(57)【要約】【課題】特定の共振キャビティの光学距離を有するように設計されたチューナブルレーザ光源における共振キャビティの長さの設計方法を提供する。【解決手段】国際電気通信連合規格のバンドを選択するステップと、前記バンド内の全てのチャネル周波数（ｆ）の各々と掛け合わせることで整数を得るための最小常数（Ｋ）を決めるステップと、共振キャビティの光学距離（Ｌ）を、前記最小常数（Ｋ）、前記チャネル周波数（ｆ）、および当該チャネル周波数（ｆ）に対応した中心波長（λ）の三者の積の半分の正整数倍に設定するステップと、前記共振キャビティの光学距離（Ｌ）に基づいて前記共振キャビティの長さを配置するステップとを有している。【選択図】  図３
2004207668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
国際電気通信連合規格のバンドを選択するステップと、
前記バンド内の全てのチャネル周波数（ｆ）の各々と掛け合わせることで整数を得るための最小常数（Ｋ）を決めるステップと、
前記共振キャビティの光学距離（Ｌ）を、前記最小常数（Ｋ）、前記チャネル周波数（ｆ）、および当該チャネル周波数（ｆ）に対応した中心波長（λ）の三者の積の半分の正整数倍に設定するステップと、
前記共振キャビティの光学距離（Ｌ）に基づいて前記共振キャビティの長さを配置するステップとを有することを特徴とするチューナブルレーザ光源における共振キャビティの長さの設計方法。
【請求項２】
温度制御装置で前記共振キャビティの温度を一定値に制御するステップを、さらに有することを特徴とする請求項１に記載のチューナブルレーザ光源における共振キャビティの長さの設計方法。
【請求項３】
温度補償手順を実施してアセンブリ許容による前記共振キャビティの長さの変異を補償するステップを、さらに有することを特徴とする請求項２に記載のチューナブルレーザ光源における共振キャビティの長さの設計方法。
【請求項４】
前記共振キャビティは、複数の光学部材から構成されていることを特徴とする請求項１に記載のチューナブルレーザ光源における共振キャビティの長さの設計方法。
【請求項５】
前記温度制御装置は、電気加熱レギュレータおよびサーミスタから構成されていることを特徴とする請求項２に記載のチューナブルレーザ光源における共振キャビティの長さの設計方法。
【請求項６】
前記共振キャビティの光学距離（Ｌ）に基づいて前記共振キャビティの長さを配置する前記ステップにおいて、前記共振キャビティの光学距離（Ｌ）と前記光学部材の屈折率とに基づいて前記共振キャビティの長さを配置することを特徴とする請求項４に記載のチューナブルレーザ光源における共振キャビティの長さの設計方法。
【請求項７】
前記複数の光学部材は、半導体レーザ、レンズ、チューナブルフィルタ、および平面鏡であることを特徴とする請求項４に記載のチューナブルレーザ光源における共振キャビティの長さの設計方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チューナブルレーザ光源における共振キャビティの長さの設計方法に関し、特に、特定の共振キャビティの光学距離を有するように設計されたチューナブルレーザ光源における共振キャビティの長さの設計方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信のシステムにおいて、光信号の伝送効率を向上させるために、従来この分野に熟知する技術者はしばしば、チューナブルレーザ光源を用いて特定の波長を得ることにより、伝送する光信号を搭載している。すなわち、得ている。従来のチューナブルレーザ光源において、レーザから励起された光波長の変調は、一般に、温度による共振キャビティの長さの制御および／または機械による共振キャビティの長さの調整により達成している。
【０００３】
図１（ａ）に示すように、従来のチューナブルレーザ光源１０の構成において、シリコン基板１上のレーザチップ（laser chip）２から励起された光は、レンズ３を経由して平行光ビーム（parallel light beam）４にコリメートされた後に出力される。電気加熱レギュレータ（electrical heating regulator: EHR）５は、サーミスタ（thermister）６が検出したシリコン基板の温度に基づいて、レーザチップ２から励起された光の波長を調整する。ここで、レーザチップ２から励起された光の波長は、温度制御の方法のみによって変調されるため、変調された波長がしばしば要求に対応できない。また、温度制御上にダイナミックな範囲が大きすぎて感度がよくないという問題が発生し易い。このため、チューナブル外部キャビティレーザ光源の構成が提案された。
【０００４】
図１（ｂ）に示すように、従来のチューナブル外部キャビティレーザ光源２０の構成は、電気加熱レギュレータ１６およびサーミスタ１７を備えている。チューナブル外部キャビティレーザ光源２０の上記チューナブルレーザ光源１０と異なる点は、シリコン基板１１上に同時に半導体光増幅器（semiconductor optical amplifier: SOA）１２、レンズ１３、チューナブルフィルタ１４、およびチューナブル平面鏡１５が設置されていることである。ここで、外部共振キャビティの全長Ｌｔは、半導体レーザ１２の共振キャビティの長さＬ１、半導体レーザ１２とレンズ１３との間の距離Ｌ２、レンズ１３の幅Ｌ３、レンズ１３とチューナブルフィルタ１４との間の距離Ｌ４、チューナブルフィルタ１４の光学的厚さＬ５、およびチューナブルフィルタ１４とチューナブル平面鏡１５との間の距離Ｌ６の総和である。電気加熱レギュレータ１６の温度制御およびチューナブル平面鏡１５の位置調整により外部共振キャビティの全長Ｌｔを変更することができ、さらにチューナブルレーザ光源２０が出力した光の波長を変調する。このため、上記チューナブルレーザ光源１０と比較すると、変調できるバンドがより広く、かつ、チューナブルフィルタ１４と合わせて特定のチャネルを出力することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、目下の共振キャビティ長さの変調精度は、サブマイクロメータを基本的要求とし、また国際電気通信連合（International Telecommunication Union: ITU）規格の標準波長間隔の定義（ＩＴＵ  ＧＲＩＤ  ５０ＧＨｚを例とすると、０．４ｎｍ）の条件下で、上記チューナブル外部キャビティレーザ光源２０が励起したレーザ光の全ての特定チャネルは、ＩＴＵ規格の標準チャネルに完全に合致するわけではない。つまり、従来のチューナブル外部キャビティレーザ光源２０が励起した光の特定チャネルの波長とＩＴＵ標準チャネルの中心波長との間には偏差があり、かつ、この偏差値は図２に示すΔλのように、チャネル数の増加と共に大きくなる。このため、このようなダイナミックな温度による共振キャビティ長さの制御および／または機械による共振キャビティ長さの調整を利用した方法では、しばしば別の共振キャビティ長さの微調整手段をさらに使用して、出力した波長が確実にＩＴＵ規格に合致するようにしなければならないため、制御がより困難であるだけではなく、より時間もかかる。
【０００６】
それ故に、本発明の課題は、励起されたレーザ光のバンドが、選定されたＩＴＵ規格の全てのバンドを有することができると共に、各出力チャネルが、このＩＴＵ規格の標準波長間隔の定義の下でＩＴＵ規格の標準チャネルに合致し、かつ、別に共振キャビティ微調整手段を必要とすることなく、波長調整の速度を上げることができる、チューナブルレーザ光源における共振キャビティ長さの設計方法を提供することである。
【０００７】
即ち、本発明の課題は、従来技術において波長変調の制御が困難であるという問題を解決し得る、チューナブルレーザ光源における共振キャビティの長さの設計方法を提供することである。
【０００８】
本発明の他の課題は、チューナブルレーザ光源の出力光の変調精度がサブマイクロメータの要求を満足し、かつ、ＩＴＵ規格の標準波長間隔の定義に合致する、チューナブルレーザ光源における共振キャビティの長さの設計方法を提供することである。
【０００９】
本発明のさらに他の課題は、チューナブルレーザ光源の励起したレーザ光の全ての特定チャネルがＩＴＵ規格の標準チャネルに完全に合致する、チューナブルレーザ光源における共振キャビティの長さの設計方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わるチューナブルレーザ光源における共振キャビティの長さの設計方法は、ＩＴＵ規格のバンドを選択するステップと、前記バンド内の全てのチャネル周波数（ｆ）の各々と掛け合わせることで整数を得るための最小常数（Ｋ）を決めるステップと、前記共振キャビティの光学距離（Ｌ）を、前記最小常数（Ｋ）、前記チャネル周波数（ｆ）、および当該チャネル周波数（ｆ）に対応した中心波長（λ）の三者の積の半分の正整数倍に設定するステップと、前記共振キャビティの光学距離（Ｌ）に基づいて前記共振キャビティの長さを配置するステップとを有している。
【００１１】
また、本発明に係わるチューナブルレーザ光源における共振キャビティの長さの設計方法は、温度制御装置で前記共振キャビティの温度を一定値に制御するステップと、温度補償手順を実施してアセンブリ許容による共振キャビティの長さの変異を補償するステップとのうちの少くとも制御ステップを、さらに有している。前記温度制御装置は、例えば、電気加熱レギュレータおよびサーミスタから構成されてもよい。
【００１２】
前記共振キャビティは、例えば、半導体レーザ、レンズ、チューナブルフィルタ、および平面鏡などの複数の光学部材から構成されていてもよい。前記共振キャビティの光学距離（Ｌ）に基づいて前記共振キャビティの長さを配置する前記ステップにおいては、前記共振キャビティの光学距離（Ｌ）と前記光学部材の屈折率とに基づいて前記共振キャビティの長さを配置してもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態によるチューナブルレーザ光源における共振キャビティ長さの設計方法を説明する。
【００１４】
前述したように、本発明は、チューナブルレーザ光源の出力光波長が特定のＩＴＵ規格の標準波長間隔定義の下で、標準チャネルの中心波長に合致しないという課題に対して解決方法を提供するものである。本発明は、チューナブルレーザ光源の共振キャビティの出力した光波長が、全てのＩＴＵ規格の標準波長を満たすために、ＩＴＵ規格の全ての標準波長の公倍数を共振キャビティの長さとする。以下、本発明のチューナブルレーザ光源における共振キャビティの長さの設計方法の原理と、実施のステップとを説明する。
【００１５】
チューナブルレーザ光源の共振キャビティの長さが以下の式（１）を満たさなければならない。即ち、共振キャビティの光学距離は光波長の半分の整数倍でなければならない（Ｌは共振キャビティの光学距離、ｎは任意の正整数、λは光波長）。また、式（２）に示すように、光波長とその光周波数との積が常数（即ち、波速）であるため、ＩＴＵ規格において、光周波数とその対応する波長は、式（２）を満たさなければならない（ｆは光周波数、λは光波長、Ｒは常数）。
【００１６】
Ｌ  ＝  ｎ＊（λ／２）              ・・・（１）
Ｒ  ＝  ｆ＊λ                      ・・・（２）
【００１７】
図３は、本発明に係わるチューナブルレーザ光源における共振キャビティの長さの設計方法を示すフロー図である。表１は、三つの異なるＩＴＵ  Ｃバンドのチャネル間隔定義下における周波数および波長の範囲を示す。ＩＴＵ  Ｃバンド５０ＧＨｚ規格を例に挙げると、チャネル間隔は５０ＧＨｚ、周波数の範囲は１９１．００ＴＨｚ〜１９５．９５ＴＨｚである。次に、図３および表１を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
【表１】
2004207668.tif 000003
【００１９】
まず、特定のＩＴＵ規格のバンド（例えばＣバンド）を選択する（図３のステップ３０１）。表１によれば、ＩＴＵ規格における各標準チャネルの中心波長λに対応した周波数ｆが全て小数点を持っている。これらの周波数ｆに最小常数Ｋを掛け合わせることによって、Ｋ＊ｆが整数になることが可能である（図３のステップ３０２）。そして、チューナブルレーザ光源の共振キャビティの光学距離Ｌを、Ｋ＊Ｒ（＝Ｋ＊ｆ＊λ）の半分の正整数倍に設定する（図３のステップ３０３）。このようにして、チューナブルレーザ光源の共振キャビティの光学距離Ｌは式（１）を満たす。結果的に、このチューナブルレーザ光源の共振キャビティを介して出力された光は、ＩＴＵ規格におけるある特定のバンド（例えばＣバンド）内において、各チャネル波長が、各ＩＴＵチャネルの中心波長と完全に合致できる。さらに、この特定の光学距離に基づいて、共振キャビティの特定の長さを設定する（図３のステップ３０４）。例えば、チューナブルレーザ光源の共振キャビティ内の各光学部材のメディアム屈折率と光学距離との関係を利用して配置する。ＩＴＵ  ＧＲＩＤ  ５０ＧＨｚの規格を例とすると、各チャネルの周波数間隔は０．０５ＴＨｚであり、故に、全ての周波数に最小常数２０を掛けると全部正整数に変換できる。よって、式（２）は式（３）となる。式（３）を式（１）と比較すると、式（３）における２０ｆは正整数であるため、（２０ｆ）＊λは、式（１）のｎ＊λに相当する。このため、共振キャビティの光学距離Ｌは、式（１）によりｎ＊λ＊１／２、つまり（２０ｆ）＊λ＊１／２（＝１０Ｒ）の正整数倍と設定することができる。同様に、ＩＴＵ規格  ＧＲＩＤがそれぞれ２５、１００、および２００ＧＨｚである場合、チューナブルレーザ光源の光学距離Ｌをそれぞれ２０Ｒの整数倍、５Ｒの整数倍、および２．５Ｒの整数倍と設定できる。
【００２０】
２０Ｒ  ＝  （２０ｆ）＊λ                ・・・（３）
【００２１】
表２には、ＩＴＵ  ＧＲＩＤ  ５０ＧＨｚ,  Ｃバンドにおいて、各標準チャネルの中心波長、本発明のチューナブルレーザ光源の共振キャビティ（共振キャビティの光学距離を、１０Ｒとする）が出力した光のチャネル波長、および従来のチューナブル外部キャビティレーザ光源の共振キャビティ（共振キャビティの光学距離を、３０１３．２２μｍとする）が出力した光波長、等のデータが示されている。
【００２２】
【表２】
2004207668.tif 000004
【００２３】
表２からわかるように、本発明のチューナブルレーザ光源の出力光のチャネル波長と標準チャネルの中心波長にはほとんど誤差は見られない。したがって、本発明に係わる特定光学距離を有する共振キャビティを採用すれば、励起された光の波長が標準チャネルからずれないため、共振キャビティの長さは操作環境の差異により固定値の温度制御を行うのみでよく、実際の出力波長に伴って調整をする必要がなく、制御上、より正確であると共に、共振キャビティの長さの微調整手段を必要とせず、波長調整の速度を上げることができる。
【００２４】
図４は、本発明の実施の形態における、特定の光学距離（例えば１０Ｒ）を有するチューナブル外部キャビティレーザ光源における共振キャビティの長さの設計方法を示すフロー図である。まず、ステップ４０１において、基板上に半導体レーザ、レンズ、チューナブルフィルタ、および反射鏡など、必要とする光学部材を用意する。次に、ステップ４０２において、前述の方法により、特定のＩＴＵバンドにおける全ての波長の公倍数の最小値を計算する。ステップ４０３において、この公倍数の最小値の半分の任意の正整数倍を、共振キャビティの光学距離とする。ステップ４０４において、共振キャビティの光学距離および基板上の各光学部材の屈折率により、共振キャビティの長さを設計して固定する。ステップ４０５において、温度制御装置で共振キャビティの温度を一定値に制御する。ステップ４０６において、温度補償手順を実施してアセンブリ許容による共振キャビティの長さの変異を補償する。尚、本実施の形態におけるチューナブル外部キャビティレーザ光源の共振キャビティの長さは選定されたＩＴＵ規格およびそのバンドに基づいて設計するが、この共振キャビティの長さの決め方は全ての外部共振キャビティを有するチューナブルレーザ光源に適用できる。また、本発明のチューナブルレーザ光源の共振キャビティの長さを固定すると自然に波長ずれの現象を避けることができるため、操作の過程において別の波長補償調整手段を付加する必要がない。
【００２５】
以上、本発明の実施例を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は、この実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明に係わるチューナブルレーザ光源における共振キャビティの長さの設計方法によれば、励起された光の波長が標準チャネルからずれず、共振キャビティの長さは操作環境の差異により固定値の温度制御を行うのみでよく、実際の出力波長に伴って調整をする必要がなく、制御上、より精密であるのみでなく、共振キャビティの長さの微調整手段を付加せずに波長の調整速度を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は従来のチューナブルレーザ光源の共振キャビティの構成を示す略図であり、（ｂ）は別の従来のチューナブル外部キャビティレーザ光源の共振キャビティの構成を示す略図である。
【図２】従来のチューナブル外部キャビティレーザ光源が励起した光スペクトラムとＩＴＵ標準チャネルスペクトラムの間の偏差状況を示す図である。
【図３】本発明のチューナブルレーザ光源における共振キャビティの長さの設計方法を示すフロー図である。
【図４】本発明の実施の形態に係わるチューナブル外部キャビティレーザ光源において、共振キャビティの長さの設計方法を示すフロー図である。
【符号の説明】
１、１１    シリコン基板
２          レーザチップ
３、１３    レンズ
４          平行光ビーム
５、１６    電気加熱レギュレータ
６、１７    サーミスタ
１０        チューナブルレーザ光源
２０        チューナブル外部キャビティレーザ光源
１２        半導体光増幅器
１４        チューナブルフィルタ
１５        チューナブル平面鏡
【図１】
2004207668.tif 000005
【図２】
2004207668.tif 000006
【図３】
2004207668.tif 000007
【図４】
2004207668.tif 000008