(57)【要約】【課題】周囲の温度が変化しても、温度制御回路を用いずに、発振波長のずれに起因するモードホッピングを防止することのできる外部共振器型レーザモジュールを得ること。【解決手段】外部共振器型レーザモジュール２００は、熱膨張率の低い材料からなるベース２０１上に第１の支持部２０２を介して半導体レーザ２０３を配置し、反射用のミラー２１１は温度特性補償板２１２を介してベース２０１上の第３の支持部２１３に取り付けている。半導体レーザ２０３とミラー２１１を取り付けた第３の支持部２１３との間隔は温度によって変動するが、温度変化に応じて温度特性補償板２１２が相殺する方向に移動して、半導体レーザ２０３とミラー２１１の間隔を一定に保つ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出力する２つの端面のうちの一方に光の反射を増加させる膜としての反射膜を形成し、他方の端面に反射を減少させる膜としての無反射膜を形成したゲイン媒質と、
このゲイン媒質の前記２つの端面のうちの一方と間隔を置いて対向配置され入射光を反射する反射部品と、
前記ゲイン媒質と反射部品の間に配置され、ゲイン媒質から出力される光の特定波長を選択して透過する波長選択素子と、
所定の線膨張率のベース材と、
このベース材に第１の固定位置でその一端を固定すると共に前記ゲイン媒質を保持した第１の保持部材と、
前記ベース材に第１の固定位置と異なる第２の固定位置でその一端を固定した第２の保持部材と、
前記ゲイン媒質と前記反射部品を結ぶ光路上あるいはその延長線上でこの反射部品に一端を保持され、前記第２の保持部材に他端を保持されて、前記ベース材の温度変化による伸縮を相殺する方向に温度変化と共に伸縮する温度特性補正手段
とを具備することを特徴とする外部共振器型レーザモジュール。
【請求項２】
光を出力する２つの端面のうちの一方に光の反射を増加させる膜としての反射膜を形成し、他方の端面に反射を減少させる膜としての無反射膜を形成したゲイン媒質と、
このゲイン媒質の前記２つの端面のうちの一方と間隔を置いて対向配置され入射光を反射する反射部品と、
前記ゲイン媒質と反射部品の間に配置され、ゲイン媒質から出力される光の特定波長を選択して透過する波長選択素子と、
所定の線膨張率のベース材と、
このベース材に第１の固定位置でその一端を固定すると共に前記ゲイン媒質を保持した第１の保持部材と、
前記ベース材に第１の固定位置と異なる第２の固定位置でその一端を固定した第２の保持部材と、
前記ゲイン媒質と前記反射部品を結ぶ光路の延長線上でこの反射部品に一端を保持され、前記ゲイン媒質と反対方向に所定長だけ離れた特定箇所を前記第２の保持部材の前記第２の固定位置で固定すると共に、前記ベース材の温度変化による伸縮と同一方向に温度変化と共に伸縮する温度特性補正手段
とを具備することを特徴とする外部共振器型レーザモジュール。
【請求項３】
前記温度特性補正手段は、前記ゲイン媒質の前記反射膜と前記反射部品の反射面までに存在する各媒質の長さにそれぞれの線膨張率を掛け合わせた値の総和が、前記温度特性補正手段の前記光路あるいはその延長線上における補正する長さと線膨張率を掛け合わせた値と等しくなるようにこの温度特性補正手段の線膨張率あるいは長さが設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の外部共振器型レーザモジュール。
【請求項４】
前記ゲイン媒質の外部縦モード間隔は、前記波長選択素子のフィルタ半値幅の半分以上の値であり、この波長選択素子の中心透過波長の温度変動は１ｐｍ／℃以下であり、前記ゲイン媒質の前記反射膜と前記反射部品の反射面までに存在する各媒質の長さにそれぞれの線膨張率を掛け合わせた値の総和を前記温度特性補正手段によって補正した後の温度に対する変動量が前記外部縦モード間隔の半分以下であるように、前記各媒質の長さあるいは線膨張率が設定されていることを特徴とする請求項３記載の外部共振器型レーザモジュール。
【請求項５】
前記ゲイン媒質は、半導体レーザであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の外部共振器型レーザモジュール。
【請求項６】
前記波長選択素子は、誘電体多層膜干渉フィルタであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の外部共振器型レーザモジュール。
【請求項７】
前記波長選択素子は、回折格子であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の外部共振器型レーザモジュール。
【請求項８】
前記波長選択素子は、ファブリペローエタロンフィルタであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の外部共振器型レーザモジュール。
【請求項９】
温度変化を検出する温度変化検出素子と、この温度変化検出素子の検出した温度に応じてモジュール内部の温度を簡易に調整する簡易温度調整手段を更に具備することを特徴とする請求項１または請求項２記載の外部共振器型レーザモジュール。
【請求項１０】
前記半導体レーザを直線変調する直接変調手段を具備することを特徴とする請求項７記載の外部共振器型レーザモジュール。
【請求項１１】
前記ゲイン媒質の前記無反射膜側から出力された光で前記反射部品を透過したものを集光する集光手段と、この集光手段によって集光された光と結合する光ファイバとを更に具備することを特徴とする請求項１または請求項２記載の外部共振器型レーザモジュール。
【請求項１２】
前記ゲイン媒質の前記反射膜側から出力された光を集光する集光手段と、この集光手段によって集光された光と結合する光ファイバとを更に具備することを特徴とする請求項１または請求項２記載の外部共振器型レーザモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は外部共振器型レーザモジュールに係わり、特に波長多重光通信に代表される光通信、光情報処理、光計測、分光用光源等の分野で好適に使用できる外部共振器型レーザモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネット等の通信ネットワークが急速に発展しており、これと共に大容量で安価な光通信システムとしての高密度波長多重化（ＤＷＤＭ：Dense Wavelength Division Multiplexing）による光通信が注目されている。高密度波長多重化通信を実現する上で、光源の出力する波長の安定化が重要である。波長が安定すれば光ファイバ中をより多くの多重化した光を伝搬させることができる。
【０００３】
たとえば、このような高密度波長多重化通信に使用される光ファイバ用の光源として、一般に分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ）が使用されている。分布帰還型半導体レーザは界面欠陥が少ない等の利点がある一方で、温度による波長のシフトが０．１ｎｍ／℃程度と大きい。光通信の分野では、光ファイバ用の光源の動作環境の温度範囲は−５℃〜＋７５℃であり、この範囲では０．８ｎｍもの波長シフトが発生する。このような波長シフトを防止するために、波長ロッカを使用して高精度な温度制御を行うことが波長帯域の効率的な活用に必須となる。
【０００４】
しかしながら、レーザモジュールに波長ロッカを使用すると幾つかの問題が発生する。１つは、波長ロック用の光を取り出すために、光信号として伝送されている光を途中で分岐する必要があり、光信号にこの分の損失が発生する。また、波長ロッカ用の素子を必要とするので、その分だけレーザモジュール自体のサイズが大型化する。また、波長ロッカ用の素子は高価なため、レーザモジュールのコストダウンを図りにくいという問題も生じる。
【０００５】
この問題を解決するために、低コスト化の要請から外部変調器を使用せず、レーザを直接変調することが提案されている。ところが、レーザを直接変調すると、主に変調器内部で生じる屈折率変動を原因として、レーザ固有の波長チャーピング（wavelength chirping）が発生してしまう。ここで波長チャーピングとは、光変調を行う際に、光強度の変調に伴って光の波長が過渡的に変動を受ける現象をいう。波長チャーピングによって伝送路の波長分散を原因とする波形の劣化が生じる。この結果、通常のシングルモードファイバを用いた伝送路では、伝送距離が１００Ｋｍ程度あるいはそれ以下に制限されてしまう。
【０００６】
そこで、屈折率の変動の原因となる温度変化を防止するために、レーザ光源を構成するレーザダイオードや集光レンズといった部品をヒートシンク上に配置すると共に、サーミスタとペルチェ素子を使用して、希望の発振周波数が得られるようにこれらの温度制御を行うようにすることが提案されている（特許文献１参照）。この第１の提案では、半導体レーザと外部反射鏡を用いて外部共振器を形成し、この外部共振器中にバンドパスフィルタ等の波長選択素子を挿入した半導体レーザ光源を実現している。
【０００７】
この提案の外部共振器型レーザモジュールはヒートシンクの下にペルチェ素子を配置する必要がある。このため、モジュールのサイズが大きくなるという問題がある。また、サーミスタの検出した温度データを温度制御回路に入力してペルチェ素子の通電を制御するので、高精度の温度制御を実現するための回路が必要となり、全体的なコストアップにつながるという問題もある。
【０００８】
また、従来の外部共振器型レーザモジュールでは、温度変動やモジュールを構成する部品の機械的な膨張を原因としてモードホッピングという問題が発生している。ここでモードホッピングとは、設定波長と実際の発振縦モード波長とのずれが大きくなっていって、発振波長が隣接した縦モードの波長にシフトする現象をいう。この現象を外部共振器型レーザモジュールの原理と共に説明する。
【０００９】
図１０は、外部共振器型レーザモジュールの構成の概容を表わしたものである。外部共振器型レーザモジュール１００は、端面に反射を低減あるいは防止するためのＡＲ（Anti Reflective）コートを施したゲイン媒質としてのレーザダイオード１０１とミラー１０２の間に、レーザダイオード１０１から射出されるレーザ光１０３を平行光にするコリメータレンズ１０４と、波長の選択を行うフィルタ等の波長選択手段１０５を配置した構成となっている。レーザ光１０３は、レーザダイオード１０１のＡＲコート端面１０６の反対側の端面に形成された反射膜１０７とミラー１０２との間を往復するようになっている。
【００１０】
図１１は、外部共振器型レーザの発振原理を示したものである。図１０と共に説明する。図１１（ａ）は、レーザダイオード１０１の利得と波長の関係の一例を示したものである。図で横軸は波長λを、縦軸は利得の変化を表わしている。同図（ｂ）は離散的に発生する外部共振器モードの位置をそれぞれ示しており、同図（ｃ）はエタロン効果による半導体レーザの内部モードのリップルを示しており、同図（ｄ）は波長選択手段１０５の選択特性の一例を示している。
【００１１】
図１０に示したような外部共振器型レーザモジュール１００の動作原理は、レーザ光が外部共振器を構成する反射膜１０７とミラー１０２の間を往復する際の利得（ゲイン）と損失（ロス）を用いて簡単に説明することができる。まず、レーザダイオード１０１内と空間を光が伝搬する際に、５〜１５ｄＢ程度の損失が発生する。次に、レーザダイオード１０１内のＡＲコート端面１０６と反射膜１０７の間で、光の反射による内部干渉が生じる。内部干渉の周期は、ゲイン媒質としてのレーザダイオード１０１の光軸方向の長さに依存する。レーザダイオード１０１は、外部より電気的にあるいは光によって励起されたとき、外部共振器モードでの損失を利得が上回ったときに発振する。フィルタ等の波長選択手段１０５は、反射膜１０７とミラー１０２の間を往復する光の波長を特定の波長域に制限する。したがって、波長選択手段１０５の損失が、半導体レーザ１０１の利得の大きな波長領域の波長λ０でピークであったとすると、外部共振器型レーザモジュール１００はこの波長λ０に最も近い外部共振器モードの波長で発振することになる。
【００１２】
この発振状態で波長選択手段１０５の選択する波長が別の波長にシフトしたとする。すると、このシフト後に一番損失が小さくなるような周囲のあるいは隣接する外部共振器モードに外部共振器型レーザモジュール１００の発振モードが跳ぶことになる。これをモードホップという。
【００１３】
ところで、半導体レーザのＡＲコート端面１０６の反射率が十分小さいものではない場合、図１１（ｃ）で示した半導体レーザの内部モードのリップルが大きくなる。この状態で同図（ｄ）に示す波長選択手段１０５の特性曲線のフィルタ半値幅が内部モードのリップル成分の周期間隔に比べて広めだとすると、発振の際に発振モードの隣に抑圧しきれないサイドモードが現われる。最悪の場合には、半導体レーザ１０１の内部モードのピーク間が不安定になる。この結果、モードピーク間でモードホップが生じたり、マルチモード発振が行われる。このような不具合を発生させないためには、ＡＲコート端面１０６の反射率が０．１％以下であることが好ましい。
【００１４】
以上説明したような温度変動を原因とするモードホップを生じさせないようにするために、導波路を使用して外部共振器をアサーマル化する第２の提案が行われている（たとえば特許文献２）。
【００１５】
図１２は、この第２の提案のレーザの断面構造を表わしたものである。シリコン基板１１１上の一端部にはレーザ光を出力する半導体レーザ１１２が配置されており、その出力側には石英導波路のコア１１３が形成され、その周囲がクラッド１１４で覆われている。コア１１３の途中には、コア１１３およびクラッド１１４を分断するように溝１１５が切られており、その部分に温度係数調整材料１１６が充填されている。この溝１１５から見て半導体レーザ１１２と反対側の所定位置のコア部分には光誘起グレーティング１１７が配置されている。
【００１６】
このような第２の提案のレーザでは、半導体レーザ１１２に注入電流を流し発光させると、光誘起グレーティング１１７の反射スペクトルに対応した周波数の光のみがこの光誘起グレーティング１１７で反射される。従って、半導体レーザ１１２の後端面から光誘起グレーティング１１７までの区間をレーザキャビティとして発振する。この提案では温度係数調整材料１１６の屈折率温度係数が半導体レーザ１１２の屈折率温度係数と逆の材料となっている。これにより、レーザキャビティ中において温度変化による半導体レーザ１１２の光路長変化を打ち消すことができる。この結果、レーザキャビティの共振周波数の温度係数を小さくすることができ、屈折率温度係数が半導体レーザ１１２の屈折率温度係数と逆の材料を搭載する領域の大きさを適切に設計することで、縦モードの温度係数をグレーティングの反射中心周波数の温度係数に一致させることができる。これにより、モードホップのないモードホップフリー状態あるいは単一縦モード発振が実現する。
【００１７】
しかしながら、この第２の提案の外部共振器型レーザモジュールでは、温度係数調整材料１１６が１０ｐｍ（ピコメートル）／℃程度と大きな温度変動を有している。このため、発振波長の安定度は高密度波長多重化に対応できるものではない。また、溝１１５に充填される温度係数調整材料１１６によって光の大幅な損失が発生する。そこで、温度変化に対応させて機械的に光路長を変える第３の提案が行われている（たとえば特許文献３参照）。
【００１８】
図１３は、この第３の提案による外部共振器型レーザモジュールの概要を表わしたものである。この外部共振器型レーザモジュールでは、半導体レーザ１２１から図で左側に向けて出力されたレーザ光１２２が第１のレンズ１２３によってコリメートされ、第１の１／４波長板１２４を通過して、偏光状態が直線偏光から円形偏光に変化されるようになっている。第１の１／４波長板１２４を通過した光は、第２のレンズ１２５によって収束光とされて、補正素子１２６と透過性基板１２７の対向した平行な２面によって構成されるエタロン１２８を通過し、第２の１／４波長板１２９を更に通過してリトロレフレクタ１３１に到達するようになっている。リトロレフレクタ１３１と半導体レーザ１２１の後部フェーセット１３２のいずれか一方あるいは双方は、完全にあるいは部分的に反射特性を有している。
【００１９】
このような第３の提案による外部共振器型レーザモジュールは、断面が楔形となった補正素子１２６を用いることにより、温度変化が生じてもモードホッピングが発生しないようになっている。すなわち、補正素子１２６は屈折率が一様な光学素子であり、圧電素子等からなる並進機構１３３の上に上下動自在に配置されていて、チューナ１３４によってその上下方向の移動を制御されるようになっている。そして、図示しない発振波長モニタ用のフィードバック素子の検出出力を用いて並進機構１３３により補正素子１２６を並進させて、光路の平均屈折率を変化させる。補正素子１２６とエタロン１２８を同期させることで、レーザ光の通過する光路に沿った平均屈折率が同調波長と正比例し、半波長の同一整数倍の波長を外部共振器内に維持する。これにより、波長を移動していってもモードホッピングが発生しない。
【００２０】
【特許文献１】特開平６−３２６３８２号公報（第０００６段落、図１）
【特許文献２】ＵＳ６３２０８８８Ｂ１号公報（第５欄、図１）
【特許文献３】特表２００２−５２８９０２号公報（第００２７〜００２９段落、図１、図２Ａ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、この第３の提案による外部共振器型レーザモジュールは、検出された温度に応じて補正素子１２６を上下方向に移動させる高精度な並進機構１３３を必要とするだけでなく、補正素子１２６が並進機構１３３によって機械的に移動する構造のために、外部からの衝撃に対して弱いという問題がある。また、並進機構１３３やチューナ１３４等の部品により、外部共振器型レーザモジュールのサイズが大型化し、コストダウンを図りにくいという問題がある。
【００２２】
そこで本発明の目的は、周囲の温度が変化しても、温度制御回路を用いずに、発振波長のずれに起因するモードホッピングを防止することのできる外部共振器型レーザモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
請求項１記載の発明では、（イ）光を出力する２つの端面のうちの一方に光の反射を増加させる膜としての反射膜を形成し、他方の端面に反射を減少させる膜としての無反射膜を形成したゲイン媒質と、（ロ）このゲイン媒質の前記した２つの端面のうちの一方と間隔を置いて対向配置され入射光を反射する反射部品と、（ハ）ゲイン媒質と反射部品の間に配置され、ゲイン媒質から出力される光の特定波長を選択して透過する波長選択素子と、（ニ）  所定の線膨張率のベース材と、（ホ）このベース材に第１の固定位置でその一端を固定すると共にゲイン媒質を保持した第１の保持部材と、（ヘ）ベース材に第１の固定位置と異なる第２の固定位置でその一端を固定した第２の保持部材と、（ト）ゲイン媒質と反射部品を結ぶ光路上あるいはその延長線上でこの反射部品に一端を保持され、第２の保持部材に他端を保持されて、ベース材の温度変化による伸縮を相殺する方向に温度変化と共に伸縮する温度特性補正手段とを外部共振器型レーザモジュールに具備させる。
【００２４】
すなわち請求項１記載の発明では、ゲイン媒質と反射部品の間で波長選択素子を透過する波長の光を往復させてレーザ光を出力する外部共振器型レーザモジュールの温度に応じて変化するゲイン媒質と反射部品の間の光学長を、温度特性補正手段の温度に応じた伸縮によって相殺するようにしている。ここで温度特性補正手段は第２の保持部材によってベース材に固定されているが、同じくベース材に第１の保持部材を介して固定されているゲイン媒質と温度変化に対して伸縮の方向が同一である必要はない。すなわち、一方が伸びるときは他方が伸びる必要はなく縮んでもよい。伸縮の方向が反対である場合には負の線膨張率を持てばよく、このようなものは機械的な機構等で実現できる。
【００２５】
請求項２記載の発明では、（イ）光を出力する２つの端面のうちの一方に光の反射を増加させる膜としての反射膜を形成し、他方の端面に反射を減少させる膜としての無反射膜を形成したゲイン媒質と、（ロ）このゲイン媒質の前記した２つの端面のうちの一方と間隔を置いて対向配置され入射光を反射する反射部品と、（ハ）ゲイン媒質と反射部品の間に配置され、ゲイン媒質から出力される光の特定波長を選択して透過する波長選択素子と、（ニ）所定の線膨張率のベース材と、（ホ）このベース材に第１の固定位置でその一端を固定すると共にゲイン媒質を保持した第１の保持部材と、（へ）ベース材に第１の固定位置と異なる第２の固定位置でその一端を固定した第２の保持部材と、（ト）ゲイン媒質と反射部品を結ぶ光路の延長線上でこの反射部品に一端を保持され、ゲイン媒質と反対方向に所定長だけ離れた特定箇所を第２の保持部材の第２の固定位置で固定すると共に、ベース材の温度変化による伸縮と同一方向に温度変化と共に伸縮する温度特性補正手段とを外部共振器型レーザモジュールに具備させる。
【００２６】
すなわち請求項２記載の発明では、ゲイン媒質と反射部品の間で波長選択素子を透過する波長の光を往復させてレーザ光を出力する外部共振器型レーザモジュールの温度に応じて変化するゲイン媒質と反射部品の間の光学長を、温度特性補正手段の温度に応じた伸縮によって相殺するようにしている。ここで温度特性補正手段は第２の保持部材によってベース材に固定されているが、本発明の場合には、同じくベース材に第１の保持部材を介して固定されているゲイン媒質と温度変化に対して伸縮の方向が同一である場合を扱っている。
【発明の効果】
【００２７】
以上説明したように本発明によれば、高価な半導体レーザチップを使用する必要なく、また、レーザモジュールの温度調整を特に行う必要なく、波長の安定した光を出力することができ、波長のずれをモニタするための基準の波長を用意したり、波長のずれに応じて半導体レーザの発振を制御する特別な制御回路が不要になる。また、直接変調を行うことにすれば、外部変調器を省略することが可能であり、この場合には、伝送システムの下流の加入者系ネットワークから、都市内メトロネットワークあるいは長距離基地局間ネットワークに至るまで、さまざまな伝送システムにおける長距離伝送のための送信機を安価に構成することができる。これにより、本発明は単に従来の分布帰還型半導体レーザの代替品としての用途を見込めるだけでなく、これら従来品よりも性能が優れるので、都市内ネットワークや加入者系にまでＷＤＭを大きく展開できる足掛かりとなることができる。
【００２８】
また、本発明で半導体レーザ等のゲイン媒質を直接変調するようにした場合、通常の分布帰還型半導体レーザ（ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing））に比べて、波長チャープが非常に小さくなる。これによって、通常の光ファイバ伝送路における波長分散により制限される伝送距離を飛躍的に延ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下実施例につき本発明を詳細に説明する。
【実施例１】
【００３０】
図１は本発明の第１の実施例における外部共振器型レーザモジュールの構成の概要を表わしたものである。この第１の実施例の外部共振器型レーザモジュール２００は、スーパインバ等の熱膨張率の低い材料からなるベース２０１上に第１の支持部２０２を介して半導体レーザ２０３を配置している。半導体レーザ２０３は図で左側の端面に反射膜２０４を形成しており、これと反対側の端面にはフレネル反射を防止するための無反射膜２０５を形成している。半導体レーザ２０３から無反射膜２０５を透過して出力されるレーザ光２０６は、図示を省略した第２の支持部によって位置を固定されたコリメートレンズ２０８に入射し、平行光となるようになっている。この平行光はベース２０１上に固定された光バンドパスフィルタ２０９に入射するようになっている。光バンドパスフィルタ２０９は、たとえば透明なフィルタ基板上に誘電体多層膜を形成することによって製造することができる干渉型のフィルタ（誘電体多層膜干渉フィルタ）である。この光バンドパスフィルタ２０９は、半導体レーザ２０３の発振波長を決定するために使用される。光バンドパスフィルタ２０９を通過したレーザ光は、ミラー２１１によって反射される。ミラー２１１はその裏面側に温度特性補償板２１２の一端が固着されておりその他端は、ベース２０１に固定された第３の支持部２１３の側部に固着されている。
【００３１】
このような構成の外部共振器型レーザモジュール２００は、半導体レーザの反射膜２０４とミラー２１１が外部共振器を構成している。今、半導体レーザ２０３の光路長をＬ１とし、半導体レーザの無反射膜２０５から第３の支持部２１３の温度特性補償板２１２を固定した側部までの距離をＬ２とする。また、温度特性補償板２１２の光軸方向の厚さをＬ３とする。更に、半導体レーザ２０３の熱膨張率をＫ１とし、ベース２０１の熱膨張率をＫ２とする。更に、温度特性補償板２１２の熱膨張率をＫ３とする。この場合、周囲の温度変化に依らずに外部共振器の光路長が一定に保たれるためには、次の（１）式が成立すればよい。ただし、ミラー２１１の厚さは無視している。
【００３２】
（Ｌ１×Ｋ１）＋（Ｌ２×Ｋ２）−（Ｌ３×Ｋ３）＝０      ……（１）
【００３３】
この（１）式を満たせば外部共振器の光路長が温度変化に依らずに常に一定となる。したがって、温度制御を一切行う必要なく、外部共振器型レーザモジュール２００の発振する波長を一定に保つことになる。また、（１）式を厳密には満たさない場合であっても、モードホッピングを生じない範囲であれば、レーザ光の波長を一定に保つことができる。
【００３４】
本実施例の外部共振器型レーザモジュール２００の具体例を示す。半導体レーザ２０３の物理長を３００μｍとし、その屈折率を３．１８とする。この具体例の半導体レーザ２０３の光路長Ｌ１は、物理長３００μｍと屈折率３．１８の積の９５４μｍとなる。半導体レーザ２０３の熱膨張率Ｋ１が３．１６×１０−５／ｍであるとする。半導体レーザ２０３を取り付けた第１の支持部２０２と第３の支持部２１３の間隔Ｌ２を２．５ｍｍとし、ベース２０１の熱膨張率Ｋ２を１．９×１０−６／ｍであるとする。更に、温度特性補償板２１２としてその熱膨張率Ｋ３が１７．０２×１０−６／ｍの材料を使用するものとする。
【００３５】
この例の場合、温度制御を必要としないようにするためには、（１）式を満足する温度特性補償板２１２の厚さＬ３を求めればよい。上記した各値を（１）式に代入すると、温度特性補償板２１２の厚さＬ３は１．９６ｍｍとなる。すなわち、熱膨張率Ｋ３が１７．０２×１０−６／ｍの材料を１．９６ｍｍの厚さに設定した温度特性補償板２１２を使用することで、温度変化が生じても外部共振器型レーザモジュール２００の発振するレーザ光の波長を一定に保持することができる。ただし、以上の説明では光バンドパスフィルタ２０９の温度変化を考慮していない。
【００３６】
ところで、外部共振器型レーザモジュール２００の外部縦モード間隔は、次の（２）式で与えられる。
ｆ＝ｃ／２Ｌ      ……（２）
ここで符号ｆは縦モード間隔の周波数を表わしており、符合ｃは光速を表わしている。また、符号Ｌは外部共振器長（Ｌ１＋Ｌ２−Ｌ３）である。
この（２）式により外部縦モード間隔は、６０ＧＨｚとなる。
【００３７】
ところで、一般に光バンドパスフィルタ２０９の温度依存性は低く、一例としては１ｐｍ／℃程度である。このため、仮に外部共振器型レーザモジュール２００が８０℃の温度変化を生じる環境に置かれていても、外部共振器型レーザモジュール２００の波長変化は８０ｐｍにとどまる。これは光の速度をｃ、周波数をｆおよび波長をλとすると、次の（３）式を基にして演算し、１０ＧＨｚの変化に相当することが分かる。
【００３８】
【数１】
2004253782.tif 000003
【００３９】
この（３）式は、光の速度を表わす次の（４）式を波長λで微分した（５）式より得られる。
ｃ＝ｆλ      ……（４）
【００４０】
【数２】
2004253782.tif 000004
【００４１】
したがって、光バンドパスフィルタ２０９の透過帯域を０．７ｎｍ（８７．５ＧＨｚ）とすると、フィルタ半値幅（３ｄＢの幅）は、８７．５ＧＨｚを２で割った４３．５ＧＨｚとなる。したがって、中心に縦モードが重なれば、６０ＧＨｚ離れた前後のモードは３ｄＢ以上のロスを受けることになる。これにより、本実施例の外部共振器型レーザモジュール２００は単一縦モードで発振する。すなわち、温度変化に対する光バンドパスフィルタ２０９の波長変動が１０ＧＨｚ程度なので、外部縦モードが跳ぶことがない。
【００４２】
なお、以上説明した第１の実施例の外部共振器型レーザモジュール２００では、光バンドパスフィルタ２０９を誘電体多層膜で構成したが、回折格子を使用して光バンドパスフィルタを構成することができる。回折格子を使用した光バンドパスフィルタの場合には、これを図示しない回転テーブル上に配置して、選択する波長を調整するために入射角度を変化させるようにしてもよい。
【実施例２】
【００４３】
図２は本発明の第２の実施例における外部共振器型レーザモジュールの構成の概要を表わしたものである。図２で図１と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。第２の実施例の外部共振器型レーザモジュール３００は、スーパインバ（Super Invar：Ni 31, Co 4, Mn 0.3, Fe  bal)等の熱膨張率の低い材料からなるベース２０１上に第１の支持部２０２を介して半導体レーザ２０３を配置している。コリメートレンズ２０８から出力される平行光は、回折格子３０１に入射する。回折格子３０１は、温度特性補償板３０２を介して第３の支持部２１３の側部に固着されている。
【００４４】
本実施例の外部共振器型レーザモジュール３００で、回折格子３０１は図１に示した第１の実施例におけるミラー２１１と同様に、半導体レーザの反射膜２０４と同様に外部共振器を構成している。したがって、先の（１）式を満足するように温度特性補償板３０２の長さを設定すれば、環境温度が変化しても外部共振器型レーザモジュール３００は温度制御を行うことなく発振する波長を一定に保つことができる。
【００４５】
＜第２の実施例の変形例＞
【００４６】
図３は、第２の実施例の変形例を示したものである。この変形例の外部共振器型レーザモジュール３００Ａでは、回折格子３０１がその傾斜角に沿って傾斜した温度特性補償板３０２Ａの傾斜した端面に固着されている。第３の支持部２１３Ａは、その上半分が回折格子３０１の傾斜に沿った傾斜部分となっており、この傾斜部分が温度特性補償板３０２Ａの他方の端面を固着している。他の部分の構成は、第２の実施例の外部共振器型レーザモジュール３００と全く同一である。
【００４７】
図２に示した第２の実施例の外部共振器型レーザモジュール３００の場合には、温度特性補償板３０２の水平方向の長さが回折格子３０１の下端部から上端部に向けて次第に長くなっている。このため、外部共振器型レーザモジュール３００の温度が変化すると、これらの部分の長さの違いによる温度特性補償板３０２の伸縮に微妙な相違が発生し、回折格子３０１の傾斜角が微妙に変化するおそれがある。
【００４８】
これに対して、図３に示した変形例の外部共振器型レーザモジュール３００Ａでは、温度特性補償板３０２Ａの水平方向の伸縮が上下方向のどの位置でも温度に応じて同一量となる。したがって、温度が変化しても回折格子３０１の傾斜角は変動しない。
【実施例３】
【００４９】
図４は本発明の第３の実施例における外部共振器型レーザモジュールのパッケージ内部を側面から見たものである。第３の実施例の外部共振器型レーザモジュール４００は、極低膨張合金としてのスーパインバからなるベース４０１上に、各種部品を配置した構造となっている。すなわち、ベース４０１上には、同じくスーパインバからなる取付台としての第１の支持部４０２を介してレンズ４０３が取り付けられており、第２の支持部４０４を介して半導体レーザ４０５が取り付けられている。半導体レーザ４０５からこの図で左方向に出射した出射光４０６は、光ファイバ４０７に光学的に結合されるようになっている。
【００５０】
半導体レーザ４０５からこの図で右方向に射出した出射光４０８は、第３の支持部４０９によって支持されたコリメートレンズ４１１に入射し、平行光に変換されるようになっている。この平行光は、ベース４０１上に垂設された光バンドパスフィルタ４１２に入射し、これを透過した光が分岐ミラー４１３の表面で反射する。光バンドパスフィルタ４１２は、たとえば透明なフィルタ基板上に誘電体多層膜を形成することによって製造することができる干渉型のフィルタである。分岐ミラー４１３によって反射した光は、光バンドパスフィルタ４１２とコリメートレンズ４１１を順に通過して、再び半導体レーザ４０５に入射するようになっている。本実施例で分岐ミラー４１３は、内部が空洞となった筒状の温度特性補償板４１４の一端に取り付けられている。温度特性補償板４１４の他端は、温度特性補償板４１４の円筒状の空洞部分と対応する箇所が同じく円筒状にくり抜かれたスーパインバからなる第４の支持部４１５によってベース４０１上に固定されている。第４の支持部４１５の空洞部分には、出力モニタ用フォトダイオード４１６が配置されており、分岐ミラー４１３を一部透過した光がこれに入射して、半導体レーザ４０５の出力レベルがモニタされるようになっている。
【００５１】
図５は、本実施例の外部共振器型レーザモジュールのパッケージ内部を上から見たものである。半導体レーザ４０５を取り付けた第２の支持部４０４の上には、これを直接変調する変調回路４２１が配置されている。一般に外部共振器型レーザモジュールは低波長チャープ（揺らぎ）であり、直接変調を行うことは長距離伝送時に有利である。また、光バンドパスフィルタ４１２は光軸に対して所定の角度だけ傾斜している。これは、光バンドパスフィルタ４１２から反射される阻止波長の光が共振器内の光軸上に垂直に反射されて半導体レーザ４０５にそのまま戻ってしまうことで、発振を阻害することを防止するためである。
【００５２】
このような構成の本実施例の外部共振器型レーザモジュール４００を、その製造の工程と共に具体的に説明する。本実施例ではゲインチップとしての半導体レーザ４０５として、たとえば廉価なファイブリペロー型半導体レーザを使用することができる。半導体レーザ４０５は、キャリアとしての第２の支持部４０４にダイボンドされ、同じく第２の支持部４０４上に配置された駆動回路４２１との間でワイヤボンディングを施す。この後、半導体レーザ４０５は、出力用の光ファイバ４０７側に面した出力用端面側に１０〜４０％程度の反射膜４２２を形成する。その場合、外部共振器の反対側に位置する分岐ミラーの反射率はたとえば８０〜１００％程度の高反射膜４２３とする。このように外部共振器を構成する半導体レーザの外側の端面と分岐ミラーの反射膜の反射率は、信号光を出力する側が低反射率となり、その反対側を高反射率とする。高反射率の反射膜と対向して出力モニタ用フォトダイオードが配置される場合には、反射膜の反射率をたとえば８５％に設定して、この反射膜を部分透過する光を出力モニタ用フォトダイオードに導くことになる。
【００５３】
以上のような半導体レーザ４０５をマウントした第２の支持部４０４は、線膨張係数が非常に小さい極低膨張合金としてのスーパインバからなるベース４０１上に搭載される。半導体レーザ４０５の無反射膜４２３側から出力される出射光４０８は、コリメートレンズ４１１を用いて平行ビーム化される。このために、第３の支持部４０９をその保持するコリメートレンズ４１１がちょうど焦点距離となるようにベース４０１上に配置する。コリメートレンズ４１１によってコリメートされた光ビームは、波長選択素子である光バンドパスフィルタ４１２を透過し、それによって選択された波長のみが、分岐ミラー４１３で反射され、反射膜４２２と分岐ミラー４１３の反射面の間の外部共振器内を往復することになる。分岐ミラー４１３は、温度特性補償板４１４によって補正される。ここで温度特性補償板４１４は、外部共振器を構成する光路上の媒質（部品）としての半導体レーザ４０５、コリメートレンズ４１１および光バンドパスフィルタ４１２の光路長換算の温度係数の総和と等しい線膨張係数と長さを持っている。
【００５４】
この温度特性補償板４１４の線膨張率をＫｃとし、長さをＬｃとする。温度特性補償板４１４の線膨張は、次の（６）式で与えられる。
ＫｃＬｃ＝ΣＫｍ（ｎＬ）ｍ      ……（６）
【００５５】
ここで（ｎＬ）ｍは各媒質の光路長である。それぞれの光路長は屈折率とその媒質の物理的長さの積として求めることができる。Ｋｍは物理的長さの線膨張係数を示している。
【００５６】
ところで外部共振器型レーザモジュール４００の特性を良好なものとするためには、光バンドパスフィルタ４１２のフィルタ半値幅、すなわちピークの半分の高さにおける波形の幅は極力狭く設計し、また、フィルタの損失も小さく設計する。たとえば０．１〜０．３ｎｍ程度の細いフィルタ半値幅とし、フィルタの損失は１ｄＢ以下とすることが理想的である。このような光バンドパスフィルタ４１２としては、一例として、高屈折率材料と低屈折率材料を交互に積層成膜した誘電体多層膜フィルタが適当である。９９％程度の高反射率の二つの反射面を対にしたファブリペローエタロン型のフィルタ（ファブリペローエタロンフィルタ）であってもよい。
【００５７】
前者の誘電体多層膜フィルタの場合には、シングルキャビティ型、あるいはマルチキャビティ型によって、ほぼ任意のフィルタ形状を設計することができる。後者のファブリペローエタロン型の場合には、周期的透過率を有する。したがって、単一モード発振を行わせるには、そのＦＳＲ（Free Spectral Range）がゲインチップとしての半導体レーザ４０５のゲイン幅より十分広く、フィネス（透過域の狭さ）も高い（狭い）ことが望まれる。これらのフィルタは、成膜方法や基板材質を最適化することによって１ｐｍ／℃以下の透過波長の温度変動を得ることができる。
【００５８】
ところで、外部共振器モード間隔Δｆeclは次の（７）式で表わされる。
Δｆecl＝ｃ／２（ΣｎＬ）      ……（７）
【００５９】
光バンドパスフィルタ４１２のフィルタ半値幅をＢＷとする。この外部共振器モード間隔Δｆeclが光バンドパスフィルタ４１２のフィルタ半値幅ＢＷ以上になるようにするためには、外部共振器を短くする必要がある。このために分岐ミラー４１３が配置されている。たとえば半導体レーザ４０５の長さが３００μｍでその屈折率が３．５であるとする。また、コリメートレンズ４１１のレンズ厚は１ｍｍで屈折率が１．８、焦点からレンズ端面までの距離が０．３ｍｍであるとする。光バンドパスフィルタ４１２は１ｍｍ厚で、屈折率が１．４６であるとする。更に、コリメートレンズ４１１と光バンドパスフィルタ４１２の空間の距離が０．５ｍｍで、光バンドパスフィルタ４１２と分岐ミラー４１３との空間の距離が０．５ｍｍであるとする。この例の場合、光路長の総和は５．５ｍｍとなる。これは、（７）式で表わした外部共振器モード間隔Δｆeclで、（３）式を変形した次の（８）式を用いることで２５ＧＨｚ（＝０．２ｎｍ）となる。
【００６０】
【数３】
2004253782.tif 000005
【００６１】
この値０．２ｎｍは、フィルタ半値幅ＢＷ（０．２ｎｍ）の半分の値（０．１ｎｍ）よりも十分大きい。
【００６２】
（６）式を適用するに際して、半導体レーザ４０５、コリメートレンズ４１１、光バンドパスフィルタ４１２および温度特性補償板４１４の線膨張係数を個々に事前に求めておいて総和を求めるか、あるいは温度特性補償板４１４が配置されていない状態での共振器状態で外部共振器モードの温度係数を求めておけば、温度特性補償板４１４として条件を満足し得る線膨張係数と長さを決定することができる。たとえば、温度変化をΔＴで表わすとき、相殺補償を行わない状態で外部共振器モードの温度変動が波長軸でΔλ／ΔＴであったとする。この場合に、温度変化による光路長の変動を相殺するのに必要な温度特性補償板４１４の線膨張ＫｃＬｃは、次の（９）式で表わされる。
【００６３】
ＫｃＬｃ＝Δλ／ΔＴｘΣ（ｎＬ）／λｓ      ……（９）
ここで、Σ（ｎＬ）は共振器の光路長を示しており、符号λｓは発振波長を示している。したがって、温度特性補償板４１４の線膨張率Ｋｃがなるべく大きな金属等の材料を選べば、温度特性補償板４１４の長さＬｃは小さくて済み、外部共振器型レーザモジュール４００の全体のサイズを小型化することができる。
【００６４】
分岐ミラー４１３の前後の位置を微調整することによって、外部共振器モードの波長位置を調整し、これと平行して光バンドパスフィルタ４１２のフィルタチップ内の透過波長分布あるいは入射角度を調整することによってフィルタの透過波長を調整する。所定の発振波長において外部モードのいずれかとフィルタの中心ピークが重なるように調整し、調整の終了した時点で光バンドパスフィルタ４１２および第４の支持部４１５をベース４０１に対して半田などで接着固定する。
【００６５】
以上のようにして作製された外部共振器型レーザモジュール４００は、外部縦モードの間隔が十分離れているので、温度変化によるモードホップは生じない。たとえば光バンドパスフィルタ４１２の温度変動分が１ｐｍ／℃であり、±３０℃の環境温度変化に対して、±３０ｐｍのずれが生じたとする。この場合でも、隣接の外部縦モードが十分離れているので、モードホップが起こることはあり得ない。発振波長の安定度は、温度によって相殺される補償の精度によってのみ決定されるからである。
【００６６】
ここで、単一縦モードにおけるモードホップについて、まとめて説明する。ここでは本実施例の図４あるいは図５に示す部品を例に採って説明を行う。
【００６７】
図６は、モードホップとフィルタ半値幅ＢＷと外部共振器モード間隔Δｆeclの関係を説明するためのものである。外部共振器型レーザは、バンドパスフィルタ（波長選択素子）４１２によって選択的に透過される波長が半導体レーザ４０５にフィードバックされ、そのフィードバックされた波長で単一縦モード発振を行う。図６では、各縦モード“１”、“２”……“６”とバンドパスフィルタ４１２のフィルタ特性波形Ｆを示している。外部共振器モード間隔Δｆeclは、各縦モード“１”、“２”……“６”の間隔である。
【００６８】
図６で点線で示すフィルタ特性波形Ｆにおける中心透過波長と、外部共振器縦モードの重畳損失が最小となる縦モードで、外部共振器型レーザモジュール４００の発振波長が決定する。図６（ａ）で示す例では、縦モード“３”の位置の波長で発振することになる。ところが、温度変化によって外部共振器型レーザモジュール４００を構成する部品が伸縮すると、縦モード“１”、“２”……“６”の位置やフィルタ特性波形Ｆ自体が変化する。たとえば図６（ｂ）に示すように縦モード“１”、“２”……“６”の位置がずれたり、フィルタ特性波形Ｆにおける中心透過波長がずれると、この例では縦モード“２”の位置が重畳損失が最小となる縦モードとなる。この結果として、先に選択された、縦モード“３”の位置から、縦モード“２”の位置へと縦モードが非連続的に移動する。これがモードホップである。モードホップが生じると、外部共振器型レーザモジュール４００の発振波長が新たな縦モード“３”の位置に対応した値に変化してしまう。このようなモードホップを生じさせず外部共振器型レーザモジュール４００の発振波長を安定させることが必要である。
【００６９】
外部共振器型レーザモジュール４００を構成する素子の特性にはバラツキがあり、温度変化に応じた部品の伸縮を利用してモードホップをあらゆる温度に対して全く生じさせないようにすることは不可能である。しかしながら、本発明の原理を用いて、実用的な所定の温度範囲でモードホップを生じさせないようにすることは可能である。このための条件は、たとえば次の式で表わすことができる。
【００７０】
ＢＷ／２＜Δｆecl      ……（１０）
｜ｄｆecl／ｄＴ｜・ΔＴ＋｜ｄＦ／ｄＴ｜・ΔＴ＜｜Δｆecl｜／２……（１１）
ｄＦ／ｄＴ〜＜１ｐｍ／ｄｅｇＣ,
つまり｜ｄＦ／ｄＴ｜・ΔＴ＝３５ｐｍ（ただし０℃〜７０℃の範囲内で適用）
……（１２）
【００７１】
一例として（１０）式は、フィルタ半値幅ＢＷが０．３ｎｍであるとすると、外部共振器モード間隔Δｆeclはその半分の０．１５ｎｍよりも広いことが必要ということになる。すなわち、バンドパスフィルタ４１２のフィルタ特性波形Ｆとしてのフィルタ半値幅ＢＷが狭いほど、外部共振器モード間隔Δｆeclの変動に対して外部共振器型レーザモジュール４００の発振が安定化することになる。
【００７２】
フィルタ半値幅ＢＷがたとえば前記した０．３ｎｍである場合、外部共振器モード間隔Δｆeclの温度変動の許容範囲は、次の（１３）式の条件式のようになり、この外部共振器モード間隔Δｆeclが自動的に外部共振器型レーザ光源の発振波長の安定度Δｆcとなる。
Δｆc =Δｆecl=｜ｄｆecl／ｄＴ｜・ΔＴ＜５ＭＨｚ（４０ｐｍ）
（ただしΔＴ＝７０℃）      ……（１３）
【００７３】
この（１３）式で示す範囲で温度特性を補償するか、あるいは前記したようにバンドパスフィルタ４１２のフィルタ半値幅ＢＷを外部共振器モード間隔Δｆeclのおおよそ２倍よりも狭く設定することで、あるいは逆に外部共振器モード間隔Δｆeclをフィルタ半値幅ＢＷの半分よりも広くすることによって、発振縦モードを１つの縦モードとする選択性を高めることができる。また、同時に、外部共振器型レーザモジュール４００の発振時のサイドモードに対する抑圧比を高めることもできる。
【００７４】
本実施例の外部共振器型レーザモジュール４００では、これを構成する部材の加工精度や、作製精度などにより相殺補償が十分ではなく、数ｐｍ／℃オーダの変動があるような場合でも、通常のＤＦＢ（Distributed Feedback Laser：分布帰還型）レーザの場合よりも波長変動が数十倍抑制されている。したがって、半導体レーザ４０５から光ファイバ４０７側に出力された光を、図示しない分岐器によって一部分岐し、これを用いて基準となる波長とのずれを求めて発振する光の波長を補正するといったクローズドループ制御を行うことなく、所望の波長の光を安定して発振させることができる。また、比較的粗い数℃の範囲内の温度調整だけで、発振波長安定度および発振波長の精度を補助的に向上させることもできる。
【００７５】
このように第３の実施例による外部共振器型レーザモジュール４００では、従来のように外部に波長基準をおいて半導体レーザ４０５を温度調整し、クローズドループで厳しく波長制御をする必要なく、極めて発振波長が安定なレーザ送信機を実現することができる。しかも、外部共振器後部の分岐ミラー４１３の反射率が９０％程度のものを使用したとすると、半導体レーザ４０５から出力され分岐ミラー４１３に入射した光の残りの部分がこれを透過する。この透過光は、筒状の温度特性補償板４１４および第４の支持部４１５の空洞部分を通過し、出力モニタ用フォトダイオード４１６がこれを検出する。したがって、出力モニタ用フォトダイオード４１６が光電変換した電流値によって、半導体レーザ４０５から出力用の光ファイバ４０７に向けて出力された光の強度をモニタすることができる。本実施例では、このようなモニタ機能が外部共振器型レーザモジュール４００に付加されているので、出力される光の強度を所定のレベルに保持することができる。
【００７６】
また、半導体レーザ４０５の前面にコリメートレンズを置けば、この前面方向に空間平行ビーム出力を得ることが可能である。そこで、この空間平行ビーム出力を集光レンズで光ファイバに結合すると共にその光ファイバを筐体に固定すれば、光ファイバ付きの半導体レーザとしてのファイバピッグテイル付きのレーザ送信機デバイスを構成することができる。
【００７７】
＜第３の実施例の変形例＞
【００７８】
図７は本発明の第３の実施例の変形例における外部共振器型レーザモジュールのパッケージ内部を側面から見たものである。図７で図４と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。この変形例の外部共振器型レーザモジュール４００Ａは、第１の支持部４０２Ａの上に出力モニタ用フォトダイオード４１６を配置しており、第３の実施例で出力用の光ファイバ４０７に出力していた光で半導体レーザ４０５の出力をモニタするようになっている。そして、第３の実施例で出力モニタ用フォトダイオード４１６の配置されていた分岐ミラー４１３の空洞部にコリメートレンズ４５１を配置して、光バンドパスフィルタ４１２および分岐ミラー４１３を通過した平行光を、出力モニタ用フォトダイオード４１６と反対側に配置した出力用の光ファイバ４０７に結合させるようにしている。
【００７９】
このように変形例の外部共振器型レーザモジュール４００Ａは、第３の実施例における外部共振器型レーザモジュール４００と対比すると、半導体レーザ４０５に対する出力用の光ファイバ４０７と出力モニタ用フォトダイオード４１６の配置関係が反転している。したがって、出力用の光ファイバ４０７と結合するための光を半導体レーザ４０５における分岐ミラー４１３に向いた側から出力することにし、出力モニタ用フォトダイオード４１６は半導体レーザ４０５のこれと反対側に配置している。一般的に外部共振器型レーザでは、分岐ミラー４１３側を透過した光を出力用の光ファイバ４０７に結合する構成の方が、発振スペクトラムの信号対ノイズ比が良好である。
【００８０】
一方、図４および図５に示した第３の実施例の外部共振器型レーザモジュール４００のように、半導体レーザ４０５の反射膜４２２側を透過した光を光ファイバ４０７に結合する構成は、レンズ付き光ファイバを使用したような場合に、構成が簡略化するといったメリットがある。更に、半導体レーザ４０５からの出力光と光ファイバ４０７との間に、図示しない光アイソレータを集積化等により配置した場合には、光ファイバ４０７端側での反射光が共振器内に戻ってノイズとなることを抑制することができるという利点がある。
【実施例４】
【００８１】
図８は本発明の第４の実施例における外部共振器型レーザモジュールのパッケージ内部を側面から見たものであり、図９は上方から見たものである。この第４の実施例の外部共振器型レーザモジュール５００では、極低膨張合金としてのスーパインバからなるベース５０１上に、スーパインバからなる取付台としての第１の支持部５０２と、シリコン基板からなる光導波路回路５０３と、スーパインバからなる取付台としての第２の支持部５０４を順に配置している。第１の支持部５０２の上には、第３の実施例における出力モニタ用フォトダイオード４１６と同様の出力モニタ用フォトダイオード５０５とゲインチップとしての半導体レーザ５０６が図７と同様の配置関係で配置されている。
【００８２】
半導体レーザ５０６は、光導波路回路５０３の反対側に面した出力用端面側に８０〜９５％程度の高反射の反射膜５０８を形成しており、光導波路回路５０３側に面した端面は、無反射コーティングを施して、無反射膜５０９とされている。光導波路回路５０３には、Ｙ字型の光導波路５１１が形成されており、その途中に溝５１２が切られている。溝５１２には光バンドパスフィルタ５１３が差し込まれている。
【００８３】
第２の支持部５０４には、分岐ミラー５１４を一端に取り付けた温度特性補償板５１５の他端が固定されている。分岐ミラー５１４および温度特性補償板５１５は、図７に示した分岐ミラー４１３および温度特性補償板４１４と全く構成上同一の部品を使用することができる。本実施例では円筒状の温度特性補償板４１５内に収束用のレンズ５１６を配置しており、第２の支持部５０５の空洞部分を経て出力される半導体レーザ５０６からの光が、図示しない光ファイバに光学的に結合するようになっている。
【００８４】
このような構成の外部共振器型レーザモジュール５００では、導体レーザ５０６から無反射膜５０９を経て出力された光は光導波路５１１を伝搬して光バンドパスフィルタ５１３まで到達する。光バンドパスフィルタ５１３は、たとえば透明なフィルタ基板上に誘電体多層膜を形成することによって製造することができる干渉型のフィルタである。光バンドパスフィルタ５１３によって反射した光は、Ｖ字状に形成された他方の導波路部分を進行して光導波路回路５０３の外部に放出される。光バンドパスフィルタ５１３を透過した光は、そのまま光導波路５１１を直線状に進行して光導波路回路５０３の端部から放出されて分岐ミラー５１４に入射する。分岐ミラー５１４によって反射した光は、光バンドパスフィルタ５１３を通過して、再び半導体レーザ５０６に入射するようになっている。出力モニタ用フォトダイオード５０５側については、図７における出力モニタ用フォトダイオード４１６と半導体レーザ４０５の関係と同じなので、その説明を省略する。
【００８５】
本実施例の外部共振器型レーザモジュール５００の温度補償の原理は、先の実施例等と同様である。ただし、本実施例では光導波路回路５０３を使用しているので、導体レーザ５０６と分岐ミラー５１４の間では、空気ではなく光導波路５１１の線膨張係数を考慮することになる。
【００８６】
このように第４の実施例の外部共振器型レーザモジュール５００では、光導波路回路５０３を使用したので、導体レーザ５０６から分岐ミラー５１４までの間にレンズを配置する必要なく光ビームを伝搬誘導させることができる。このため、製造時における各部品の配置調整が容易になり、たとえば自動機械を使用して自動化を行いやすい。
【００８７】
＜発明のその他の変形可能性＞
【００８８】
以上説明した本発明の外部共振器型レーザを光信号送信機として応用するとき、半導体レーザ等のゲインチップを連続励起してＣＷ（Continuous Wave、連続）発振させると共に、外部に変調器を設けて、出力されたレーザ光の信号変調を行うことが可能である。あるいは、ゲインチップの長さを最適化すると、２．５Ｇｂｐｓ〜１０Ｇｂｐｓ程度までの高速な直接変調も可能となる。
【００８９】
なお、本発明による外部共振器型レーザモジュールは、通信波長帯だけではなく、ゲイン媒質やコーティング、フィルタの波長帯を調整することによって、紫外、可視、近赤外、遠赤外などの波長領域に対しても適用することができ、センサや医療などの応用分野での光源としても適応可能である。
【００９０】
また、実施例および変形例では、ペルチェ素子等の温度調整素子を使用せずに外部共振器型レーザモジュールの発振を安定化させることにしたが、温度検出素子とペルチェ素子等の温度調整素子および温度調整のための簡易な制御回路を使用して、ラフな温度制御を併せて行ってもよいことは当然である。これにより、ゲインチップやベース材等の構成部品の選択および長さの設定がより容易になるだけでなく、外部共振器型レーザモジュールの発振を安定して行う温度範囲をより広く設定することができる。
【００９１】
更に実施例および変形例では、温度の上昇に応じて膨張する材料を温度特性補償板として使用したが、温度の上昇に応じて収縮する材料、あるいはバイメタル等の機構を使用して温度に応じて特定の２点間の距離が短くなる機構を、反射部品よりもゲイン媒質に近い側に配置し、同様にベース材の温度変化による伸縮を相殺するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の第１の実施例における外部共振器型レーザモジュールのパッケージ内部の概略構成図である。
【図２】本発明の第２の実施例における外部共振器型レーザモジュールのパッケージ内部の概略構成図である。
【図３】第２の実施例の変形例における外部共振器型レーザモジュールのパッケージ内部の概略構成図である。
【図４】本発明の第３の実施例における外部共振器型レーザモジュールのパッケージ内部の側面図である。
【図５】第３の実施例の外部共振器型レーザモジュールの内部の平面図である。
【図６】モードホップとフィルタ半値幅ＢＷと外部共振器モード間隔Δｆeclの関係を示す説明図である。
【図７】本発明の第３の実施例の変形例における外部共振器型レーザモジュールのパッケージ内部の側面図である。
【図８】本発明の第４の実施例における外部共振器型レーザモジュールのパッケージ内部の側面図である。
【図９】第４の実施例における外部共振器型レーザモジュールのパッケージ内部の平面図である。
【図１０】外部共振器型レーザモジュールの構成の概容を表わした概略構成図である。
【図１１】外部共振器型レーザの発振原理を示した説明図である。
【図１２】従来行われた第２の提案によるレーザの断面図である。
【図１３】従来行われた第３の提案による外部共振器型レーザモジュールの概略構成図である。
【符号の説明】
【００９３】
２００、３００、４００、４００Ａ、５００  外部共振器型レーザモジュール
２０１、４０１  ベース
２０２、４０２、４０２Ａ、５０２  第１の支持部
２０３、４０５、５０６  半導体レーザ
２０４、４２２、５０８  反射膜
２０５、４２３、５０９  無反射膜
２０８、４５１  コリメートレンズ
２０９、４１２、５１３  光バンドパスフィルタ
２１１  ミラー
２１２、３０２、４１４、５０１  温度特性補償板
２１３  第３の支持部
３０１  回折格子
４０７  光ファイバ
４１３、５１４  分岐ミラー
４１５  第４の支持部
４１６、５０５  出力モニタ用フォトダイオード
５０３  光導波路回路
５１１  光導波路
５１６  レンズ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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