(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザと、半導体レーザの温度調節装置と、半導体レーザの出射光を平行光から僅かに広がりを持つ光線に変換するレンズと、波長に対して透過率が連続的に増加または減少する特性を持つフィルタと、前記フィルタを透過した光線の中央部分を受光して信号を得るための第１の受光部分と、前記フィルタを透過した光線の中央から外れた部分を受光して信号を得るための第２の受光部分とからなる光検出器と、からなることを特徴とする波長安定化レーザモジュール。
【請求項２】
半導体レーザと、半導体レーザの温度調節装置と、半導体レーザの出射光を平行光から僅かに広がりを持つ光線に変換するレンズと、波長に対して透過率が連続的に増加、または減少する特性を持つフィルタと、前記フィルタを透過した光線の中央部分を受光して信号を得るための第１の受光部分と、前記フィルタを透過した光線の中央から外れた部分を受光して信号を得るための第２の受光部分とからなる光検出器とが、光ファイバを光出力手段として持つパッケージに収納された装置となっていることを特徴とする波長安定化レーザモジュール。
【請求項３】
半導体レーザへの反射戻り光が生じないように、光軸に対して、傾斜させて光検出器を実装する、ことを特徴とする請求項１または２記載の波長安定化レーザモジュール。
【請求項４】
前記光検出器の第１の受光部分は、光軸の中央付近に位置させ、前記第２の受光部分は様々な角度成分を持つレーザ光を受光するために比較的大きい受光部分とし、光軸の中心から外れた位置に配置する、ことを特徴とする請求項１または２記載の波長安定化レーザモジュール。
【請求項５】
前記第１の受光部分では波長に依存する信号が得られ、波長の検出に用い、また、前記第２の受光部分では波長に依存しない信号が得られ、光出力の検出に用いる、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の波長安定化レーザモジュール。
【請求項６】
前記第１の受光部分の信号が一定になるようにレーザ温度を制御し、この状態で前記第２の受光部分の信号が一定になるようにレーザ電流を制御する、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の波長安定化レーザモジュール。
【請求項７】
前記フィルタは、一定波長間隔で透過率が高い部分と低い部分を繰り返すエタロン型フィルタである、ことを特徴とする請求項１または２記載の波長安定化レーザモジュール。
【請求項８】
前記フィルタは、透過率が高いか、或いは低い単峰性の透過特性を有することを特徴とする請求項１または２記載の波長安定化レーザモジュール。
【請求項９】
前記光検出器は、３つの受光部分を有し、そのうちの一つがフィルタを透過した光線の中央部分を受光し、残りの二つが電気的に並列に接続されており、フィルタを透過した光線の中央から外れた部分を受光する、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の波長安定化レーザモジュール。
【請求項１０】
前記光検出器は、受光部分が上下に分割されており、一つはフィルタを透過した光線の中央に小さく配置され、もう一つは横方向に広がりを持った形状をしている、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の波長安定化レーザモジュール。
【請求項１１】
前記光検出器は、横方向に少なくとも４つ以上に分割されている多チャンネル型のアレイ形状をしている、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の波長安定化レーザモジュール。
【請求項１２】
前記レンズは収差の大きい球面レンズである、ことを特徴とする請求項１または２記載の波長安定化レーザモジュール。
【請求項１３】
前記半導体レーザは、電界吸収型の半導体光変調器が集積された素子構造を特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の波長安定化レーザモジュール。
【請求項１４】
半導体レーザから出射された光を平行光から僅かに広がりを持つ状態にして光フィルタに入射させる手段と、該フィルタの出射光の中央部分の光を受光して第１の信号を出力する第１の受光手段と、光線の中央から外れた部分であって比較的大きい受光部分で受光して第２の信号を出力する第２の受光手段と、前記第１及び第２の信号により半導体レーザの温度と注入電流をフィードバック制御する手段とからなり、半導体レーザの発振波長と光出力とを安定化する、ことを特徴とするレーザ光の波長安定化方法。
【請求項１５】
前記第１の信号は前記第１の受光部分の信号が一定になるようにレーザ温度を制御し、この状態で前記第２の受光部分の信号が一定になるようにレーザ電流を制御する、ことを特徴とする請求項１４記載のレーザ光の波長安定化方法。
【請求項１６】
前記第１の信号は波長に依存する信号であり、また、前記第２の信号は波長に依存しない信号である、ことを特徴とする請求項１４または１５記載のレーザ光の波長安定化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は波長安定化レーザモジュール及びレーザ光の波長安定化方法に関し、特に半導体レーザの波長を安定化するための波長安定化レーザモジュール及びレーザ光の波長安定化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ通信システムの光源として、従来から半導体レーザが用いられている。特に数１０ｋｍ以上の光ファイバ通信には波長分散の影響を押さえるためにＤＦＢレーザなどの単一軸モードレーザが用いられている。
例えばＤＦＢレーザでは単一の波長で発振しているが、この発振波長は半導体レーザの温度、或いは動作電流によって変化する。光ファイバ通信システムにおいては、光源の出力強度が一定であることも重要であるので、これまでのシステムにおいては、半導体レーザの温度、及び光出力を一定にするような制御が行われてきた。基本的には光出力を一定にすることで、動作電流も一定になり、半導体レーザの発振波長は一定に保たれる。
しかしながら、半導体レーザの素子が長期使用の後劣化すると、光出力を一定にするための動作電流が上昇し、これに伴って発振波長が変化する。この波長変化量はわずかであるので、従来の光ファイバ通信システムでは問題にならなかった。
近年、一本の光ファイバに多数の波長の光を導入する高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）方式のシステムが主流になりつつあり、ここでは使用される光源の発振波長の間隔が１００ＧＨｚ、或いは５０ＧＨｚと非常に狭くなっている。この場合、光源となる半導体レーザに要求される波長安定度は例えば±５０ｐｍとなり、従来の温度一定、光出力一定という制御による波長安定性では不十分になりつつある。また、素子の温度一定という制御でも、半導体レーザモジュールの環境温度の変化により、わずかに発振波長が変化するという問題もある。
このような半導体レーザの発振波長の変化を抑え、発振波長を安定化する手段として、これまでいくつかの波長安定化装置が開発されている。
【０００３】
特開平１０ー２０９５４６号公報では、図１３(ａ)に示すように、半導体レーザとは別のパッケージに収納するタイプの波長安定化装置28が示されている。
これは、光ファイバ伝送路からカプラ9によってレーザ光の一部を分岐させて、波長安定化装置28に導入するものである。図１３(ａ)に示すように、波長安定化装置28にはバンドパスフィルタとなるフィルタ3が設置されており、その透過光を検出する光検出器11と反射光を検出する光検出器10が設置されている。レーザの発振波長に対して、光検出器10、11では図１３(ｂ)のようにそれぞれ上下が反転した受光強度を示す。図１３(ｂ)に矢印で示した交点で目標の波長となるようにフィルタ、光検出器を調整しておき、二つの光検出器の検出強度が等しくなるように半導体レーザの温度にフィードバックすることで、半導体レーザの発振波長は安定化される。また、フィルタ部分には安定化させる波長を調整するためのスライド調整機構12が設置されている。
まず、この構成は基本的に半導体レーザモジュールとは別のパッケージであるので、新たなスペースが必要であることや、大幅なコストの増加といった問題が生じる。また、信号光の一部を分岐させる構成であるので、その分の光パワーの減衰も避けられない。スライド調整機構12でフィルタ3の位置を調整するだけで安定化する波長の調整を行うことができる点は優れているが、この機構を実現するためには、フィルタの面内で徐々にフィルタの膜厚を変化させることで、面内で透過特性が異なるように加工した非常に特殊で高価なフィルタを用いる必要がある。また、通常、フィルタの透過特性はフィルタの温度によって変化するので、フィルタ3を温度調節するか、温度特性を補償するような特別な電気回路が必要となる。
【０００４】
図１４は第二の従来例として特開平４ー１５７７８０号公報における波長安定化装置の概略図を示す。
基本的な波長安定化の原理は上記、第一の従来例と同様であり、信号光の一部を取り出し、フィルタの透過光と反射光を検出して演算し、半導体レーザの温度にフィードバックするものである。第一の従来例との違いは、安定化する波長を調整するための周波数設定部13として、フィルタ3の角度を調整する方法が示されている点である。しかし、フィルタ3の角度を調整すると、フィルタ3での反射光の方向は変わるので、反射光を検出する検出器10の位置も調整する必要が生じる。フィルタ3の角度を調整する以外にも、フィルタ3の温度を調整する方法、フィルタ3の電気光学効果を変化させる方法などが示されているが、現実的であるとは言えない。このように特定の波長に安定化するための装置を構成するには非常に大きな困難が伴うことが分かる。
【０００５】
図１５は第三の従来例として特開平９ー２１９５５４号公報における波長安定化装置の概略図を示す。
ここでは第一の従来例、および第二の従来例とは異なり、半導体レーザからの光を波長依存性のないビームスプリッタ15で二分し、二分された光を受光する二つの光検出器10と光検出器11の前に、光の波長に対して透過率が増加するフィルタ16と波長に対して透過率が減少するフィルタ17を設置している。
この結果、従来例１、２と同様に二つの光検出器10、11からの信号のバランスを調整することで、半導体レーザ1の波長安定化を行うことができる。
この方法でも特定の波長を合わせるためにフィルタ16、17の角度調節などの手段が必要である。ただし、この方法では二つのフィルタ16、17に対して、いずれも透過光を用いているため、角度調節を行う際、検出器10、11の位置を調整する必要がないことは利点である。しかし、実際にはスペースの限られた半導体レーザモジュール内に図4のようにビームスプリッタ15および光軸の垂直方向にフィルタ17、検出器10を設置するのは困難である。
また、実際には図１５のように半導体レーザ出射光を平行光にするような光学系を用いないと波長安定化を行うために十分なフィルタ透過光を得ることが困難となる。この理由は、半導体レーザは比較的大きな放射角で光を出射しているので、半導体レーザ端面から光検出器までの距離が遠くなるにつれて光検出強度は著しく低下することがあげられる。また、検出強度を上げるために、光検出器4の受光面積を大きくすると、光検出器4に入射する光にはフィルタ3への光の入射角に大きな幅を持つ。この時、フィルタ透過光は受光強度の波長依存性が小さくなるか、波長依存性がなくなってしまう傾向にある（本発明の原理の中で詳しく説明）。
この問題を回避するために図１６のようにレンズ2を用いて半導体レーザからの出射光を平行光にする場合は部品点数が増加し、レンズ2、フィルタ16、17、ビームスプリッタ15、光検出器10、11といった、それぞれの部品位置調整も困難であり、製作コストが増大することが懸念される。
【０００６】
図１７は第四の従来例として特開平１０ー７９７２３号公報における波長安定化装置の概略図を示す。
この方法では上記、第一から第三の従来例と同じような、波長に対して透過率が増加する信号と、波長に対して透過率が減少する信号を得るために、半導体レーザ1からの出射光をレンズ2である放射角度になるように調整し、その光を傾斜させたフィルタ3に光を入射させ、それを二つの受光部分を有する光検出器4で検出するという構成となっている。受光部分5と光受光部分6に到達する光ではフィルタ3に入射するときの角度が異なり、これによって一枚のフィルタで異なる透過特性を得ることができる。
しかし、二つの受光部分5、6で得られるフィルタ透過光の特性は、レンズ2の位置変化による半導体レーザ光の放射角度の変化、フィルタ3の角度変化、光検出器4の位置によって複雑に変化する。つまり、受光部分5と受光部分6へ入射するときのフィルタ透過特性を独立に制御し、特定の波長に安定化させるためには、上記の各部品の位置をそれぞれ高精度に設定する必要がある。例えば、フィルタ3の角度を調整するだけでは任意の波長を安定化するように調整することができないため、実際の装置製作上大きな問題が生じる。
【０００７】
図１８は第五の従来例として特開平９ー１２１０７０号公報における波長安定化装置の概略図を示す。
この方法では半導体レーザ1からの後方出射光をビームスプリッタ15によって分岐し、一方の光はフィルタを通さずに、直接光検出器10に到達し光強度検出用に用いており、もう一方の光はフィルタ3を通して光検出器11に到達し波長検出用に用いている。
【０００８】
図１９（図９(ｂ)）はフィルタの透過率の波長依存性、或いは光検出器11での光電流の波長依存性を示す。フィルタを通さない光を検出する光検出器10の光電流を一定になるように制御することで半導体レーザ1の出力を一定に制御できる。
図１９（図９(ｂ)）のような波長検出用の信号となる光検出器11からの光電流をある一定値Ioに安定化することで、発振波長、および光出力の一定制御が可能となる。しかし、ビームスプリッタを用いて半導体レーザモジュール内に光学系を組むのはスペース的に困難である。また第三の従来例と同じように、半導体レーザ出射光を平行光にするような光学系を用いないと波長安定化を行うために十分なフィルタ透過光を得ることが困難となる。
この問題を回避するためにレンズを用て半導体レーザからの出射光を平行光にする場合は部品点数が増加し、レンズ、フィルタ、ビームスプリッタ、検出器といった、それぞれの部品位置調整も困難であり、製作コストが増大することが懸念される。
【０００９】
図２０は第六の従来例として特願２０００-０６７６０６号における波長安定化装置の概略図を示す。
この方法は半導体レーザ、コリメート用のレンズ、フィルタ、二つの受光部分を有するデュアルＰＤとからなる。
この方法では、半導体レーザからの後方出射光をレンズで平行光とし、光束の一部の光はフィルタを通さずに直接一つの光検出器に導き光強度を検出し、残りの光はフィルタを通してもう一つの光検出器に導き波長を検出する。結局、得られる信号特性は第5の従来例と同一となるが、ビームスプリッタを必要としないため、部品点数低減、省スペースに有効である。しかしながら、この方法では、光強度を検出する検出器側に波長フィルタの影響がでないように、フィルタの横方向の微妙な位置調整が必要となり、フィルタの組み立てに困難が生じる可能性がある。また、フィルタが厚い場合、フィルタのエッジで平行光の進路が変わるなど、悪影響が懸念される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の波長安定化装置は部品点数が多くなり、サイズが大きくなり、従来の半導体レーザモジュール内に集積させることが困難である点、安定化する波長の設定が非常に困難であり製作コストが増大する点が課題である。
本発明では、従来の半導体レーザモジュール内に構成できる、非常にコンパクトで、部品点数が少なく、製作時には安定化する波長を決定するフィルタの透過ピーク波長を非常に容易に、かつ高精度に設定することができ、低コストな波長安定化装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記本発明の目的は、下記の特徴により達成できる。
１：半導体レーザと、半導体レーザの温度調節装置と、半導体レーザの出射光を平行光から僅かに広がりを持つ光線に変換するレンズと、波長に対して透過率が連続的に増加または減少する特性を持つフィルタと、前記フィルタを透過した光線の中央部分を受光して信号を得るための第１の受光部分と、前記フィルタを透過した光線の中央から外れた部分を受光して信号を得るための第２の受光部分とからなる光検出器と、からなることを特徴とする。
２：半導体レーザと、半導体レーザの温度調節装置と、半導体レーザの出射光を平行光から僅かに広がりを持つ光線に変換するレンズと、波長に対して透過率が連続的に増加、または減少する特性を持つフィルタと、前記フィルタを透過した光線の中央部分を受光して信号を得るための第１の受光部分と、前記フィルタを透過した光線の中央から外れた部分を受光して信号を得るための第２の受光部分とからなる光検出器とが、光ファイバを光出力手段として持つパッケージに収納された装置となっていることを特徴とする。
３：前記１または２において、半導体レーザへの反射戻り光が生じないように、光軸に対して、傾斜させて光検出器を実装する、ことを特徴とする。
４：前記１または２において、前記光検出器の第１の受光部分は、光軸の中央付近に位置させ、前記第２の受光部分は様々な角度成分を持つレーザ光を受光するために比較的大きい受光部分とし、光軸の中心から外れた位置に配置する、ことを特徴とする。
５：前記１〜４のいずれかにおいて、前記第１の受光部分では波長に依存する信号が得られ、波長の検出に用い、また、前記第２の受光部分では波長に依存しない信号が得られ、光出力の検出に用いる、ことを特徴とする。
６：前記１〜５のいずれかにおいて、前記第１の受光部分の信号が一定になるようにレーザ温度を制御し、この状態で前記第２の受光部分の信号が一定になるようにレーザ電流を制御する、ことを特徴とする。
７：前記１または２において、前記フィルタは、一定波長間隔で透過率が高い部分と低い部分を繰り返すエタロン型フィルタである、ことを特徴とする。
８：前記１または２において、前記フィルタは、透過率が高いか、或いは低い単峰性の透過特性を有することを特徴とする。
９：前記１〜４のいずれかにおいて、前記光検出器は、３つの受光部分を有し、そのうちの一つがフィルタを透過した光線の中央部分を受光し、残りの二つが電気的に並列に接続されており、フィルタを透過した光線の中央から外れた部分を受光する、ことを特徴とする。
１０：前記１〜４のいずれかにおいて、前記光検出器は、受光部分が上下に分割されており、一つはフィルタを透過した光線の中央に小さく配置され、もう一つは横方向に広がりを持った形状をしている、ことを特徴とする。
１１：前記１〜４のいずれかにおいて、前記光検出器は、横方向に少なくとも４つ以上に分割されている多チャンネル型のアレイ形状をしている、ことを特徴とする。
１２：前記１または２において、前記レンズは収差の大きい球面レンズである、ことを特徴とする。
１３：前記１〜１２のいずれかにおいて、前記半導体レーザは、電界吸収型の半導体光変調器が集積された素子構造を特徴とする。
１４：半導体レーザから出射された光を平行光から僅かに広がりを持つ状態にして光フィルタに入射させる手段と、該フィルタの出射光の中央部分の光を受光して第１の信号を出力する第１の受光手段と、光線の中央から外れた部分であって比較的大きい受光部分で受光して第２の信号を出力する第２の受光手段と、前記第１及び第２の信号により半導体レーザの温度と注入電流をフィードバック制御する手段とからなり、半導体レーザの発振波長と光出力とを安定化する、ことを特徴とするレーザ光の波長安定化方法。
１５：前記１４において、前記第１の信号は前記第１の受光部分の信号が一定になるようにレーザ温度を制御し、この状態で前記第２の受光部分の信号が一定になるようにレーザ電流を制御する、ことを特徴とする。
１６：前記１４または１５において、前記第１の信号は波長に依存する信号であり、また、前記第２の信号は波長に依存しない信号である、ことを特徴とする。
【００１２】
（本発明の原理）
本発明では半導体レーザから出射された光をレンズによって平行光から僅かに広がりを持つ状態にし、光フィルタに入射させる。フィルタの後方には、少なくとも二つの受光部分を有する光検出器を配置し、一つの受光部分を光線の中央付近に配置し、それ以外を光線の中央から外れた部分に配置し、なおかつ比較的大きい受光部分とする。光線の中央に配置した光検出器からはフィルタの透過特性を反映して波長に依存する信号が得られる。
一方、光線の中央から外れた部分に配置した光検出器では受光部分が大きく、あらゆる角度成分を持つ光線を受光することになるので、各角度成分の透過特性が足し合わされた結果として波長依存性のない信号が得られることになる。これら二つの信号を用いて適切なフィードバック回路で半導体レーザの温度と注入電流を制御することにより、半導体レーザの発振波長と光出力が高精度に安定化される。
【００１３】
本発明の最大の利点は、波長に依存した信号、波長に依存しない信号という二つの信号を得るためにビームスプリッタなどを用いていないため、部品点数が少なくなり、コストが低減できる点と、フィルタの調整が非常に容易となる点である。
【００１４】
安定化させる波長を調整するためには、フィルタの角度を調整し透過ピーク波長をシフトさせることが必要であるが、本発明の構成ではフィルタの透過光だけを用いているため、フィルタの角度を調整する際に、光検出器の位置など他の部品の調整をする必要がなく、容易に波長の設定を行うことができる。
【００１５】
光検出器の受光部分が上下に分割されており、そのうちの一つが光線の中央に小さく配置され、もう一つが横方向に広がりを持った配置の場合は、横方向に広がりを持った受光部分が多数の光線の角度成分を受光し、波長に依存しない信号を得るのが容易になる。
【００１６】
光検出器の受光部分が３つある場合は受光する光線の角度成分が広がり波長に依存しない信号が得やすいだけでなく、光強度の検出感度を高めることができる。
【００１７】
また、光検出器の受光部分を横方向に分割し、そのうちの一つの受光部を波長検出用に、それ以外の全ての部分から得られる信号を光強度検出用に用いる場合は、目的の波長特性を得るために、フィルタの角度調整をする必要がなく、適切な受光信号を選択するだけでよいという利点がある。フィルタを高い角度精度で希望の角度に実装することは高度な技術を要するが、この方法によればフィルタの微調整が不要となり、フィルタ固定が容易となる。
【００１８】
これまで述べたように、本発明では波長安定化レーザモジュールが非常にコンパクトに構成できるので、従来のレーザモジュールパッケージである、光ファイバから光出力を取り出すためのパッケージ内に収納することができる。これにより、光伝送装置内において、波長モニタ／波長安定化用のスペースを確保することなく、波長安定化機能を導入することが可能となる。
【００１９】
半導体レーザは、電界吸収形の半導体光変調器が集積された素子構造であっても、本発明の波長安定化レーザモジュールを適用することが可能であり、従来の変調器集積型レーザモジュールを波長安定化動作型に置き換えていくことができ、システムの拡張が容易となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の第一の実施例を示す図である。
ＤＦＢレーザなどの単一軸モード半導体レーザ1の後方出射光はレンズ2によって平行光から僅かに広がりを持つ状態に調整される。ここで、レンズは出射光を僅かに広がりを持たせるので、収差の大きい球面レンズなどを用いてもよい。
この僅かに広がった光を受光できるように図２のように二つの受光部分5、6を持つアレイ状の光検出器4を半導体レーザの後方に設置する。ここでは半導体レーザへの反射戻り光が生じないように、光軸に対して、傾斜させて光検出器4を実装する。ここで図２に示すように、光検出器4の一つの受光部分6は、直径100ミクロン程度とし光軸の中央付近に位置するようにする。もう一つの受光部分5は様々な角度成分を持つレーザ光を受光するために比較的大きい受光部分とし、光軸の中心から外れた位置に配置する。波長に対して透過率が急峻に変化する波長フィルタとしてここではエタロン30をレンズ2と光検出器4の間に挿入する。光検出器4の二つの受光部分5、6ではどちらもフィルタを透過した光を受光することになる。
【００２１】
後述するように、受光部分5では波長に依存しない信号が得られ、光出力の検出に用いる。また、受光部分6では波長に依存する信号が得られ、波長の検出に用いる。波長安定化動作は、受光部分5の信号が一定になるようにレーザ電流を制御し、この状態で受光部分6の信号が一定になるようにレーザ温度を制御する。これによって光出力と波長が一定に制御される。フィルタは安定化したい波長付近でフィルタ透過率の変化が大きくなるように調整して実装する。
【００２２】
面積の大きい受光部分5では、波長フィルタを透過した光を受光するにもかかわらず、波長依存性のない信号が得られることが本発明の特徴であり、この原理について以下に詳しく説明する。
ＤＷＤＭ（高密度波長分割多重）通信システムで用いる半導体レーザに要求される波長安定度はピコメートルのオーダーである。この要求を満たす波長安定度を実現するためには、急峻な透過特性変化を示す、いわゆる狭帯域の波長フィルタが必要となる。このようなフィルタは一般的に光の入射角の変化により透過特性が大きく変化する。
例えば、周期的な透過特性を示すエタロンフィルターでは、図３のように、光の入射角を大きくすると、透過特性は短波長側へシフトする。
図４はエタロンフィルターの角度変化に対する波長変化量を表したグラフを示す。
エタロンフィルターの設置角度が大きいほど、角度変化に対する透過特性の波長変化は大きくなる。つまりフィルタに対する入射角度の変化に対して波長特性の変化は大きい。
【００２３】
一方、フィルタを透過する光が完全な平行光でない場合、図５(ａ)のように透過光を受光する受光部分上には面内の位置によって異なる角度でフィルタを透過した光が到達することになる。よって、上に述べた透過波長特性のフィルタ角度依存性を考慮すると、図５(ｂ)のように受光部分の位置により受光する光の波長特性は異なる。実際に得られる信号は全ての角度成分が足しあわされた形となる。
つまり受光部分が大きく、受光している光の角度成分の幅が大きい場合、実際に得られる透過特性の波長依存性はフィルタ自身の透過特性よりも波長感度が鈍ったものになり、ある条件の場合、波長変化に対して透過率の変化しない平坦な透過特性が得られることになる。
単純に受光部分が小さければ受光する光線の角度成分が少なく波長成分が少ないのに対して、受光部分が大きければ受光する光線の角度成分が多く波長成分が多くなり波長依存性が失われることになる。
【００２４】
これらの原理の計算例を図６に示した。
受光部分の大きい場合と、小さい場合について、下側に光線の各角度成分の透過特性をプロットし、上側にこれらを足し合わせて実際に受光部分で得られる信号特性をプロットしている。図６の左上に示したように、受光する波長幅が狭い場合、得られる信号はフィルタ自身の透過特性と大きな違いはない。
一方、右上のように、波長幅が広い場合、全ての成分を足し合わせると平坦になることから、得られる信号は波長依存性のないものとなる。
さらに広がりを持つ光線では、光線の中央付近の方が周辺よりも角度成分が少ない。よって波長依存性を得るための受光部分は光線の中央に配置するのが望ましい。反対に、光線の外側部分では角度成分が多いためより簡単に波長依存性のない信号を得ることができる。
上記の原理により、本発明では波長に依存する信号と波長に依存しない信号を一つのフィルタ透過光から得ることができる。
【００２５】
図７では上記の構造をパッケージに搭載した例を示した。
上記の部品は外部から温度制御可能な基板7に搭載され、半導体レーザ1の温度を制御して発振波長を調整するとともに、すべての光学部品を一定の温度に制御する。実際のモジュールは基板上にファイバ結合用レンズ18、アイソレータ27、温度検出用サーミスタ29などが搭載され、これがパッケージケースに収まり、光ファイバ14から光を取り出す構成となっている。
このように本発明の波長安定化装置は従来の半導体レーザモジュールのパッケージに収納可能な非常にコンパクトな構成である。
【００２６】
図８は本発明の第二の実施例を示す図である。
第一の実施例との違いは波長依存性のある信号を得るためのフィルタとして誘電体多層膜がガラス基板に形成されているものを用いる点だけであり、モジュール製作方法、動作状態は全く同様である。多層膜フィルタを用いる場合、ガラス基板の厚さを任意に設定することができるので、基板を薄くして、コンパクトな構成にできることが利点である。
【００２７】
図９は本発明の第三の実施例を示す図である。
第一の実施例との違いは光検出器4の受光部分が３つあることである。
外側の二つの受光部分31、32は電気的に並列に接続されている。光強度検出用の受光部分5は光線の外側に配置されるが、光線の外側は光密度が小さく強度が弱い。
図９のように光強度検出用の受光部分31、32を波長検出用の受光部分33をはさんで両側に配置し、面積を大きくすることで受光感度を稼ぐことが可能となる。さらに、受光部分の面積が大きくなることで受光する波長成分が広がり波長無依存の信号が得られやすくなる。
【００２８】
図１０(ａ)は本発明の第四の実施例を示す図である。
第一の実施例との違いは光検出器の受光部分が図１０(ｂ)のように上下方向に分割されていることである。中央の小さい受光部分が波長検出用のものとなり、横方向に広がった長方形のものが光強度検出用のものとなる。横方向に広がった受光部分では入射角の成分が多く、受光する波長幅が広がり波長無依存の信号が得られやすい。
【００２９】
図１１(ａ)は本発明の第五の実施例を示す図である。
第一の実施例との違いは受光部分が横方向に分割された4チャンネル以上のアレイ受光部34となっている点である。
図１１(ｂ)にアレイ受光部を正面から見たところを示す。
チャンネルセレクター35は任意のチャンネルの信号、及び複数の任意のチャンネルの信号を足し合わせた信号を得ることができる。
図１１にはチャンネル数が８である例を示したが、ここで、例えば中央のチャンネル4を波長信号として用い、その他のチャンネルの信号を足し合わせたものを光強度信号として用いることで、事実上、上記第三の実施例と同様の構成となる。
受光部分を多チャンネルのアレイ構造にする最大の利点は波長信号として用いる受光部分の位置を後から選択することができる点である。本発明では半導体レーザ出射光を平行光から僅かに広がった状態にしているので、受光部分の位置により光の入射角度は異なっている。つまり受光部分の位置により得られるフィルタの波長特性は異なり、波長信号として用いるチャンネルを選ぶことで最適な波長特性を得ることができる。これまでの述べているように、波長フィルタ透過波長特性の光入射角度依存性は非常に大きいので、僅かな角度変化により波長特性は大きく変化する。このため、これまで波長フィルタの実装には高い角度精度が必要であった。本発明の多チャンネルの光検出器4を用いることで、最終的な波長特性の合わせこみはチャンネルの選択で行うため、フィルタのマウント精度を緩めることができる。このフィルタ実装の容易化により組み立てコストは大幅に低減する。
【００３０】
図１２は本発明の第六の実施例を示す図である。
第一の実施例との違いは半導体レーザとして、電界吸収型の半導体変調器が集積化された半導体レーザ光源を用いている点だけであり、モジュール製作方法、動作状態は全く同様である。変調器集積型の半導体レーザ光源はコンパクトで良好な特性を示すことから、近年、広く光伝送システムの光源部分に用いられており、このモジュールに対し、全く同一のパッケージで波長安定制御のオプションを導入できることは大きな利点となる。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜１６に係る本願発明は下記記載の効果Ａ〜Ｃを奏する。
効果Ａ：波長安定化半導体レーザモジュールを構成するにあたり、ビームスプリッタなどの光を分岐する手段が不要であることである。このために、部品点数が減少するだけでなく、他の部品を実装する際の位置調整も容易になる。
その理由は、平行光から僅かに広がった光線の幅を利用して、一つの光線から二種類の信号を検出できるような部品配置にしているからである。
効果Ｂ：安定化するための波長の調整、すなわち、フィルタ透過ピーク波長の調整をフィルタ実装時に容易、かつ高精度に行うことができることである。このため、設定する波長毎に特別に設計したフィルタを用意する必要もなくコスト低減につながる。さらに、実装の容易さから、スループットの向上、コストの低減につながる。
その理由は、波長に依存する信号を、フィルタの透過光だけから取得しているため、フィルタの角度を調整して透過ピーク波長を調整する際に、光検出器など他の部品の位置調整が不要となるからである。
効果Ｃ：モジュールを非常にコンパクトに構成することができることである。このため、従来の半導体レーザモジュールと全く同一のパッケージにおいて、波長安定化レーザモジュールを構成することができるのである。
その理由は、本発明のモジュールではビームスプリッタなどを用いず、部品点数が非常に少ないシンプルな構造となっているからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態による波長安定化レーザモジュールを示す図である。
【図２】アレイ型の光検出器を示した図である。
【図３】エタロンフィルタの角度変化に対してフィルタの透過特性の変化を示した図である。
【図４】フィルタの設置角度からの変動角度と波長特性の変化について示した図である。
【図５】広がりを持った光線がフィルタを透過して光検出器に至る様子を示した図である。
【図６】受光部分の大きさにより信号特性が異なるという、本発明の原理を説明する図である。
【図７】本発明の第一の実施の形態による波長安定化レーザモジュールをパッケージに登載した構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第二の実施の形態による波長安定化レーザモジュールの構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第三の実施例の形態による波長安定化レーザモジュールの構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第四の実施の形態による波長安定化レーザモジュールの構成を示し、（ａ）はそのブロック図，（ｂ）はこの形態に用いた光検出器を正面から見た図である。
【図１１】本発明の第五の実施の形態による波長安定化レーザモジュールの構成を示し、（ａ）はブロック図，アレイ受光部を正面から見た図である。
【図１２】本発明の第六の実施の形態による波長安定化レーザモジュールの構成を示すブロック図である。
【図１３】第一の従来例の構成を示し、(ａ)はそのブロック図、(ｂ)は上下が反転した受光強度を示す。
【図１４】第二の従来例の構成を示すブロック図である。
【図１５】第三の従来例の構成を示すブロック図である。
【図１６】第三の従来例を改良した構成を示すブロック図である。
【図１７】第四の従来例の構成を示すブロック図である。
【図１８】第五の従来例の構成を示すブロック図である。
【図１９】フィルタの透過率の波長依存性、或いは光検出器での光電流の波長依存性を示す図である。
【図２０】第六の従来例の構成を示すブロック図である。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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