(57)【要約】【課題】エタロンフィルタの温度特性を改良することにより、温度特性３ｐｍ／℃以下を満足する半導体レーザモジュールを提供することを目的とする。【解決手段】半導体レーザモジュールは、半導体レーザダイオード１と、レーザ光を集光するレンズ２と、光ファイバー３と、半導体レーザダイオード１が出射するモニタ光を平行ビーム化するレンズ４と、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ソリッドエタロンフィルタ９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とにより構成する。又、ソリッドエタロンフィルタ９は、ＬｉＴａＯ３からなる基板を使用すると共に基板に導電性膜を施した後電気的に接地しており、その温度特性は、３ｐｍ／℃以下の性能を有している。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長のレーザ光を出射する半導体レーザダイオードと、
該半導体レーザダイオードが出射するレーザ光を集光する第一のレンズと、
該第一のレンズが集光したレーザ光を入射して外部に出力する光ファイバーと、
前記半導体レーザダイオードが出射するモニタ光を平行ビーム化する第二のレンズと、
該第二のレンズが出射するモニタ光を二つのレーザ光に分岐する分岐素子と、
該分岐素子が出射する第一のモニタ光を入射して波長選択するエタロンフィルタと、
該エタロンフィルタが出射する第一のモニタ光を電気信号に変換する第一のフォトダイオードと、
前記分岐素子が出射する第二のモニタ光を電気信号に変換する第二のフォトダイオードとにより構成する半導体レーザモジュールにおいて、
前記エタロンフィルタが、ＬｉＴａＯ３からなる基板を用いたものであることを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項２】
前記分岐素子が、ビームスプリッタであることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザモジュール。
【請求項３】
前記分岐素子が、分岐プリズムであることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザモジュール。
【請求項４】
所定の波長のレーザ光を出射する半導体レーザダイオードと、
該半導体レーザダイオードが出射するレーザ光を平行ビーム化する第一のレンズと、
該第一のレンズが出射する平行ビームを分岐する反射型分岐素子と、
該反射型分岐素子が透過して出射するレーザ光を集光する第二のレンズと、
該第二のレンズが集光したレーザ光を入射して外部に出力する光ファイバーと、
前記反射型分岐素子が反射する第一のモニタ光を入射して波長選択するエタロンフィルタと、
該エタロンフィルタが出射する第一のモニタ光を電気信号に変換する第一のフォトダイオードと、
前記反射型分岐素子が反射する第二のモニタ光を電気信号に変換する第二のフォトダイオードとにより構成する半導体レーザモジュールにおいて、
前記エタロンフィルタが、ＬｉＴａＯ３からなる基板を用いたものであることを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項５】
所定の波長のレーザ光を出射する半導体レーザダイオードと、
該半導体レーザダイオードが出射するレーザ光を平行ビーム化する第一のレンズと、
該第一のレンズが出射する平行ビームを入射して波長選択するエタロンフィルタと、
該エタロンフィルタが出射するレーザ光を入射すると共に後段より反射する反射光を遮断するアイソレータと、
該アイソレータが出射するレーザ光を集光する第二のレンズと、
該第二のレンズが集光したレーザ光を入射して外部に出力する光ファイバーとにより構成する半導体レーザモジュールにおいて、
前記エタロンフィルタが、ＬｉＴａＯ３からなる基板を用いたものであることを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項６】
前記エタロンフィルタが、ＬｉＴａＯ３からなる基板に導電性膜を施し、該導電性膜を電気的接地したものであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体レーザモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザモジュールに関し、特に光波長多重通信の光源等として用いられる半導体レーザダイオードの波長を制御するために、エタロンフィルタを内蔵した半導体レーザモジュールに関する。
【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、既存の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ダイオードは、高い精度で安定に動作することが求められる。半導体レーザダイオードは、温度等の要因により出射するレーザ光の波長が変化する性質を持っているため、一般的にレーザ光の波長の変動を検出して制御し、波長を一定に保つ機能を備えた半導体レーザモジュールが用いられている。
【０００３】
図８は、特許第２８３５０６８号で提案されている従来の半導体レーザモジュールの例を示す機能図である。半導体レーザモジュールは、半導体レーザダイオード１と、レーザ光を集光するレンズ２と、光ファイバー３と、半導体レーザダイオード１が出射するモニタ光を平行ビーム化するレンズ４と、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とにより構成する。
【０００４】
次に、半導体レーザモジュールの動作を説明すると、半導体レーザダイオード１が出射するレーザ光は、レンズ２により集光され光ファイバー３へと出力される。一方、半導体レーザダイオード１が出射するモニタ光は、レンズ４により平行ビーム化されて分岐素子５に入射する。分岐素子５は、第一のモニタ光と第二のモニタ光とを出射し、第一のモニタ光は、エタロンフィルタ６において波長の選択が行われる。
【０００５】
図９は、エタロンフィルタの波長選択特性の一例である。図９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のレーザ光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＋に増加する。一方、入力波長が＋Δλ変動すると、出力強度はＰ−に低下する。従って、エタロンフィルタが出力する第一のモニタ光の強度は、レーザ光の波長の変動に伴って変動するので、この第一のモニタ光の変動量を検出すれば、レーザ光の波長の変動を認識することが出来る。
【０００６】
一方、フォトダイオード７により検出される第一のモニタ光は、半導体レーザダイオード１の波長変動の他、レーザ光の強度が変動しても変化する。そこで、半導体レーザダイオード１のレーザ光の強度変化を検出するため、分岐素子５が出射する第二のモニタ光を、フォトダイオード８により直接検出し、半導体レーザモジュールに外付けする制御部（図示していない）において、前記フォトダイオード７が出力する電気信号とフォトダイオード８が出力する電気信号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。そこで、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、前記制御部は、半導体レーザダイオード１の駆動部（図示していない）を制御し、所定の動作を行ってレーザ光を安定化させる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、半導体レーザモジュールにはエタロンフィルタが用いられており、エタロンフィルタの材質には、従来、石英、或いは水晶からなる基板が使用されていた。
しかしながら、従来の石英、或いは水晶からなる基板を用いたエタロンフィルタは、温度特性が、石英エタロンフィルタであれば約１０ｐｍ／℃、水晶エタロンフィルタであれば約５．３ｐｍ／℃を有しており、ＤＷＤＭ通信に代表される半導体レーザモジュールに要求される温度特性としては対応が困難となっている。一般的に、近年の半導体レーザモジュールに要求される温度特性は、３ｐｍ／℃程度である。
そこで本発明は、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、エタロンフィルタの温度特性を改良することにより、温度特性３ｐｍ／℃以下を満足する半導体レーザモジュールを提供することを目的とする。
【０００８】
【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半導体レーザモジュールは、以下の構成をとる。
請求項１記載の半導体レーザモジュールは、所定の波長のレーザ光を出射する半導体レーザダイオードと、該半導体レーザダイオードが出射するレーザ光を集光する第一のレンズと、該第一のレンズが集光したレーザ光を入射して外部に出力する光ファイバーと、前記半導体レーザダイオードが出射するモニタ光を平行ビーム化する第二のレンズと、該第二のレンズが出射するモニタ光を二つのレーザ光に分岐する分岐素子と、該分岐素子が出射する第一のモニタ光を入射して波長選択するエタロンフィルタと、該エタロンフィルタが出射する第一のモニタ光を電気信号に変換する第一のフォトダイオードと、前記分岐素子が出射する第二のモニタ光を電気信号に変換する第二のフォトダイオードとにより構成する半導体レーザモジュールにおいて、前記エタロンフィルタが、ＬｉＴａＯ３からなる基板を用いるよう構成する。
【０００９】
請求項２記載の半導体レーザモジュールは、前記分岐素子が、ビームスプリッタであるよう構成する。
【００１０】
請求項３記載の半導体レーザモジュールは、前記分岐素子が、分岐プリズムであるよう構成する。
【００１１】
請求項４記載の半導体レーザモジュールは、所定の波長のレーザ光を出射する半導体レーザダイオードと、該半導体レーザダイオードが出射するレーザ光を平行ビーム化する第一のレンズと、該第一のレンズが出射する平行ビームを分岐する反射型分岐素子と、該反射型分岐素子が透過して出射するレーザ光を集光する第二のレンズと、該第二のレンズが集光したレーザ光を入射して外部に出力する光ファイバーと、前記反射型分岐素子が反射する第一のモニタ光を入射して波長選択するエタロンフィルタと、該エタロンフィルタが出射する第一のモニタ光を電気信号に変換する第一のフォトダイオードと、前記反射型分岐素子が反射する第二のモニタ光を電気信号に変換する第二のフォトダイオードとにより構成する半導体レーザモジュールにおいて、前記エタロンフィルタが、ＬｉＴａＯ３からなる基板を用いるよう構成する。
【００１２】
請求項５記載の半導体レーザモジュールは、所定の波長のレーザ光を出射する半導体レーザダイオードと、該半導体レーザダイオードが出射するレーザ光を平行ビーム化する第一のレンズと、該第一のレンズが出射する平行ビームを入射して波長選択するエタロンフィルタと、該エタロンフィルタが出射するレーザ光を入射すると共に後段より反射する反射光を遮断するアイソレータと、該アイソレータが出射するレーザ光を集光する第二のレンズと、該第二のレンズが集光したレーザ光を入射して外部に出力する光ファイバーとにより構成する半導体レーザモジュールにおいて、前記エタロンフィルタが、ＬｉＴａＯ３からなる基板を用いるよう構成する。
【００１３】
請求項６記載の半導体レーザモジュールは、前記エタロンフィルタが、ＬｉＴａＯ３からなる基板に導電性膜を施し、該導電性膜を電気的接地するよう構成する。
【００１４】
【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、従来から使用されている石英、或いは水晶からなる基板を用いたソリッドエタロンフィルタに代えて、温度特性が約３ｐｍ／℃以下を実現可能なＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム）からなる基板を用いたソリッドエタロンフィルタを半導体レーザモジュールに内蔵した。
【００１５】
図１は、本発明に係る半導体レーザモジュールの第一の実施例を示す機能図である。図１は、本実施例の説明に必要な機能について記載しており、半導体レーザモジュールは、半導体レーザダイオード１と、レーザ光を集光するレンズ２と、光ファイバー３と、半導体レーザダイオード１が出射するモニタ光を平行ビーム化するレンズ４と、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ソリッドエタロンフィルタ９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とにより構成する。又、ソリッドエタロンフィルタ９は、ＬｉＴａＯ３からなる基板を使用すると共に、基板に導電性膜を施した後電気的に接地しており、その温度特性は、３ｐｍ／℃以下の性能を有している。
【００１６】
次に、半導体レーザモジュールの動作を説明すると、半導体レーザダイオード１が出射するレーザ光は、レンズ２により集光され光ファイバー３より出力される。一方、半導体レーザダイオード１が出射するモニタ光は、レンズ４により平行ビーム化されて分岐素子５に入力する。分岐素子５は、この例では分岐プリズムを用いており、入射光を分岐して第一のモニタ光と第二のモニタ光とを出射し、第一のモニタ光は、ソリッドエタロンフィルタ９において波長の選択が行われる。エタロンフィルタ９が出射する第一のモニタ光は、フォトダイオード７に入力して光信号を電気信号に変換する。フォトダイオード７が出力する電気信号は、半導体レーザダイオード１の波長の変動に対応した電気信号となり、該電気信号を半導体レーザモジュールに外付けする半導体レーザダイオード１の駆動部（図示していない）にフィードバックし、波長のコントロールを行う。
【００１７】
一方、フォトダイオード７により検出される光信号は、半導体レーザダイオード１の波長変動の他、レーザ光の強度が変動しても変化する。そこで、半導体レーザダイオード１が出射するレーザ光の強度変化を検出するため、分岐素子５が出射する第二のモニタ光を、フォトダイオード８により直接検出し、半導体レーザモジュールに外付けする制御部（図示していない）において、前記フォトダイオード７が出力する電気信号とフォトダイオード８が出力する電気信号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。そこで、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、前記制御部は、半導体レーザダイオード１の駆動部を制御し、所定の動作を行ってレーザ光の温度特性を安定化させる。
【００１８】
図２は、本発明に係わる半導体レーザモジュールに内蔵するソリッドエタロンフィルタの構成図であり、図２（ａ）は、ソリッドエタロンフィルタの構造を示し、図２（ｂ）は、ソリッドエタロンフィルタを電気的に接地した図を示す。本ソリッドエタロンフィルタ９は、基板１０としてＬｉＴａＯ３を用い、温度特性を安定化すると共に基板１０の強度を強化するため、基板１０の表面に導電性膜を施したことが特徴である。そこで、基板１０の入出射面には、透明導電性膜１１を成膜し、基板１０の周囲側面には導電性膜１２を成膜している。
【００１９】
ＬｉＴａＯ３は、焦電効果により入出射面に電荷が発生して分極することにより屈折率が変化し、温度特性が劣化する性質があり、基板１０の入出射面に透明導電性膜１１を施し、更に基板１０の周囲側面にも導電性膜１２を施して入出射面の透明導電性膜１１を短絡し、電気的に接地することにより温度特性を安定化させた。
一方、基板１０の入出射面には、透明導電性膜１１の表面に、反射膜１３を所定の方法で成膜しており、基板１０は、ソリッドエタロンフィルタとして機能する。
【００２０】
尚、第一の実施例においては、基板の表面に導電性膜を施した後、入出射面に反射膜を成膜したが、変形例として、基板の入出射面に反射膜を施した後、基板の表面に導電性膜を成膜する方法、或いは、入出射面に施す反射膜を導電性のものにする方法等を採用しても良い。
【００２１】
図３に、本発明に係わる半導体レーザモジュールに内蔵するソリッドエタロンフィルタの温度特性の一例を示す。図３に示す如く、基板材料としてＬｉＴａＯ３を用い、基板の表面に導電性膜を施して電気的に接地することにより所望の３ｐｍ／℃以下の温度特性が実現可能である。
【００２２】
図４は、本発明に係わる半導体モジュールの第一の実施例に対する変形例を示す機能図である。図４は、本実施例の説明に必要な機能について記載しており、半導体レーザモジュールは、半導体レーザダイオード１と、レーザ光を集光するレンズ２と、光ファイバー３と、半導体レーザダイオード１が出射するモニタ光を平行ビーム化するレンズ４と、モニタ光を二方向に分岐するビームスプリッタ１４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ソリッドエタロンフィルタ９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とにより構成する。又、ソリッドエタロンフィルタ９は、ＬｉＴａＯ３からなる基板を使用しており、その温度特性は、３ｐｍ／℃以下の性能を有している。
図４は、図１に示した第一の実施例と比べ、分岐素子としてモニタ光を二方向に分岐するビームスプリッタ１４を使用したことのみが異なる例であり、他の動作は、第一の実施例と同一である。
【００２３】
図５は、本発明に係わる半導体モジュールの第二の実施例を示す機能図である。図５は、本実施例の説明に必要な機能について記載しており、半導体レーザモジュールは、半導体レーザダイオード１と、レーザ光を平行ビーム化するレンズ４と、レーザ光を二方向に分岐する反射型分岐素子１５と、反射型分岐素子１５を透過したレーザ光を集光するレンズ２と、レンズ２が出射するレーザ光を外部に出力する光ファイバー３と、反射型分岐素子１５が反射し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ソリッドエタロンフィルタ９と、波長選択された第一のモニタ光と、反射型分岐素子１５が反射した第二のモニタ光の強度を検出する二連型のフォトダイオード１６とにより構成する。又、ソリッドエタロンフィルタ９は、ＬｉＴａＯ３からなる基板を使用すると共に、基板に導電性膜を施した後電気的に接地しており、その温度特性は、３ｐｍ／℃以下の性能を有している。
【００２４】
図５の動作を説明すると、半導体レーザダイオード１が出射するレーザ光は、レンズ４により平行ビーム化された後、反射型分岐素子１５に入力され、光信号となるレーザ光は、反射型分岐素子１５を透過してレンズ２により集光され、光ファイバー３に入射して外部に出力される。一方、反射型分岐素子１５により反射されたレーザ光はモニタ光となり、第一のモニタ光は、ソリッドエタロンフィルタ９に入射し、波長の選択を行う。波長選択された第一のモニタ光は、二連フォトダイオード１６の片側に入力し、光信号を電気信号に変換すると共に、反射型分岐素子１５により反射された第二のモニタ光は、直接二連フォトダイオード１６のもう一方の片側に入力し、光信号を電気信号に変換する。そこで、前記二連フォトダイオード１６が出力する二つの電気信号を比較することにより、電気信号の変化が、レーザ光の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し、識別結果により、半導体レーザモジュールに外付けする制御部（図示していない）が、同じく半導体レーザモジュールに外付けする半導体レーザダイオード１の駆動部（図示していない）を制御し、所定の動作を行ってレーザ光の温度特性を安定化させる。
【００２５】
図６は、本発明に係わる半導体モジュールの第三の実施例を示す機能図である。図６は、本実施例の説明に必要な機能について記載しており、半導体レーザモジュールは、半導体レーザダイオード１と、レーザ光を平行ビーム化するレンズ４と、平行ビーム化したレーザ光を所定の波長選択特性でフィルタリングするソリッドエタロンフィルタ９と、波長選択したレーザ光を通過すると共に後段から反射する反射光を遮断するアイソレータ１７と、アイソレータ１７が出射するレーザ光を集光するレンズ２と、レンズ２が出射するレーザ光を入射し外部に出力する光ファイバー３とにより構成する。又、ソリッドエタロンフィルタ９は、ＬｉＴａＯ３からなる基板を使用すると共に、基板に導電性膜を施した後電気的に接地しており、その温度特性は、３ｐｍ／℃以下の性能を有している。
【００２６】
図６の動作を説明すると、半導体レーザダイオード１が出射するレーザ光は、レンズ４により平行ビーム化された後、エタロンフィルタ９に入射され、透過特性が波長に依存する特性を有したエタロンフィルタ９により、半導体レーザダイオード１が出射するレーザ光の変調歪を低減する。次に、エタロンフィルタ９が出射するレーザ光をアイソレータ１７に入射し、光ファイバー等、アイソレータ１７の後段から反射する反射光を遮断する。アイソレータ１７から出射するレーザ光は、レンズ２に入射して集光し、更に、光ファイバー３に入射して外部に出力する。従って、本実施例によれば、エタロンフィルタ９の温度特性は、３ｐｍ／℃以下の性能を有しており、周囲温度の変動に対して安定した半導体レーザダイオードの変調歪の補償が可能となる。
【００２７】
【発明の効果】
上述したように請求項１乃至４記載の発明は、ソリッドエタロンフィルタの基板材料として、ＬｉＴａＯ３を用いたために、ソリッドエタロンフィルタの温度特性は、ＤＷＤＭ通信に代表される半導体レーザモジュールに要求される３ｐｍ／℃以下を満たしており、半導体レーザモジュールの温度特性を向上する上で著しい効果を発揮する。
【００２８】
請求項５記載の発明は、ソリッドエタロンフィルタの基板材料として、ＬｉＴａＯ３を用いたために、ソリッドエタロンフィルタの温度特性は、３ｐｍ／℃以下を満たしており、温度変動に対する半導体レーザダイオードの変調歪の補償を行う上で著しい効果を発揮する。
【００２９】
請求項６記載の発明は、ソリッドエタロンフィルタを構成するＬｉＴａＯ３基板に導電性膜を施し、この導電性膜を電気的に接地したため、ソリッドエタロンフィルタの温度特性を安定化すると共に基板構造が強化され、半導体レーザモジュールの性能を向上する上で著しい効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体レーザモジュールの第一の実施例を示す機能図である。
【図２】本発明に係わる半導体レーザモジュールに内蔵するソリッドエタロンフィルタの構成図である。
【図３】本発明に係わる半導体レーザモジュールに内蔵するソリッドエタロンフィルタの温度特性の一例である。
【図４】本発明に係わる半導体モジュールの第一の実施例に対する変形例を示す機能図である。
【図５】本発明に係わる半導体モジュールの第二の実施例を示す機能図である。
【図６】本発明に係わる半導体モジュールの第三の実施例を示す機能図である。
【図７】従来の半導体レーザモジュールの例を示す機能図である。
【図８】エタロンフィルタの波長選択特性の一例である。
【符号の説明】
１・・半導体レーザダイオード、    ２・・レンズ、
３・・光ファイバー、              ４・・レンズ、
５・・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・・ソリッドエタロンフィルタ、１０・・基板、
１１・・透明導電性膜、            １２・・導電性膜、
１３・・反射膜、                  １４・・ビームスプリッタ、
１５・・反射型分岐素子、          １６・・二連フォトダイオード、
１７・・アイソレータ
【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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