(57)【要約】【課題】偏波依存性を持たないと共に、小型、低コストの波長ロッカー素子を提供することを目的とする。【解決手段】半導体レーザが出力するモニタ光を３ビームに分岐する３ビームウォラストンプリズム９と、分岐した第一のモニタ光の強度を検出するフォトダイオード１０と、分岐した第二のモニタ光を所定の波長選択特性でフィルタリングするエタロンフィルタ６と、該エタロンフィルタ６が出力する第二のモニタ光の強度を検出するフォトダイオード１１と、分岐した第三のモニタ光の強度を検出するフォトダイオード１２とにより構成し、フォトダイオード１０の出力とフォトダイオード１２の出力とを加算して基準信号とすると共に、フォトダイオード１１の出力を波長変化信号として使用する。【選択図】　　　　図２
2004119721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザの出力光をモニタ手段により検知し、半導体レーザの波長変動を検出する波長ロッカー素子において、
半導体レーザの出力光を第一のモニタ光、第二のモニタ光、及び第三のモニタ光の３ビームに分岐する分岐素子と、
常光線である第一のモニタ光の強度を検出する第一の光検出器と、
常光線と異常光線とが加算された第二のモニタ光を所定の波長選択特性でフィルタリングするエタロンフィルタと、
該エタロンフィルタからの出力光の強度を検出する第二の光検出器と、
異常光線である第三のモニタ光の強度を検出する第三の光検出器とにより構成され、第一の光検出器の検出出力と第三の光検出器の検出出力とを加算して基準信号として出力し、第二の光検出器の検出出力を波長変化信号として出力することを特徴とする波長ロッカー素子。
【請求項２】
半導体レーザの出力光をモニタ手段により検知し、半導体レーザの波長変動を検出する波長ロッカー素子において、
半導体レーザの出力光を第一のモニタ光、第二のモニタ光、及び第三のモニタ光の３ビームに分岐する分岐素子と、
常光線である第一のモニタ光と異常光線である第三のモニタ光とを光合波する合波器と、
該合波器の出力強度を検出する第一の光検出器と、
常光線と異常光線とが加算された第二のモニタ光を所定の波長選択特性でフィルタリングするエタロンフィルタと、
該エタロンフィルタからの出力光の強度を検出する第二の光検出器とにより構成され、第一の光検出器の検出出力を基準信号として出力し、第二の光検出器の検出出力を波長変化信号として出力することを特徴とする波長ロッカー素子。
【請求項３】
前記分岐素子が３ビームウォラストンプリズムであることを特徴とした請求項１又は２記載の波長ロッカー素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光波長多重通信の光源として用いられる半導体レーザ等の波長を制御する波長ロッカーモジュールの構成要素である波長ロッカー素子に関し、特に光信号の分岐素子として３ビームウォラストンプリズムを使用することにより偏波依存性を持たない波長ロッカー素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インターネットの急激な普及に伴い、画像等の大容量データの転送が頻繁に行われるようになってきた。そのため、伝送路の大容量化が急務となり、一本の光ファイバーケーブルに多数の波長の光信号を多重して伝送する高密度波長多重（以降、ＤＷＤＭと称す）方式による通信が実用化され、年々、その高密度化が図られている。一本の光ファイバーに多数の波長の光信号を多重するためには、光信号を一定の波長に保つことが必要で、その光源となる半導体レーザは、高い精度で安定に動作することが求められる。半導体レーザは、温度等の要因により光の波長が変化する性質を持っているため、一般的に光信号の波長の変動を検出して制御し、光信号の波長を一定に保つ機能を備えた波長ロッカーモジュールが用いられている。
【０００３】
図５は、従来の波長ロッカー素子をレーザ発振器に組み込んだ例を示す機能図である。同図は、波長ロッカー素子の説明に必要な機能のみを記載しており、レーザ発振器は、半導体レーザ１と、半導体レーザを駆動する駆動部２と、光信号の波長の変動を検出する波長ロッカー素子３と、該検出結果により半導体レーザの駆動部２を制御する制御部４とにより構成し、波長ロッカー素子３は、半導体レーザ１が出力するモニタ光を分岐する分岐素子５と、分岐された第一のモニタ光を所定の波長選択特性でフィルタリングするエタロンフィルタ６と、波長選択された第一のモニタ光の強度を検出するフォトダイオード７と、分岐された第二のモニタ光の強度を検出するフォトダイオード８を備えている。
【０００４】
次に、半導体レーザ１の波長の変動をモニタする機能を説明すると、半導体レーザ１が出力するモニタ光は、分岐素子５を介して受光したエタロンフィルタ６において、波長の選択が行われる。
図６は、エタロンフィルタの波長選択特性の一例である。同図に示すように、エタロンフィルタの波長選択特性は、横軸に波長、縦軸に光の出力強度を割り当て、波長λの光信号を入力した際の出力強度をＰ０とすると、入力波長が−Δλ変動すると、出力強度はＰ−に低下する。一方、入力波長が＋Δλ変動すると、出力強度はＰ＋に増加する。従って、エタロンフィルタが出力する光信号の強度を、フォトダイオードを用いて検出すれば、光信号の波長の変動は認識可能である。
そこで、エタロンフィルタ６の出力をフォトダイオード７で検出し、半導体レーザ１の波長の変動に対応した電気信号を得ることにより、該電気信号を制御部４を介して半導体レーザ１の駆動部２にフィードバックし、波長のコントロールを行う。
【０００５】
一方、フォトダイオード７により検出される光信号は、半導体レーザ１の波長変動の他、光信号の強度が変動しても変化する。そこで、半導体レーザ１の光信号の強度変化を検出するため、半導体レーザ１のモニタ光を分岐素子５で分岐した第二のモニタ光を、フォトダイオード８により直接検出する。従って、制御部４においては、前記フォトダイオード７の出力とフォトダイオード８の出力とを比較することにより、フォトダイオード７による検出出力の変化が、波長変動によるものか、或いは強度変動によるものかを識別する。フォトダイオード７とフォトダイオード８の検出結果により、制御部４は、半導体レーザ１の駆動部２を制御し、所定のコントロールを行って光信号を安定化させる。
【０００６】
図７は、従来の波長ロッカー素子の例を示す機能図である。図７（ａ）は、分岐素子５ａとしてハーフミラー、ビームスプリッタ、或いはＴＡＰフィルタ等のように光信号の一部を反射させて分岐する手段を示すもので、分岐素子５ａは、半導体レーザが出力するモニタ光を入力して分岐し、第一のモニタ光は、エタロンフィルタ６を介してフォトダイオード７に入力して電気信号に変換し、第二のモニタ光は、フォトダイオード８に入力して電気信号に変換する。一方、図７（ｂ）は、分岐素子５ｂとしてプリズムのように光信号を透過して分岐する手段を示すもので、分岐素子５ｂは、半導体レーザが出力するモニタ光を入力して分岐し、第一のモニタ光は、エタロンフィルタ６を介してフォトダイオード７に入力して電気信号に変換し、第二のモニタ光は、フォトダイオード８に入力して電気信号に変換する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の波長ロッカー素子は、内蔵しているハーフミラー、ビームスプリッタ、ＴＡＰフィルタ、或いは２ビームウォラストンプリズム等の分岐素子が偏波依存性を持つことにより、入力される光信号が偏波されていると光信号を分岐した際に分岐比率が偏波の影響を受け、光源の波長や光量が変動していないにもかかわらず分岐した光信号のレベルが変化するという問題が生じていた。
【０００８】
図８は、従来の光信号の分岐の様子を示す機能図であり、（ａ）は、分岐素子に入力する光信号が偏波されていない場合を示し、（ｂ）は、分岐素子に入力する光信号が偏波されている場合を示す。本図に示した分岐素子は、光信号１００を２方向に５０：５０の比率で分岐する機能を有しており、（ａ）に示す如く入力する光信号が偏波されていない場合は、分岐された光信号は同レベルである。一方、（ｂ）に示す如く入力する光信号が偏波されている場合は、偏波の程度に応じて分岐される光信号のレベルは異なる。従って、偏った光信号を分岐素子に入力すると分岐比に誤差が生じ、半導体レーザの出力強度、波長変動を検出する際に、検出誤差が生ずる。
【０００９】
図９は、従来の分岐素子の偏波依存性による検出誤差を説明する図である。同図の▲１▼は、光信号をエタロンフィルタを介して検出した出力強度を示し、所定の波長選択特性を有している。同図の▲２▼、▲３▼は、光信号を直接検出した出力強度を示し、▲２▼は、分岐素子に於いて偏波の影響を受けずに誤差無く分岐した際の出力強度であり、▲３▼は、分岐素子に於いて偏波の影響を受け分岐された光信号が減少した出力強度である。従って、▲１▼と▲２▼とが交わる●点が標準となる光信号の波長とすると、偏波による影響によりΔλだけ、波長誤差が生じたことになる。
【００１０】
次に、従来のハーフミラー等のような光信号の一部を反射させることにより分岐する手段を用いた際には、フォトダイオード、ハーフミラー等を互いに光路障害にならないように配置するためには、或る程度の空間が必要であり、光軸が複雑となることから波長ロッカー素子の小型化が困難であると共に、光軸にフォトダイオード受光面の中心を位置合わせする光路調整も複雑となるという問題が生じていた。
【００１１】
図１０は、従来のハーフミラーを用いた波長ロッカー素子において、光路調整を行う際の説明図である。同図は、半導体レーザが出力するモニタ光をハーフミラー５ａに入力して分岐し、第一のモニタ光は、エタロンフィルタ６を介してフォトダイオード７に入力して電気信号に変換し、ハーフミラー５ａにおいて反射した第二のモニタ光は、フォトダイオード８に入力して電気信号に変換する。本例における光路調整は、フォトダイオード７及び８について独立して個々に実施する必要があり、波長ロッカー素子の組み立て工程が複雑となる。
本発明は、上述したような問題を解決するためになされたものであって、偏波依存性を持たないと共に、小型、低コストの波長ロッカー素子を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係わる波長ロッカー素子は、以下の構成をとる。
請求項１記載の波長ロッカー素子は、半導体レーザの出力光をモニタ手段により検知し、半導体レーザの波長変動を検出する波長ロッカー素子において、半導体レーザの出力光を第一のモニタ光、第二のモニタ光、及び第三のモニタ光の３ビームに分岐する分岐素子と、常光線である第一のモニタ光の強度を検出する第一の光検出器と、常光線と異常光線とが加算された第二のモニタ光を所定の波長選択特性でフィルタリングするエタロンフィルタと、該エタロンフィルタからの出力光の強度を検出する第二の光検出器と、異常光線である第三のモニタ光の強度を検出する第三の光検出器とにより構成され、第一の光検出器の検出出力と第三の光検出器の検出出力とを加算して基準信号として出力し、第二の光検出器の検出出力を波長変化信号として出力するよう構成する。
【００１３】
請求項２記載の波長ロッカー素子は、半導体レーザの出力光をモニタ手段により検知し、半導体レーザの波長変動を検出する波長ロッカー素子において、半導体レーザの出力光を第一のモニタ光、第二のモニタ光、及び第三のモニタ光の３ビームに分岐する分岐素子と、常光線である第一のモニタ光と異常光線である第三のモニタ光とを光合波する合波器と、該合波器の出力強度を検出する第一の光検出器と、常光線と異常光線とが加算された第二のモニタ光を所定の波長選択特性でフィルタリングするエタロンフィルタと、該エタロンフィルタからの出力光の強度を検出する第二の光検出器とにより構成され、第一の光検出器の検出出力を基準信号として出力し、第二の光検出器の検出出力を波長変化信号として出力するよう構成する。
【００１４】
請求項３記載の波長ロッカー素子は、前記分岐素子が３ビームウォラストンプリズムであるよう構成する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
本実施例においては、分岐素子として３ビームウォラストンプリズムを使用したことが特徴である。３ビームウォラストンプリズムは、特公平４−１９５２２号に開示されているように、少なくとも２個の結晶体を互いに光学軸が非直角となるように接合したもので、入力したレーザ光を３ビームに分岐する機能を備えており、分岐した第一の光線は常光線であり、第二の光線は常光線と異常光線とが加算されたものであり、第三の光線は異常光線である。分岐した第二の光線は、偏波依存性を持たない光線であり、又、第一の光線と第三の光線を加算したものは、同じく偏波依存性を持たないという特性を持っている。
【００１６】
図１は、レーザ光を、３ビームウォラストンプリズムを用いて３ビームの光線に分岐した様子を示す。図に示すように、分岐光▲１▼は常光線、分岐光▲２▼は常光線＋異常光線、分岐光▲３▼は異常光線であり、分岐光▲１▼と分岐光▲３▼は、加算して偏波依存性を持たない光線として使用する。そこで、分岐光▲１▼＋分岐光▲３▼による光線を基準信号として利用し、分岐光▲２▼による光線を波長変化信号として利用する。一方、３ビームウォラストンプリズムによりレーザ光を分岐した際の分岐比率は、図１に示す如く分岐光▲１▼：分岐光▲２▼：分岐光▲３▼＝１：２：１の関係に設定すると、基準信号と波長変化信号は２：２の関係となる。
【００１７】
図２は、本発明に係る波長ロッカー素子の第一の実施例を示す構成図である。同図は、半導体レーザが出力するモニタ光を３ビームに分岐する３ビームウォラストンプリズム９と、分岐した第一のモニタ光の強度を検出するフォトダイオード１０と、分岐した第二のモニタ光を所定の波長選択特性でフィルタリングするエタロンフィルタ６と、該エタロンフィルタ６が出力する第二のモニタ光の強度を検出するフォトダイオード１１と、分岐した第三のモニタ光の強度を検出するフォトダイオード１２とにより構成し、フォトダイオード１０の出力とフォトダイオード１２の出力とを加算して基準信号とすると共に、フォトダイオード１１の出力を波長変化信号として使用する。
【００１８】
本実施例により構築した基準信号と波長変化信号は、共に前述した通り偏波依存性を持たないため、３ビームウォラストンプリズム９に入力するモニタ光が偏波されていても分岐誤差を生じない。
又、本実施例は、プリズムを用いた波長ロッカー素子であり、３ビームウォラストンプリズム９とエタロンフィルタ６とフォトダイオード１０、１１、１２は、光軸上に配置されるため、波長ロッカー素子の小型化を可能とすると共に、波長ロッカー素子の組み立て時に光路調整が容易となる。
【００１９】
図３は、本発明に係わる波長ロッカー素子の光路調整の方法例を示す図である。同図に示す如く、３つのフォトダイオードは、３連のフォトダイオード１３に固定し、この３連のフォトダイオード１３を前後方向に調整することで容易に光路調整が可能である。
又、３ビームウォラストンプリズムは、分岐のための光学膜を必要とせず、安価な光学部品であるため、波長ロッカー素子のコストダウンに貢献する。３ビームウォラストンプリズムは、光学作用を光学素子の光学薄膜によって行うのではなく、互いに異なる結晶光学軸方向を有する二つのプリズムを張り合わせており、プリズムの光学特性により入射光を分岐して出射するものである。
【００２０】
図４は、本発明に係わる波長ロッカー素子の第二の実施例を示す構成図である。同図は、３ビームウォラストンプリズムにより分岐された第一のモニタ光と第三のモニタ光を加算する際に光の合波器を用いて光信号の状態で加算したものである。半導体レーザが出力するモニタ光を３ビームに分岐する３ビームウォラストンプリズム９と、分岐した第一のモニタ光と第三のモニタ光とを合波する合波器１４と、該合波器１４により合波した光信号の強度を検出するフォトダイオード１５と、分岐した第二のモニタ光を所定の波長選択特性でフィルタリングするエタロンフィルタ６と、該エタロンフィルタ６が出力する第二のモニタ光の強度を検出するフォトダイオード１１とにより構成し、フォトダイオード１５の出力を基準信号とすると共に、フォトダイオード１１の出力を波長変化信号として使用する。
【００２１】
第一のモニタ光と第三のモニタ光を合波する方法例としては、光導波路素子を用い、光導波路素子の導波路に第一のモニタ光と第三のモニタ光を入射させて導波路内で合成することにより光合成波を作り上げる方法が知られている。
本実施例により構築した基準信号と波長変化信号は、共に前述した通り偏波依存性を持たないため、３ビームウォラストンプリズム９に入力するモニタ光が偏波されていても分岐誤差を生じない。
【００２２】
又、本実施例においても第一の実施例と同様、波長ロッカー素子の小型化を可能とする他、フォトダイオードを二つ使用すれば良く、更に、第一のモニタ光と第三のモニタ光を、光導波路素子を用いて光合成しており、より小型化が可能である。波長ロッカー素子の組み立て時においても、第一の実施例と同様に、光路調整が容易であり、３ビームウォラストンプリズムは、分岐のための光学膜を必要とせず、安価な光学部品であるため、波長ロッカー素子のコストダウンに貢献する。
【００２３】
【発明の効果】
上述したように、請求項１乃至３記載の発明は、安価な３ビームウォラストンプリズムを使用したことにより、偏波依存性を持たない波長ロッカー素子を構成し、組み立て時の光路調整が容易で、且つ小型化された波長ロッカー素子が実現出来、波長ロッカー素子を用いる上で大きな効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザ光を、３ビームウォラストンプリズムを用いて３ビームの光線に分岐した様子を示す。
【図２】本発明に係る波長ロッカー素子の第一の実施例を示す構成図である。
【図３】本発明に係わる波長ロッカー素子の光路調整の方法例を示す図である。
【図４】本発明に係わる波長ロッカー素子の第二の実施例を示す構成図である。
【図５】従来の波長ロッカー素子をレーザ発振器に組み込んだ例を示す機能図である。
【図６】エタロンフィルタの波長選択特性の一例である。
【図７】従来の波長ロッカー素子の例を示す機能図である。
【図８】従来の光信号の分岐の様子を示す機能図である。
【図９】従来の分岐素子の偏波依存性による検出誤差を説明する図である。
【図１０】従来のハーフミラーを用いた波長ロッカー素子において、光路調整を行う際の説明図である。
【符号の説明】
１・・半導体レーザ、　　　　　　　２・・駆動部、
３・・波長ロッカー素子、　　　　　４・・制御部、
５、５ａ、５ｂ・・分岐素子、　　　６・・エタロンフィルタ、
７・・フォトダイオード、　　　　　８・・フォトダイオード、
９・・３ビームウォラストンプリズム、
１０・・フォトダイオード、　　　　１１・・フォトダイオード、
１２・・フォトダイオード、　　　　１３・・３連フォトダイオード、
１４・・合波器、　　　　　　　　　１５・・フォトダイオード
【図１】
2004119721.tif 000003
【図２】
2004119721.tif 000004
【図３】
2004119721.tif 000005
【図４】
2004119721.tif 000006
【図５】
2004119721.tif 000007
【図６】
2004119721.tif 000008
【図７】
2004119721.tif 000009
【図８】
2004119721.tif 000010
【図９】
2004119721.tif 000011
【図１０】
2004119721.tif 000012