には音響工学フィルタや誘電体フィルタが記載されている。波長可変ミラーとしては、特許文献６に、外部鏡そのものが波長可変特性を持つ電気制御型波長可変ミラーが記載されている。
【００１０】
前述のような波長可変フィルタまたは波長可変ミラーを用いて外部共振器型波長可変レーザを構成する方法は種々存在する。例えば特許文献７には、半導体光増幅器、エタロン、波長可変フィルタを含む構成が開示されている。それによると、波長可変フィルタは比較的広い透過帯域幅を有しており、それだけでレーザ共振器を構成してもレーザモードが安定しない。そのため、レーザ共振器内部に前記波長可変フィルタよりも狭い透過帯域幅を有するエタロンを挿入することにより、レーザモードを安定にすることができる。さらに、波長可変フィルタが広い透過帯域幅を有していることにより、その透過ピーク波長の精度には比較的鈍感となるため、波長可変フィルタはオープンループ制御できることが利点であることも示されている。すなわち、この文献の記載によれば、前記波長可変フィルタをひとたび設定したならば、前記波長可変フィルタの動作状態からのフィードバック制御は行われない。
【００１１】
また、特許文献７で開示された構成において、レーザ共振器内のエタロンは、周波数軸上で周期的な透過特性を有する波長選択フィルタ（以下、波長選択フィルタと略す）として動作する。この時、透過ピーク波長は固定されているため、レーザ発振モードを透過ピーク波長に合わせた場合、波長選択フィルタでの透過率が最大であり、レーザ共振器内の光損失は最小である。また同時に副モードの透過率を最小にすることができるため、モード安定性を高めることもできる。
【００１２】
レーザ発振モードを波長選択フィルタの透過ピーク波長に合わせるよう制御するために、レーザ共振器内において位相調整をする制御方法が知られている。位相調整とは、レーザ共振器の光学長（屈折率ｎ×実長Ｌ）を実効的に変化させることである。具体的には、以下の二つの方法が挙げられる。（１）半導体のように屈折率を制御できる物質をレーザ共振器内に配置させる。（２）機械的な方法によって、実際の光学長Ｌを変化させる。
【００１３】
半導体の屈折率を変化させる位相調整機構を付加した構成としては、特許文献５に開示されている構成や、非特許文献１に開示されている構成の例があり、より高性能な光源を実現する上で有効であるといえる。これらの技術は、特許文献７と同様に、波長選択フィルタとしてエタロンを採用している。しかしながら、波長可変フィルタの構成において特許文献７と異なっており、特許文献５では波長可変フィルタとして音響光学フィルタと反射ミラーとが組み合わされている。一方、非特許文献１では、液晶の屈折率変化を利用した電気制御型波長可変ミラーが用いられている。
【００１４】
このような外部共振器型波長可変レーザによる波長選択動作の原理を図１、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄを用いて短く説明する。図１は従来の外部共振器型波長可変レーザ装置の構成を示す側面図、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄは図１の外部共振器型波長可変レーザ装置のレーザ発振モードを説明するための図である。図１には、半導体素子５１、半導体光増幅器５２、低反射コート面５３、無反射コート面５４、コリメートレンズ５５、エタロン５６、波長可変フィルタ５７、全反射ミラー５８、サブキャリア５９、温度コントローラ１０１が示されている。低反射コート面５３、半導体光増幅器５２、無反射コート面５４、コリメートレンズ５５、エタロン５６、波長可変フィルタ５７及び全反射ミラー５８から外部共振器が構成される。図２Ａは波長可変フィルタ５７の透過特性を示す。図２Ｂはエタロン５６の透過特性を示す。図２Ｃは外部共振器のファブリーペローモードを示す。図２Ｄは外部共振器のレーザ発振モードを示す。
【００１５】
利得媒質である半導体光増幅器５２から出る光は、図２Ｃに示すように外部共振器全長に依存する多数のファブリーペローモード６３を含んでいる。これらのモードのうち、波長選択フィルタであるエタロン５６の周期的な透過帯域６２（図２Ｂに示される）の周期と一致する複数のモードのみが波長選択フィルタにより選択され通過する。この時、波長選択フィルタを透過できないファブリーペローモードは抑制される。そのため、ファブリーペローモードの周波数間隔が比較的狭い場合、すなわち外部共振器全長が比較的長い場合においても、容易にチャンネル以外の副モードを抑制することができる。
【００１６】
次に、図２Ａのような透過特性６１を示す波長可変フィルタ５７により、波長選択フィルタを透過した複数のモードのうちの１つだけが選ばれ、波長可変フィルタ５７を透過する。図２Ｄには波長可変フィルタ５７を透過するモード６４が示されている。波長可変フィルタ５７を透過した光は全反射ミラー５８で反射されて、最終的に半導体光増幅器５２まで戻る。こうして、帰還ループが構成される。図１の構成によれば、比較的容易にモード安定性の高い波長可変レーザを実現することができ、また比較的単純な制御で所望の波長選択特性を実現することができる。
【００１７】
図１の構成においては、波長選択フィルタの周期的な波長は固定されており、その透過ピークの波長は光通信用の標準チャンネルに一致している。図１の構成では外部共振器内部に波長選択フィルタが配置されているため、波長選択フィルタのチャンネル精度内で波長精度を得るために波長可変ＤＦＢレーザにおいて必要であった波長ロッカが必要とされない。
【００１８】
このタイプのレーザにおいては、共振器内部のエタロンの透過ピーク波長があらかじめ標準チャンネルであるＩＴＵ（国際電気通信連合、インターナショナル・テレコミュニケーション・ユニオン）グリッドに一致しているため、位相調整によりレーザ発振波長をこのエタロン透過波長に一致するように制御することが求められる。このエタロンは一般的に、搭載されているコンポーネントの中で最も劣化しにくい。そのため、レーザ波長を常にそのピークに一致させるよう位相調整を行えば、半導体が劣化していっても、発振波長を一定に保つことができる。この位相波長は、通常、ディザー制御と呼ばれる手法により行われる。ディザー制御においては、位相調整電流のＤＣ成分（バイアス）に低周波数変調信号（ディザー）が重畳される。そしてレーザ光出力がモニタされ、光出力の変調信号の振幅が最小になるよう位相電流のＤＣ成分（バイアス）がフィードバック制御される。このような制御により、半導体素子が劣化していっても常に正しい位相調整が行われる。
【特許文献１】特開２００３−０２３２０８号公報
【特許文献２】特開２００１−２５７４１９号公報
【特許文献３】特開平４−６９９８７号公報
【特許文献４】特開平５−４８２００号公報
【特許文献５】特開２０００−２６１０８６号公報
【特許文献６】米国特許第ＵＳ６２１５９２８Ｂ１号明細書
【特許文献７】米国特許第ＵＳ６５２６０７１Ｂ１号明細書
【特許文献８】特願２００４−２０８２１８号公報
【特許文献９】特許第３１０４７１５号公報
【非特許文献１】Ｊ．Ｄｅ  Ｍｅｒｌｉｅｒ他著、“Ｆｕｌｌ  Ｃ−ｂａｎｄ  ｅｘｔｅｒｎａｌ  ｃａｖｉｔｙ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｔｕｎａｂｌｅ  ｌａｓｅｒ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｌｉｑｕｉｄ−ｃｒｙｓｔａｌ−ｂａｓｅｄ  ｔｕｎａｂｌｅ  ｍｉｒｒｏｒ”、ＵＳＡ、ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、２００５年、第１７巻、６８１ページ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、特許文献５や特許文献７や非特許文献１に開示された外部共振器型波長可変レーザでは、波長可変フィルタや波長可変ミラーに対しては、オープンループ制御が前提であったことから、以下のような課題があった。それは、ある条件の下で、レーザ発振モードが不安定になりやすく、実使用環境においては厳しいということである。以下に、その詳細を述べる。
【００２０】
従来の外部共振器型波長可変レーザのレーザ発振モードが不安定になりやすい第１の理由は、実使用環境においては、外部の環境温度が変化するということである。レーザ外部の環境温度が変化すると、たとえレーザを一定温度に制御していても、周囲の熱の影響があるため、波長可変フィルタまたは波長可変ミラーの温度が上昇して特性が変化してしまい、初期の設定状態ではなくなってしまう。このように波長可変フィルタや波長可変ミラーの特性が変化すると、その透過ピーク波長が変化してしまう。その結果、レーザ光出力が減少したり、レーザモードが不安定になったり、近傍のチャンネル波長へモードホップしたりしてしまうことが課題である。
【００２１】
また、従来の外部共振器型波長可変レーザのレーザ発振モードが不安定になりやすい第２の理由は、波長可変フィルタや波長可変ミラーが、時間と共に劣化するということである。波長可変フィルタや波長可変ミラーは、数万時間という長期に渡って使用されると、摩耗劣化により、わずかながら劣化してしまう。波長可変原理にもよるが、例えば、非特許文献１に記載の液晶タイプの波長可変ミラーでは、液晶が徐々に劣化して、初期の設定状態ではなくなってしまう。第１の理由と同様に、波長可変フィルタや波長可変ミラーの特性が変化すると、その透過ピーク波長が変化してしまう。その結果、レーザ光出力が減少したり、レーザモードが不安定になったり、近傍のチャンネル波長へモードホップしたりしてしまうことが課題である。
【００２２】
さらに、従来の外部共振器型波長可変レーザのレーザ発振モードが、特に不安定になりやすい状態がある。特許文献５においては、波長可変フィルタの透過帯域が、波長選択フィルタの透過帯域幅よりも広いことが開示されている。特に、波長選択フィルタによって決定される波長チャンネル間隔よりも、波長可変フィルタの透過帯域が広い場合には、よりレーザモードが不安定となる。これを、図７を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図７は、波長可変フィルタの透過帯域幅に対して、波長可変フィルタの透過ピーク波長が変動した際のレーザの副モード抑圧比（サブ・モード・サプレッション・レシオ、以下、ＳＭＳＲという）の最悪値である。ここで、ＳＭＳＲは、レーザの主として発振しているモードの光出力と、その次に光出力の高いレーザモードの光出力とのパワー比で定義され、一般にレーザのモード安定性を示す指標である。波長可変フィルタの帯域幅が広くなると、前述の２つの要因によって透過ピーク波長がゆらいだ際のＳＭＳＲ最悪値は、より劣化してしまうことがわかる。例えば、波長チャンネル間隔が５０ＧＨｚの場合、波長可変フィルタの帯域幅が、波長選択フィルタの帯域幅（例えば１０ＧＨｚ）から波長チャンネル間隔（５０ＧＨｚ）までの間は、ＳＭＳＲは実使用に耐えられるが、波長チャンネル間隔（５０ＧＨｚ）よりも広くなると、隣接チャンネルへモードホップする可能性が高くなりＳＭＳＲは劣化することがわかる。特許文献５で開示された構造だけでは、このＳＭＳＲが劣化することは避けられない。
【００２４】
ＳＭＳＲを高くするために、波長可変フィルタまたは波長可変ミラーの透過帯域幅を狭くすると、別の問題が発生する。すなわち、波長可変フィルタまたは波長可変ミラーの製造コストが高くなる。一般的に、波長可変動作と、狭帯域幅の実現はトレードオフであるため、Ｃ帯を全てカバーするような波長可変動作を実現した場合には、透過帯域幅は広くなる傾向にあり、それを狭くしようとすると、製造歩留まりが低下して、コストは上昇する。したがって、現状では、波長可変フィルタまたは波長可変ミラーの透過帯域は、せいぜい波長チャンネル間隔、または波長チャンネル間隔以上となっている。
【００２５】
以上の問題を一部解決するものとして、特許文献８に開示された外部共振器波長可変レーザがある。特許文献８の外部共振器波長可変レーザは、半導体光増幅器の出射側端面と、波長可変ミラーの表面で構成されるレーザ共振器によって決定するレーザモード間隔と、波長選択フィルタの間隔で決定されるチャンネル間隔の関係が記載されており、特に特許文献８の数式２におけるｊ＝２の場合、レーザの主モードのチャンネルに隣接するチャンネルでは、レーザ位相条件が満たされず、レーザモードが安定する。これによって、前記のＳＭＳＲ劣化の問題点をある程度解決することができる。この条件を、以下、非シンクロモードという。
【００２６】
そこで、波長可変フィルタまたは波長可変ミラーの状態をフィードバック制御すると有効である。しかし、波長可変フィルタや波長可変ミラーの動作原理によっては、フィードバック制御が困難であった。特に、非特許文献１に開示されている液晶の屈折率変化を利用している波長可変フィルタは、液晶分子の動きが遅いため、位相調整で用いられているようなディザーをかけることが困難であり、これまで有効なフィードバック制御方法がなかった。特許文献９には、液晶波長可変フィルタの透過率を最大にするためのフィードバック制御技術が開示されている。これは、２つの異なる発信器を用いて、２つの異なる周波数を発生させて、それらを重畳して液晶を駆動することにより、波長可変フィルタの透過波長を制御している。ここで、第1の周波数は１０ｋＨｚで液晶を駆動し、第２の周波数は１０Ｈｚで状態をモニタするのに用いられている。しかしながら、液晶の応答特性まで考慮しておらず、有効的な周波数信号で駆動してはいなかった。
【００２７】
本発明は、外部共振器型波長可変レーザの構成部品として用いられ特に液晶の屈折率変化を利用している波長可変フィルタまたは波長可変ミラーに関し、液晶の応答特性を最大にすることにより、有効な制御回路を提供するものである。
【００２８】
特許文献８に開示された外部共振器波長可変レーザの構造では、特許文献５よりも、前記問題点をある程度改善する。しかし、波長可変フィルタの透過帯域幅または波長可変ミラーの反射帯域幅がより広い物を使うほど、レーザのＳＭＳＲは悪化する点においては、特許文献５の構造と同じ傾向にある。図３においては、特許文献８のＳＭＳＲ最悪値の方が、特許文献５のそれよりも、数デシベル改善されている。しかしながら、波長可変フィルタまたは波長可変ミラーの帯域幅については、その波長可変原理にもよるが、通常、チャンネル間隔よりも広いものしか実現することができず、実際にはＳＭＳＲが低下するところでしかレーザを実現できないため、完全に解決されたとは言い難い。
【００２９】
本発明の目的は、上記の課題を解決し、外部の環境温度変化や、波長可変フィルタまたは波長可変ミラーの経年変化、さらに元々の透過帯域幅の広い波長可変フィルタを用いて構成していても、高いレーザモード安定性を長期に渡って実現することができる外部共振器型波長可変レーザ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００３１】
本発明による外部共振器型波長可変半導体レーザは、半導体レーザ（１）と、半導体レーザが出力するレーザ光を共振させる外部共振器（６、７、８）とを備える。外部共振器は、印加された電圧に応答して屈折率の変化を起こしレーザ光の光路に配置された液晶を備える波長可変ミラー（８）又は波長可変フィルタ（１１）を具える。外部共振器型波長可変半導体レーザは更に、液晶の共振周波数の近傍の第一周波数Ｆ１のディザー信号を生成するディザー信号生成部（２０）と、共振周波数との偏差の絶対値が第一周波数Ｆ１よりも大きい第二周波数Ｆ２の屈折率制御信号を生成し、屈折率制御信号とディザー信号とを重畳して波長可変ミラー（８）又は波長可変フィルタ（１１）に印加するＡＣ駆動電源（１９）と、レーザ光の光出力を検出し、光出力に含まれるディザー信号による成分の振幅が最小となるようにＡＣ駆動電源の発生する電圧の振幅を制御するフィードバック制御を行う制御部（１７、１８、３０）とを備える。
【００３２】
本発明による外部共振器型波長可変半導体レーザは、所定の周波数間隔に設定された複数のチャンネルを有する光通信システムの光ファイバにレーザ光を供給する。波長可変ミラー（８）又は波長可変フィルタ（１１）の透過帯域幅は、複数のチャンネルの隣接間隔以上である。
【００３３】
本発明による外部共振器型波長可変半導体レーザにおいて、波長可変ミラー（８）又は波長可変フィルタ（１１）の透過帯域幅は５０ＧＨｚ以上である。
【００３４】
本発明による外部共振器型波長可変半導体レーザにおいて、Ｆ1はＦ２よりも大きい。
【００３５】
本発明による外部共振器型波長可変半導体レーザは更に、入力電気信号に応じてレーザ光の位相を調整する位相調整部（３）と、直流電流を生成して入力電気信号として位相調整部に供給する直流電流生成部（２３）と、Ｆ１及びＦ２と異なる第三周波数Ｆ３の第二ディザー信号を搬送する電流を生成して位相調整部に供給するディザー信号供給部（２４）とを備える。
【００３６】
本発明による外部共振器型波長可変半導体レーザは更に、外部共振器において共振するレーザ光を離散的なチャンネルの光信号に変換するエタロン（７）を備える。外部共振器が備えるレーザ光を反射するミラー（８、１２）は、外部共振器において離散的なチャンネルのうちの所定のチャンネルの光信号が生成されたとき、隣接するチャンネルのレーザ光は外部共振器において共振しない位置に配置される。
【００３７】
本発明による外部共振器型波長可変半導体レーザにおいて、Ｆ1、Ｆ２及びＦ３は、次の関係
Ｆ２＜Ｆ３＜Ｆ１
を満たす。
【００３８】
本発明による外部共振器型波長可変半導体レーザにおいて、Ｆ１、Ｆ２及びＦ３は、互いに１０倍以上異なる。
【００３９】
本発明による外部共振器型波長可変半導体レーザは更に、入力された電気信号に応じてレーザ光の位相を調整する位相調整部（３）と、第四周波数Ｆ４のＦＭ変調信号を位相調整部に供給してレーザ光の波長をＦＭ変調するＦＭ変調部（３１）とを備える。
【００４０】
本発明による外部共振器型波長可変半導体レーザにおいて、ＦＭ変調信号はフィードバック制御されない。
【００４１】
本発明による外部共振器型波長可変半導体レーザは更に、入力電気信号に応じてレーザ光の位相を調整する位相調整部（３）と、直流電流を生成して入力電気信号として位相調整部に供給する直流電流生成部（２３）と、Ｆ1及びＦ２と異なる第三周波数Ｆ３の第二ディザー信号を搬送する電流を生成して位相調整部に供給するディザー信号供給部（２４）とを備える。Ｆ1、Ｆ２、Ｆ３及びＦ４は、次の関係
Ｆ２＜Ｆ３＜Ｆ４＜Ｆ１、又は、Ｆ２＜Ｆ３＜Ｆ１＜Ｆ４
を満たす。
【００４２】
本発明による外部共振器型波長可変半導体レーザにおいて、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３及びＦ４は、互いに１０倍以上異なる。
【００４３】
本発明による外部共振器型波長可変半導体レーザにおいて、フィードバック制御は、デジタルシグナルプロセッサ（３０）により実行される。
【００４４】
本発明による外部共振器型波長可変半導体レーザは更に、レーザ光を増幅する光増幅器と、外部共振器によって共振され外部共振器型波長可変半導体レーザの外部に出力される出力光信号の光出力を検出する出力光検出部と、検出された光出力が一定に保たれるように光増幅器を制御する出力光負フィードバック制御部とを備える。
【発明の効果】
【００４５】
本発明によれば、半導体光増幅器を含み外部から光をフィードバックさせてレーザ発振動作させる外部共振器を備えた外部共振器型波長可変レーザ装置において、液晶の屈折率変化を利用した波長可変フィルタまたは波長可変ミラーの状態を、液晶の共振周波数近傍の信号を利用することによって、実用上十分な速度でフィードバック制御することにより、以下のような効果が得られる。 
【００４６】
本発明による第１の効果は、レーザのモード安定性が高く、高光出力動作の外部共振器型波長可変レーザを実現できることである。その理由は、液晶を利用した波長可変フィルタまたは波長可変ミラーの動作状態をモニタして、常に主モードにとって損失が最小になるようにフィードバック制御することで外部共振器内の損失を極力低減し、かつレーザモードを考慮した構成になっているからである。従来の外部共振器型波長可変レーザと同じ光出力で比較すれば、駆動電流を削減することができる。
【００４７】
本発明による第２の効果は、環境温度変化に対しても、レーザ波長の精度を維持することができることである。その理由は、液晶に対して十分高速にフィードバック制御をかけることにより、温度変化のような比較的遅いスピードの変化に対して、常に波長可変フィルタが最適な状態になるように、制御で追従できるからである。
【００４８】
本発明による第３の効果は、レーザを使用する長期間にわたっても、レーザの波長精度を高く保つことができることである。その理由は、液晶を利用した波長可変フィルタが、長期的に経年変化していっても、その変化に追従して常に最適となるようにフィードバック制御できるからである。
【００４９】
本発明による第４の効果は、透過帯域幅の比較的広い波長可変フィルタまたは波長可変ミラーを用いることができ、製造コストを低くすることができることである。その理由は、波長可変フィルタまたは波長可変ミラーの透過帯域幅を狭くしようとすると、製造歩留まりが減少するため、製造コストが高くなるからである。 
【００５０】
本発明は、以上の第１〜第４の効果により、環境変化や経年変化に対してレーザモードが安定で高出力、チャンネル波長精度が高く、低コストな外部共振器型波長可変レーザ装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
［第１実施例］
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図４は本発明の第１実施例における外部共振器型波長可変レーザ装置の構成を示すブロック図である。本実施例では、波長選択フィルタとして、使用する波長帯域内で透過特性が周期的なエタロンが採用され、波長可変ミラーとして、液晶の屈折率変化を利用した電圧印加型で使用する波長帯域内で反射特性が周期的でないものが採用される。図４に示されるように本実施例の外部共振器型波長可変レーザ装置は、半導体光増幅器２を含む半導体素子１と、コリメートレンズ６と、エタロン７と、液晶波長可変ミラー８とを備える。本実施例の外部共振器型波長可変レーザ制御装置は、外部共振器型波長可変レーザ装置の光出力の一部をモニタし、そのモニタ信号をデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ３０）で解析することにより、液晶波長可変ミラー８をフィードバック制御する。以下にその詳細を述べる。
【００５２】
半導体素子１は、能動素子である半導体光増幅器２に、受動素子である位相調整器３を集積することによって形成される。本実施例では、半導体光増幅器２の左端面からレーザ光が出力される。この半導体光増幅器２の左端面には、反射率が１〜１０％の低反射コーティング４が施されている。一方、位相調整領域３の右端面には、反射率が１％以下の無反射コーティング５が施されている。低反射コーティング４と半導体光増幅器２と位相調整領域３と無反射コーティング５とコリメートレンズ６とエタロン７と液晶波長可変ミラー８とにより、外部共振器２０が構成される。本実施例では、位相調整器３と反対側の半導体光増幅器２の端面が光出力側である。しかし、光出力側は半導体光増幅器２と反対側の位相調整領域３の端面に設定されてもよい。
【００５３】
能動素子である半導体光増幅器２には、多重量子井戸（Multiple Quantum Well: MQW）が形成されている。多重量子井戸により、電流の注入に応じて光が発生・増幅される。受動素子である位相調整器３は、バルク組成または多重量子井戸で構成された領域を備える。この領域においては、レーザ発振光を吸収しない程度にバンドギャップが広く設定され、電流の注入または電圧の印加に応じて領域の屈折率が変化する。半導体光増幅器２と位相調整器３は、公知のバットジョイント技術又は公知の選択成長技術を用いて作成することができる。半導体光増幅器２と位相調整器３とは、十分に電気的に離れており、それらの間には１ｋΩ以上の分離抵抗があって、お互いに電流が干渉しない。
【００５４】
半導体素子１の光出力側と反対の側には、コリメートレンズ６が配置されている。コリメートレンズ６は、半導体素子１からの光ビームを平行光１４に変換する。そして、コリメートレンズ６で平行になったビームは液晶波長可変ミラー８によって反射され、半導体素子１にフィードバックされる。液晶波長可変ミラー８は、電圧を印加して液晶の屈折率を変化させて、反射ピーク波長を制御する。このようなタイプの波長可変ミラーは、例えば、特許文献７に記載されている。
【００５５】
コリメートレンズ６と、波長可変ミラー８の間には、エタロン７が配置されている。エタロン７は、使用される波長域において、波長に対して周期的な透過特性を有するものである。本実施例においては、エタロンのフリースペクトルレンジ（ＦＳＲ）は５０ＧＨｚであり、すなわち透過ピーク波長の間隔が５０ＧＨｚである。
【００５６】
レーザ光出力１６は、ビームスプリッタ１５によって、ディザー信号を含めた一部の光パワーを、光出力モニタ用として分岐させて光出力モニタ用のフォトディテクタ（モニタＰＤ１７）にて受信させる。この動作により、ビームスプリッタ１５の分岐比から、レーザ光出力１６の光パワーを知ることができる。
【００５７】
以上の外部共振器型レーザ１３を構成する各要素は、光線が直線的に進行するように、図４には記載していないが、共通のサブキャリア上に配置されている。更に、温度モニタ用のサーミスタが適切な位置に配置されている。さらに、前記サブキャリアが温度コントローラ（Ｔｈｅｒｍｏ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｏｌｅｒ：ＴＥＣ）上に搭載され、前記サーミスタ温度をモニタすることにより一定温度に制御されている。
【００５８】
外部共振器型波長可変レーザの動作原理の詳細は、従来技術の説明において述べられたように、液晶波長可変フィルタが、光のバンドパスフィルタとして動作し、液晶の屈折率を変えることによって、その最大透過波長が変化して、波長可変レーザを実現するものである。
【００５９】
波長可変ミラーを構成する液晶は、ＡＣ電圧によって駆動される。液晶粒子がＡＣ電圧の振幅の大きさによって傾き、液晶において光の感じる屈折率が変化する。一般的なディスプレー用途においては、液晶は５０ＨｚのＡＣ電圧で駆動され、液晶の動作は遅いと考えられていた。ところが、液晶の周波数応答に関して、液晶の種類にもよるが、液晶の共振ピークは１００Ｈｚから１０００Ｈｚ（＝１ｋＨｚ）であることがわかった（図５）。ディスプレー等の用途で使われる５０Ｈｚは、この共振周波数から離れているため、あるＡＣ電圧設定値において、液晶はほぼ静止しており、ＡＣ電圧設定値を変化させても、液晶は低速に動作するのである。
【００６０】
ここで本実施例では、あえて液晶の共振周波数近傍（本実施例においては１０００Ｈｚ）のディザー用ＡＣ信号を、液晶の状態をモニタするディザー信号として利用する。図４に示されるように、ＡＣ駆動電源１９は液晶を駆動するためのＡＣ電圧Ｖ１を生成する。ＡＣ電圧Ｖ１の周波数である第１の周波数Ｆ１（＝１００ｋＨｚ）は、液晶波長可変ミラー８の液晶の共振周波数から十分に離れた値に設定される。第１のディザー信号源２０は、第２の周波数Ｆ２（＝１０００Ｈｚ）のＡＣ電圧Ｖ２を生成する。Ｖ２は、Ｖ１に比べて十分に小さい。ＡＣ電圧Ｖ２はＡＣ電圧Ｖ１に重畳されて液晶波長可変ミラー８に印加される。
【００６１】
以上により、液晶分子は、駆動ＡＣ電圧振幅Ｖ１で決まる角度を中心に、ディザー信号周波数Ｆ２（１０００Ｈｚ）で振動、すなわち液晶の屈折率が変調された状態となる。その結果、図６Ａに示されるように、液晶波長可変ミラー８の反射率が変動する。この液晶波長可変ミラー８の反射率が、第２の周波数Ｆ２で変動すると、レーザ光出力１６も第２の周波数Ｆ２で変動する。
【００６２】
図６Ｂを参照して、波長可変ミラーの反射率を最大にする制御方法について説明する。ディザー用ＡＣ信号の電圧がレーザ光出力のピークから遠いＵ１〜Ｕ２付近で変動しているとき、それに対応するレーザ光出力に含まれるディザー信号によって変動する成分は大きい。このような場合、ディザー信号の電圧を変化させ、Ｕ３〜Ｕ４で変動させるように制御すると、レーザ光出力に含まれるディザー信号によって変動する成分はより小さくなる。このようにして、レーザ光出力に含まれるディザー信号による振動の振幅が最小となるように液晶駆動電圧Ｖ１を制御すれば、結果的に、波長可変ミラーの反射率が最大となる駆動電圧に制御できる。以上のような制御は、レーザ光出力１６の一部をモニタＰＤ１７でモニタして、周波数Ｆ２の信号をＤＳＰ３０でサンプリング処理し、その振幅を読み取ることにより実行できる。
【００６３】
このような制御機構により、環境温度が変化した場合、または経年劣化により波長可変ミラーの特性が変化して駆動ＡＣ電圧が上昇した場合でも、波長可変ミラーの最大反射波長をレーザ発振波長に一致させ続けることができ、レーザ光出力が維持され、かつ、レーザ発振波長の精度も高く維持される。
【００６４】
また、図４において、光出力信号をモニタする際に、お互いの周波数信号のクロストークを最小にするために、電気的な第１のバンドパスフィルタ１８を挿入することにより、第２の周波数Ｆ２の信号だけを分離することができる。これにより、制御が容易となる。なお、第１の周波数Ｆ１の信号は、液晶を駆動するために用いられているため、Ｆ１をモニタする必要は無い。
【００６５】
また、第1の周波数Ｆ１と第２の周波数Ｆ２は、十分離れていることが望ましい。周波数Ｆ２は液晶の共振周波数近傍であり、基本駆動のための第１の周波数Ｆ１は、なるべく共振周波数（１００から１０００Ｈｚ）から離れた値に設定したいという理由から、１０００Ｈｚよりも高い周波数側に設定した方が良い。その場合には、２つの周波数の大小関係は、Ｆ２＜Ｆ１とするのが望ましい。
【００６６】
また、本実施例の変形例として、波長可変ミラーのかわりに、特許文献９に記載のような液晶を用いた波長可変フィルタ１１と、全反射ミラー１２を用いて、図７のような外部共振器型波長可変レーザの構成にすることもできる。図１と同様に、半導体素子１で発生した光ビームは、コリメートレンズ６で平行光に変換される。コリメートレンズ６で平行になった光ビームは、波長可変フィルタ１０を透過し、次に全反射ミラー１１にあたって反射され、もとの半導体素子１にフィードバックされる。その場合においても、本実施例における波長可変ミラーと同様に波長可変フィルタ１０をフィードバック制御することにより、同様の効果を得ることができる。
【００６７】
［第２実施例］ 
次に、本発明の第２実施例について説明する。図８は本発明の第２実施例となる外部共振器型波長可変レーザ装置と制御装置の構成を示すブロック図であり、図４と同一の構成には同一の符号が付されている。本実施例の外部共振器型波長可変レーザ装置は、半導体光増幅器２を含む半導体素子１と、コリメートレンズ６と、エタロン７と、使用する波長帯域内で透過特性が周期的でない波長可変ミラー８を備える。半導体素子１は、利得領域２と位相調整器３を集積することによって形成されている。通常は位相調整器３に直流電流がかけることにより位相調整が行われるが、本実施例においては、位相調整用の電流にも交流電流を重畳することにより、ディザー制御が行われる。
【００６８】
本実施例では、図８のように、ＡＣ駆動電源１９が基本駆動ＡＣ電圧Ｖ１を生成する。基本駆動ＡＣ電圧Ｖ１の周波数である第１の周波数Ｆ１は、共振周波数から十分離れた値Ｆ１＝１００ｋＨｚに設定される。第１のディザー信号源２０はディザー信号として第２の周波数Ｆ２＝１００ＨｚのＡＣ電圧Ｖ２を生成する。基本駆動ＡＣ電圧Ｖ１にＡＣ電圧Ｖ２が重畳されて液晶波長可変ミラー８に印加される。液晶分子は、駆動ＡＣ電圧振幅Ｖ１で決まる角度を中心に、ディザー信号Ｆ２（１００Ｈｚ）で振動する。すなわち液晶の屈折率は変調される。その結果、第１実施例と同様、図６Ａに示されるように、液晶波長可変ミラー８の反射率が変動する。この液晶波長可変ミラー８の反射率が、第２の周波数Ｆ２で変動すると、レーザ光出力１６も第２の周波数Ｆ２で変動する。したがって、図６Ｂに示されるように、レーザ光出力に含まれるディザー信号による振幅が最小となるように液晶駆動電圧Ｖ１を制御すれば、波長可変ミラーの反射率が最大となる駆動電圧に制御できる。
【００６９】
本実施例においては、半導体に集積された位相調整器３に、位相を調整するための信号としてＤＣ電流源２３が生成するＤＣ電流が加えられる。第２のディザー信号源２４は、Ｆ１およびＦ２と異なる第３の周波数Ｆ３のディザー信号を生成する。ディザー信号はＤＣ電流源２３の生成したＤＣ電流に重畳されて位相調整器３に印加される。ディザー信号が印加されることにより、レーザの光出力が第３の周波数Ｆ３で変調される。レーザの光出力の一部はモニタＰＤ１７によって電気信号に変換される。その電気信号のうち、第３の周波数Ｆ３付近の成分は、第２のバンドパスフィルタ２２において分離され、モニタされる。この動作により、実施例１と同様に、Ｆ３の信号の振幅が最小となるように位相調整のためのＤＣ電流値を制御することができる。これにより、レーザ発振波長を、より精度良く、エタロン７の透過ピーク波長に一致させることができる。本実施例においては、第３の周波数Ｆ３＝１０００Ｈｚ（１ｋＨｚ）としている。
【００７０】
本実施例においては、第１の周波数Ｆ１、第２の周波数Ｆ２、第３の周波数Ｆ３の信号が同時にかけられている。液晶に対して重畳しているＦ１とＦ２をなるべく離さなければならないのは第１の実施例と同様の理由による。ところが、第３の周波数Ｆ３のディザー信号は、半導体素子上の位相調整領域３に印加されているので、液晶内部のクロストークとは関係がない。したがって、光出力信号から各周波数信号を分離さえできれば、第３の周波数Ｆ３に特に制限はない。ただし、実使用上においては、Ｆ１とＦ２が十分離れているところから、Ｆ３は、Ｆ１とＦ２の間の周波数を選択するのが望ましい。この場合には、第１の実施例であるＦ１＞Ｆ２であったならば、Ｆ１＞Ｆ３＞Ｆ２が成り立つ。本実施例においては、Ｆ１＝１００ｋＨｚ、Ｆ２＝１００Ｈｚ、Ｆ３＝１０００Ｈｚである。
【００７１】
また、本実施例の変形例として、波長可変ミラー８のかわりに、特許文献９に記載のような液晶を用いた波長可変フィルタ１１と、全反射ミラー１２とを備えた外部共振器型波長可変レーザを構成することができる。図７における外部共振器レーザ構造と同等であるため、図示しないが、その場合においても、本実施例のように波長可変フィルタ１０と位相調整領域をフィードバック制御することにより、同様の効果を得ることができる。
【００７２】
［第３実施例］ 
次に、本発明の第３実施例について説明する。図９は本発明の第３実施例における外部共振器型波長可変レーザ装置および制御装置の構成を示すブロック図である。図４に示された要素と同一の要素には同一の符号が付されている。本実施例においては第２の実施例に加えて、位相調整領域３に、第４の周波数Ｆ４が重畳される。Ｆ４は、光ファイバ伝送中の誘導ブリルアン散乱（Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ  Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ、ＳＢＳ）を抑制するためのフリーランニング信号であり、制御には用いられないことが特徴である。
【００７３】
本実施例では、図９のように、基本駆動ＡＣ電圧Ｖ１の周波数である第１の周波数Ｆ１が液晶の共振周波数から十分に離れた値Ｆ１＝１００ｋＨｚに設定され、第１のディザー信号源２０が生成する第２の周波数Ｆ２＝１００ＨｚのＡＣ電圧Ｖ２が重畳されて、液晶波長可変ミラー８に印加される。第２のディザー信号源２４は、第３の周波数Ｆ３＝１０００Ｈｚで、位相調整器３における位相調整を制御するための位相調整電流にディザー信号をかける。ここまでの動作は第２の実施例と同様であり、液晶は、駆動ＡＣ電圧振幅Ｖ１で決まる角度を中心に１００Ｈｚで振動するため、液晶の屈折率が変調される。その結果、第１実施例と同様、図６Ａに示すように、液晶波長可変ミラー８の反射率が変動する。この液晶波長可変ミラー８の反射率が、第２の周波数Ｆ２で変動すると、レーザ光出力１６も第２の周波数Ｆ２で変動する。したがって、図６Ｂに示すように、レーザ光出力に含まれるディザー信号の振幅が最小となるように液晶駆動電圧Ｖ１を制御することにより、波長可変ミラーの反射率が最大となる。さらに、Ｆ３の信号の振幅が最小となるように位相調整のためのＤＣ電流値を制御できるため、レーザ発振波長を、より精度良く、エタロン７の透過ピーク波長に一致させることができる。
【００７４】
一般的に、光ファイバ通信においては、スペクトル線幅の狭いレーザ光の信号を通そうとすると、光ファイバ内における誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ）の影響により、光損失が大きくなり、伝送距離が制限されてしまう。そのため、近年の光ファイバ通信においては、レーザ発振波長を意図的にＦＭ変調することによって、光ファイバ内におけるＳＢＳを抑圧することにより、光ファイバ内の光損失を低減できることが知られている。しかしながら、前記周期的なチャンネル選択フィルタを用いると、ＦＭ変調効率が低減し、ＳＢＳを抑制することができず、光ファイバ内における損失が増大することが長距離通信で問題となっていた。
【００７５】
本実施例においては、半導体素子１の位相調整領域３に、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３と異なる周波数、第４の周波数Ｆ４の信号を重畳して、レーザ発振波長にＦＭ変調信号生成部３１の生成するＦＭ変調信号によりＦＭ変調をかけている。ここでは、Ｆ４＝１０ｋＨｚの信号を用いている。この第４の周波数Ｆ４の信号によって、レーザ発振波長はＦＭ変調されるが、Ｆ４の信号はフリーランニングであり、それをもって特にフィードバック制御はする必要がない。これにより、光ファイバ内のＳＢＳを抑圧し、光ファイバ伝送距離を拡大することができる。
【００７６】
本実施例においては、第１の周波数Ｆ１、第２の周波数Ｆ２、第３の周波数Ｆ３、第４の周波数４の信号が同時にかけられている。液晶に対して重畳しているＦ１とＦ２をなるべく離さなければならないのは第１の実施例と同様の理由による。第３の周波数Ｆ３のディザー信号については、光出力信号から各周波数信号を分離さえできれば、第３の周波数Ｆ３に特に制限はないのは第２の実施例と同様である。第４の周波数は、一般的にＳＢＳ抑圧に効果のある高い周波数領域が望ましく、本実施例においては、１０ｋＨｚを用いている。ただし、これらＦ１からＦ４の信号は、できるだけクロストークが小さい方が良いため、それぞれが離れていることが望ましい。第２の実施例においては、Ｆ１＞Ｆ３＞Ｆ２であったが、Ｆ４については、Ｆ４＞Ｆ３であることが望ましい。したがって、本実施例のように、Ｆ１＞Ｆ４＞Ｆ３＞Ｆ２（Ｆ１＝１００ｋＨｚ、Ｆ２＝１００Ｈｚ、Ｆ３＝１０００Ｈｚ、Ｆ４＝１０ｋＨｚ）とするか、Ｆ４＞Ｆ１＞Ｆ３＞Ｆ２（Ｆ１＝１０ｋＨｚ、Ｆ２＝１００Ｈｚ、Ｆ３＝１０００Ｈｚ、Ｆ４＝１００ｋＨｚ）が望ましい。
【００７７】
また、本実施例にもいても、波長可変ミラーのかわりに、特許文献９に記載のような液晶を用いた波長可変フィルタ１１と、全反射ミラー１２とを備える外部共振器型波長可変レーザを構成することもできる。図７における外部共振器レーザ構造と同等であるため、図示しないが、この場合においても、本実施例のように波長可変フィルタ１０と位相調整領域をフィードバック制御することにより、同様の効果を得ることができる。
【００７８】
なお、第１実施例〜第３実施例では、光出力信号を処理するのに、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）３０が用いられている。ＤＳＰは、モニタする信号を高速でサンプリングすることによって、ＤＳＰ内で位相情報を含めた波形でデジタル信号処理をすることが可能である。また、ＤＳＰによる制御は、複数の異なる周波数信号をモニタし、処理するのに適している。
【００７９】
また、第１の実施例〜第３の実施例では、それぞれの周波数は、モニタＰＤ１７で受信後、それぞれのバンドパスフィルタで分離するのが望ましい。通常用いられるバンドパスフィルタの特性のために、それぞれの周波数は１桁以上離すことが望ましい。これにより、より安定な制御が実現できる。
【００８０】
また、第１の実施例〜第３の実施例では、本発明の制御回路を用いることにより、波長チャネル間隔５０ＧＨｚよりも広い透過帯域幅を有する波長可変ミラーを用いることができる。使用するチャンネル間隔以上の波長帯域幅を有する波長可変ミラーを用いることにより、波長可変ミラーの製造歩留まりを高くすることができ、低コストな外部共振器型波長可変レーザを実現することができる。
【００８１】
また、特許文献８ではレーザ共振器長を設定することによって、レーザモードが非シンクロモードに調整された。第１の実施例〜第３の実施例では、レーザの共振器長を設定することにより、同様にレーザモードを非シンクロモードにすることができる。これにより、さらにモードを安定化することができる。
【００８２】
なお、第１の実施例〜第３の実施例において、利得領域２に供給される電流値にも制御をかけて、レーザ光出力量を調整する調整機構を設けるようにしてもよい。この場合は、フォトディテクタによって、設定値の光出力に一定になるように、通常のＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）制御を行うことができる。
【００８３】
本発明は、幹線系、メトロ系、アクセス系に使用される波長多重通信用の中長距離光源に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】図１は、従来の外部共振器型波長可変レーザ装置の構成を示す側面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１の外部共振器型波長可変レーザ装置のレーザ発振モードを説明するために波長可変フィルタの透過特性を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１の外部共振器型波長可変レーザ装置のレーザ発振モードを説明するためにエタロンの透過特性を示す。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図１の外部共振器型波長可変レーザ装置のレーザ発振モードを説明するために外部共振器のファブリーペローモードを示す。
【図２Ｄ】図２Ｄは、図１の外部共振器型波長可変レーザ装置のレーザ発振モードを説明するために外部共振器のレーザ発振モードを示す。
【図３】図３は、特許文献７及び特許文献８における波長可変ミラーまたは波長可変フィルタの透過帯域幅とＳＭＳＲの最悪値との関係を比較した図である。
【図４】図４は、本発明の第１実施例における外部共振器型波長可変レーザ装置および制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、液晶の周波数応答を示す。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の第１実施例において、液晶波長可変ミラーの駆動ＡＣ電圧Ｖ１に対する、反射強度を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の第１実施例において、液晶波長可変ミラーの駆動ＡＣ電圧Ｖ１に対する、レーザ光出力を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第１実施例における外部共振器型波長可変レーザ装置および制御装置において、外部共振器型波長可変レーザ装置の別の構成を示すブロック図である。
【図８】図８は、本発明の第２実施例における外部共振器型波長可変レーザ装置および制御装置の構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、本発明の第３実施例における外部共振器型波長可変レーザ装置および制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、本発明および特許文献７及び特許文献８において、波長可変ミラーまたは波長可変フィルタの透過帯域幅とＳＭＳＲの最悪値との関係を比較した図である。
【符号の説明】
【００８５】
２…半導体光増幅器
３…位相調整器
４…低反射コーティング
５…無反射コーティング
６…コリメートレンズ
７…エタロン
８…液晶波長可変ミラー
１１…液晶波長可変フィルタ
１２…全反射ミラー
１３…外部共振器型レーザ
１５…ビームスプリッタ
１６…レーザ光出力
１７…モニタＰＤ
１８…第１のバンドパスフィルタ
１９…ＡＣ駆動電源
２０…第１のディザー信号源
２２…第２のバンドパスフィルタ
２３…ＤＣ電流源
２４…第２のディザー信号源
３０…デジタルシグナルプロセッサ
３１…ＦＭ変調信号生成部
５１…半導体素子
５２…半導体光増幅器
５３…低反射コート面
５４…無反射コート面
５５…コリメートレンズ
５６…エタロン
５７…波長可変フィルタ
５８…全反射ミラー
５９…サブキャリア
６１…透過特性
６２…透過帯域
６３…ファブリーペローモード
６４…波長可変フィルタを透過するモード
１０１…温度コントローラ
【図１】
2008244270.tif 000003
【図２Ａ】
2008244270.tif 000004
【図２Ｂ】
2008244270.tif 000005
【図２Ｃ】
2008244270.tif 000006
【図２Ｄ】
2008244270.tif 000007
【図３】
2008244270.tif 000008
【図４】
2008244270.tif 000009
【図５】
2008244270.tif 000010
【図６Ａ】
2008244270.tif 000011
【図６Ｂ】
2008244270.tif 000012
【図７】
2008244270.tif 000013
【図８】
2008244270.tif 000014
【図９】
2008244270.tif 000015
【図１０】
2008244270.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成20年7月15日(2008.7.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
半導体レーザと、
前記半導体レーザが出力するレーザ光を共振させる外部共振器
とを備え、
前記外部共振器は、印加された電圧に応答して屈折率の変化を起こし前記レーザ光の光路に配置された液晶を備える波長可変ミラー又は波長可変フィルタを具え、
更に、前記液晶の共振周波数の近傍の第二周波数Ｆ２のディザー信号を生成するディザー信号生成部と、
前記共振周波数との偏差の絶対値が前記第二周波数Ｆ２よりも大きい第一周波数Ｆ１の屈折率制御信号を生成し、前記屈折率制御信号と前記ディザー信号とを重畳して前記波長可変ミラー又は波長可変フィルタに印加するＡＣ駆動電源と、
前記レーザ光の光出力を検出し、前記光出力に含まれる前記ディザー信号による成分の振幅が最小となるように前記ＡＣ駆動電源の発生する電圧の振幅を制御するフィードバック制御を行う制御部
とを具備する外部共振器型波長可変半導体レーザ。