(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ，レンズ，波長用のフィルタ，及び光検出器をこの順で実装した温度調整可能な基板を結合レンズ及び光ファイバが取り付けられたケース内に収容して成ると共に、該半導体レーザからの出射光を該レンズで透過して平行光とした上で該波長用のフィルタ，該光検出器，及び該結合レンズを透過させて該光ファイバへ結合できるように構成された波長安定化半導体レーザモジュールにおいて、前記平行光は単一であって、前記光検出器は、分割された２つの受光部を有して前記平行光の一部を遮る箇所に配置されると共に、該２つの受光部にあっての一方の受光部が該平行光における前記波長用のフィルタを透過したものを検出し、且つ他方の受光部が該平行光における該波長用のフィルタを透過しないものを検出するように構成され、前記レンズと前記光検出器との間にアイソレータを備えることを特徴とする波長安定化半導体レーザモジュール。
【請求項２】
請求項１記載の波長安定化半導体レーザモジュールにおいて、前記光検出器は、前記２つの受光部が前記基板の実装面の高さ方向を示す上下に分割されたタイプのものであると共に、該２つの受光部にあっての下方の受光部が前記平行光における前記波長用のフィルタを透過したものを検出し、且つ上方の受光部が該平行光における該波長用のフィルタを透過しないものを検出するように構成されたことを特徴とする波長安定化半導体レーザモジュール。
【請求項３】
請求項１記載の波長安定化半導体レーザモジュールにおいて、前記光検出器は、前記２つの受光部が前記基板の実装面と平行な平面上における前記平行光の進行方向と垂直な延在方向を示す左右に分割されたタイプのものであると共に、該２つの受光部にあっての右方の受光部が該平行光における前記波長用のフィルタを透過したものを検出し、且つ左方の受光部が該平行光における該波長用のフィルタを透過しないものを検出するように構成されたことを特徴とする波長安定化半導体レーザモジュール。
【請求項４】
請求項１記載の波長安定化半導体レーザモジュールにおいて、前記光検出器は、前記２つの受光部が前記基板の実装面と平行な平面上における前記平行光の進行方向と垂直な延在方向を示す左右に分割されたタイプのものであると共に、該２つの受光部にあっての左方の受光部が該平行光における前記波長用のフィルタを透過したものを検出し、且つ右方の受光部が該平行光における該波長用のフィルタを透過しないものを検出するように構成されたことを特徴とする波長安定化半導体レーザモジュール。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一つに記載の波長安定化半導体レーザモジュールにおいて、前記波長用のフィルタは、温度係数が殆ど零の特性を持つことを特徴とする波長安定化半導体レーザモジュール。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一つに記載の波長安定化半導体レーザモジュールにおいて、前記波長用のフィルタ及び前記光検出器は、前記半導体レーザと分離されて独立に温度調整可能であることを特徴とする波長安定化半導体レーザモジュール。
【請求項７】
請求項１〜５の何れか一つに記載の波長安定化半導体レーザモジュールにおいて、前記波長用のフィルタ及び前記光検出器は、前記半導体レーザと分離され、前記波長用のフィルタは、内蔵した温度検出器により環境温度の変化に対して電気回路的に特性補償を行う機能を有することを特徴とする波長安定化半導体レーザモジュール。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一つに記載の波長安定化半導体レーザモジュールにおいて、前記半導体レーザは、光増幅器を内蔵していることを特徴とする波長安定化半導体レーザモジュール。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一つに記載の波長安定化半導体レーザモジュールにおいて、前記半導体レーザは、アレイ状のＤＦＢレーザと合波器とを有することを特徴とする波長安定化半導体レーザモジュール。
【請求項１０】
請求項１〜７の何れか一つに記載の波長安定化半導体レーザモジュールにおいて、前記半導体レーザは、面発光タイプであることを特徴とする波長安定化半導体レーザモジュール。
【請求項１１】
請求項９又は１０記載の波長安定化半導体レーザモジュールにおいて、前記半導体レーザは、波長可変タイプであることを特徴とする波長安定化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、主として半導体レーザからの出射光における発振波長を安定化するための波長安定化半導体レーザモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、技術開発が顕著な光ファイバ通信システムの光源には、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用には、波長分散の影響を押えるためにＤＦＢ（分布帰還形）レーザ等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や動作電流によって変化する。
【０００３】
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、既存のシステムの場合、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いる。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、半導体レーザが長期使用された後に素子劣化が進むと、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。この波長変化量は僅かであるため、従来のシステムでは問題にならなかった。
【０００４】
ところが、最近では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）方式の光ファイバ通信システムが主流になりつつあり、ここで使用される光源の発振波長の間隔は１００ＧＨｚ，或いは５０ＧＨｚと非常に狭くなっており、こうしたシステムでは光源となる半導体レーザに要求される波長安定度が例えば±５０ｐｍとなるので、上述したような既知の温度及び光出力を一定にするための制御では波長安定性が不十分になる傾向にあり、素子温度を一定にするための制御でも、半導体レーザがモジュールの環境温度の変化によって僅かに発振波長が変化してしまうという問題が生じている。
【０００５】
そこで、このような半導体レーザの発振波長の変化を抑制し、発振波長を安定化するための手段として、これまでにも幾つかの波長安定化装置が開発されている。その第１の例としては、特開平１０−２０９５４６号公報に開示されたレーザ光源の波長安定化装置が挙げられる。
【０００６】
図９は、従来の第１の例に係る波長安定化装置２８の基本構成及び動作特性を示したもので、同図（ａ）は光分岐部を含む装置構成の概略図に関するもの，同図（ｂ）は装置の波長に対する光電流の関係で示される光電流の波長依存性に関するものである。
【０００７】
この波長安定化装置２８は、半導体レーザのモジュールとは別のパッケージに収納されるタイプのもので、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た上で装置に導入する構成となっており、具体的には、図９（ａ）に示されるように、パッケージ内にバンドパスフィルタとなるフィルタ３がスライド調整機構１２に支持されて設置され、このフィルタ３での透過光を検出するための光検出器１１と反射光を検出するための光検出器１０とがフィルタ３を挟んで対向するように設置されている。
【０００８】
この波長安定化装置２８の場合、図９（ｂ）を参照すれば、レーザ光の発振波長に対して光検出器１０，１１ではそれぞれ透過光，反射光が上下反転した受光強度を示し、図中の矢印で示した交点で目標の波長となるようにフィルタ３及び光検出器１０，１１の位置を調整しておき、各光検出器１０，１１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により、半導体レーザの発振波長が安定化する。尚、スライド調整機構１２は、フィルタ３の位置を調整することで安定化する波長を調整可能とするためにフィルタ３に設置されている。
【０００９】
図１０は、従来の第２の例に係る波長安定化装置の基本構成を示した概略図である。尚、この波長安定化装置は、特開平４−１５７７８０号公報に開示された半導体レーザの周波数安定化装置に関連するものである。
【００１０】
この波長安定化装置の場合、基本的な波長安定化の原理は上述した第１の例の場合と同様であり、信号光の一部を取り出し、フィルタ３の透過光と反射光とをそれぞれ光検出器１１，１０で検出して演算し、半導体レーザの温度にフィードバックするものであるが、第１の例の場合との相違は、フィルタ３の角度を調整することで安定化する波長を調整するための周波数設定部１３がフィルタ３に設置されている点である。
【００１１】
図１１は、従来の第３の例に係る波長安定化装置の基本構成を示した概略図である。尚、この波長安定化装置は、特開平９−２１９５５４号公報に開示された半導体レーザダイオードの光出力制御装置に関連するものである。
【００１２】
この波長安定化装置の場合、上述した第１の例及び第２の例の構成とは異なり、光ファイバ１４から出射されて結合レンズ３２を透過して集束された光を半導体レーザ１が入射し、この半導体レーザ１からの光を波長依存性の無いビームスプリッタ１５で二分し、これらの二分された光を受光するための２つの光検出器１０，１１の前に光波長に対して光波長に対して透過率が減少するフィルタ１７，透過率が増加するフィルタ１６をそれぞれ設置して構成されており、これにより第１の例及び第２の例の場合と同様に各光検出器１０，１１から得られる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ようになっている。
【００１３】
因みに、この波長安定化装置の場合、実際には半導体レーザ１が比較的大きな放射角で光を出射しているために半導体レーザ１の端面から各光検出器１０，１１までの距離が遠くなるに従って光検出強度が著しく低下してしまうこと、検出強度を上げるために各光検出器１０，１１の受光面積を大きくした場合には各光検出器１０，１１に入射する光がフィルタ１７，１１への光の入射角に大きな幅を持ち、ここで各フィルタ１７，１１の透過光に関して受光強度の波長依存性が小さくなるか、波長依存性が無くなってしまう傾向にあること等の理由により、図１２に示される改良構成のように半導体レーザ１からの出射光をレンズ２を用いて平行光にするような光学系を用いなければ、フィルタ１７，１１から波長安定化を行うために十分な透過光を得ることが困難となるものと類推される。
【００１４】
図１３は、従来の第４の例に係る波長安定化装置の基本構成を示した概略図である。尚、この波長安定化装置は、特開平１０−７９７２３号公報に開示された波長分割多重光伝送システム用の波長監視制御装置に関連するものである。
【００１５】
この波長安定化装置の場合、上述した第１乃至第３の例の場合と同様に、光波長に対して透過率が増加する信号と光波長に対して透過率が減少する信号とを得るために、半導体レーザ１からの出射光をレンズ２で或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２つの受光部５，６を有する光検出器４で検出する構成となっており、受光部５，６に到達する光がフィルタ３に入射するときの角度と異なることを利用して一枚のフィルタ３で異なる透過特性が得られるようになっている。
【００１６】
図１４は、従来の第５の例に係る波長安定化装置の基本構成を示した概略図である。尚、この波長安定化装置は、特開平９−１２１０７０号公報に開示された光波長安定化システムに関連するものである。
【００１７】
この波長安定化装置の場合、半導体レーザ１からの出射光をビームスプリッタ１５によって分岐し、一方の光をフィルタを通さずに直接的に光検出器１０に到達させることで光強度検出用に用いており、他方の光をフィルタ３を通して光検出器１１に到達させることで波長検出用に用いるように構成されている。
【００１８】
図１５は、この波長安定化装置におけるフィルタ３での波長に対する透過率（光電流）の関係で示される透過率の波長依存性（光検出器１１での光電流の波長依存性）を示したものである。
【００１９】
ここでは、フィルタを通さずに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、波長検出用の信号となる光検出器１１からの光電流を矢印で示される波長安定化点として、或る一定値Ｉｏに安定化することにより、発振波長及び光出力の一定制御が可能となることを示している。
【００２０】
図１６は、従来の第６の例に係る波長安定化装置の基本構成を示した概略図である。尚、この波長安定化装置は、特開２００１−２５７４１９号公報に開示された波長安定化レーザモジュールに関連するものである。
【００２１】
この波長安定化装置は、半導体レーザ１，コリメート用のレンズ２，フィルタ３，及び２つの受光部５，６を有する光検出器４から成り、半導体レーザ１からの出射光をレンズ２で平行光とし、一方の光をフィルタ３を通さずに直接的に光検出器４の受光部５へと導いて光強度を検出し、他方の光をフィルタ３を通して光検出器４の受光部６へと導いて波長検出するように構成されており、得られる信号特性は第５の例の場合と同一となるが、ビームスプリッタを必要としないため、部品点数低減や省スペースに有効となっている。
【００２２】
図１７は、従来の第７の例に係る波長安定化装置の基本構成を示した概略図である。尚、この波長安定化装置は、電子情報通信学会２０００年ソサエティー大会における文献Ｂ−１０−１７４で開示された波長安定化装置に関連するものである。
【００２３】
この波長安定化装置は、２つの反射面を有して光を３本に分岐可能なプリズム型ビームスプリッタ３９を用い、半導体レーザ１からのレンズ２を通った光がプリズム型ビームスプリッタ３９における１つ目の反射面で分岐されたものを波長用のフィルタ３を通して光検出器１１に入射することで波長信号が得られ、且つ２つ目の反射面で分岐されたものを光検出器１０に入射することで光出力信号が得られると共に、通過したものを結合レンズ３２で集束した上で光ファイバ１４の入射部へ入射するように構成されている。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した各種波長安定化装置の場合、以下に説明するような諸点でそれぞれ欠点や問題がある。
【００２５】
先ず、第１の例に係る波長安定化装置の場合、スライド調整機構でフィルタの位置を調整するだけで安定化する波長を調整できるという点で優れているが、このスライド調整機構を有効に活用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その面内で透過特性が異なるように加工された非常に特殊で高価なフィルタを用いる必要があるという制約付きの欠点がある上、構成上において基本的に半導体レーザのモジュールとは別のパッケージであるので、半導体レーザとは無関係に新たなスペースが必要となることや、全体として大幅なコスト増加を回避できないといった問題がある。
【００２６】
又、第２の例に係る波長安定化装置の場合、フィルタの角度を調整するとフィルタでの反射光の方向も変わるため、反射光を検出するための光検出器の位置も調整する必要が生じることから類推されるように、取り扱いが煩雑であるという根本的な問題がある他、フィルタの角度を調整する以外にもフィルタの温度を調整する方法やフィルタの電気光学効果を変化させる方法等も示されているものの、現実的に容易に適用できるものとは言えず、特定の波長に安定化するための装置構成として非常に大きな困難を伴うものとなっている。
【００２７】
更に、第３の例に係る波長安定化装置の場合、特定の波長を合わせるために２つのフィルタの角度調節等を行うための手段が必要であり、各フィルタに対して何れも透過光を用いていることにより、角度調節を行うときに２つの光検出器の位置を調整する必要がないという利点があるが、実際にはスペースの限られた半導体レーザのモジュール内にビームスプリッタや光軸の垂直方向へフィルタ，光検出器を設置する必要があるため、占有スペースを要することで適用が困難となってしまうという問題がある。尚、この波長安定化装置に関して、半導体レーザからの出射光をレンズを用いて平行光にするような光学系に改良した構成においても、専用のレンズ及びビームスプリッタと共に、２つのフィルタ及び光検出器を要することにより全体の部品点数が増加してしまうという問題がある他、これらの部品をそれぞれ位置調整することが困難となり、結果として作製コストが増大してしまうという問題がある。
【００２８】
加えて、第４の例に係る波長安定化装置の場合、光検出器における２つの受光部で得られるフィルタの透過光特性は、レンズの位置変化による半導体レーザからの光の放射角度の変化、フィルタの角度変化、並びに光検出器の位置によって複雑に変化し、２つの受光部へ入射するときのフィルタの透過特性を独立に制御して特定の波長に安定化するためには各部品の位置をそれぞれ高精度に設定する必要があるため（例えばフィルタ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）、実際には調整設定が煩雑で装置作製上に大きな難題を抱えている。
【００２９】
一方、第５の例に係る波長安定化装置の場合、半導体レーザのモジュール内にビームスプリッタを用いた光学系を組むのはスペース的に困難を伴うという問題がある他、第３の例の場合と同様に半導体レーザの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っている上、半導体レーザからの出射光をレンズを用いて平行光にするような光学系に改良した構成においても、専用のレンズ及びビームスプリッタと共に、２つのフィルタ及び光検出器を要することにより全体の部品点数が増加してしまうという問題がある他、これらの部品をそれぞれ位置調整することが困難となり、結果として作製コストが増大してしまうという問題がある。
【００３０】
他方、第６の例に係る波長安定化装置の場合、面発光レーザや前方に半導体光増幅器を集積したようなデバイスを有する光学系に適用しようとすると、半導体レーザの後方光を用いることができず、ビームスプリッタ等で前方のコリメート光を分岐する必要があるため、こうした構成では結果として部品点数が増大してしまうという問題がある。
【００３１】
最後に、第７の例に係る波長安定化装置の場合、構成上において光を３つに分岐するための専用の高価なプリズム型ビームスプリッタが必要であると共に、２つの光検出器が必要であるために部品点数が多くなってしまうという問題がある他、複数の光軸を調整する必要があるために調整及び組み立てが煩雑となっており、しかも光検出器と波長用のフィルタとを光軸と垂直な横方向に配置する必要があるためにモジュール全体のサイズが大型化してしまうという欠点がある。
【００３２】
要するに、既存の各種波長安定化装置の場合、総括的な観点で問題点を挙げれば、部品点数が多く、サイズが大きくなってしまうことにより、半導体レーザのモジュール内に集積させることが困難であるという点と、製作時に安定化する波長の設定が非常に困難であって、且つ製造コストが増大するという点とを留意することができる。
【００３３】
本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、部品点数が少なく、コンパクトなサイズで半導体レーザのモジュール内に集積させることが容易であると共に、製作時に安定化する波長の設定が非常に簡単であって、且つ製造コストを低減できる構成の波長安定化半導体レーザモジュールを提供することにある。
【００３４】
又、本発明の他の技術的課題は、製作時に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して高精度に設定することができると共に、半導体レーザ前方の出射光をモニタする必要のある光学系に対して低コストで適用できる波長安定化半導体レーザモジュールを提供することにある。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、半導体レーザ，レンズ，波長用のフィルタ，及び光検出器をこの順で実装した温度調整可能な基板を結合レンズ及び光ファイバが取り付けられたケース内に収容して成ると共に、該半導体レーザからの出射光を該レンズで透過して平行光とした上で該波長用のフィルタ，該光検出器，及び該結合レンズを透過させて該光ファイバへ結合できるように構成された波長安定化半導体レーザモジュールにおいて、前記平行光は単一であって、光検出器は、分割された２つの受光部を有して平行光の一部を遮る箇所に配置されると共に、該２つの受光部にあっての一方の受光部が該平行光における波長用のフィルタを透過したものを検出し、且つ他方の受光部が該平行光における該波長用のフィルタを透過しないものを検出するように構成され、前記レンズと前記光検出器との間にアイソレータを備える波長安定化半導体レーザモジュールが得られる。
【００３６】
又、本発明によれば、上記波長安定化半導体レーザモジュールにおいて、光検出器は、２つの受光部が基板の実装面の高さ方向を示す上下に分割されたタイプのものであると共に、該２つの受光部にあっての下方の受光部が平行光における波長用のフィルタを透過したものを検出し、且つ上方の受光部が該平行光における該波長用のフィルタを透過しないものを検出するように構成された波長安定化半導体レーザモジュールが得られる。
【００３７】
更に、本発明によれば、上記波長安定化半導体レーザモジュールにおいて、光検出器は、２つの受光部が基板の実装面と平行な平面上における平行光の進行方向と垂直な延在方向を示す左右に分割されたタイプのものであると共に、該２つの受光部にあっての右方の受光部が該平行光における波長用のフィルタを透過したものを検出し、且つ左方の受光部が該平行光における該波長用のフィルタを透過しないものを検出するように構成された波長安定化半導体レーザモジュール、或いは光検出器は、２つの受光部が基板の実装面と平行な平面上における平行光の進行方向と垂直な延在方向を示す左右に分割されたタイプのものであると共に、該２つの受光部にあっての左方の受光部が該平行光における波長用のフィルタを透過したものを検出し、且つ右方の受光部が該平行光における該波長用のフィルタを透過しないものを検出するように構成された波長安定化半導体レーザモジュールが得られる。
【００３８】
加えて、本発明によれば、上記何れか一つの波長安定化半導体レーザモジュールにおいて、波長用のフィルタは、温度係数が殆ど零の特性を持つ波長安定化半導体レーザモジュールが得られる。
【００３９】
一方、本発明によれば、上記何れか一つの波長安定化半導体レーザモジュールにおいて、波長用のフィルタ及び光検出器は、半導体レーザと分離されて独立に温度調整可能である波長安定化半導体レーザモジュール、或いは波長用のフィルタ及び光検出器は、半導体レーザと分離され、波長用のフィルタは、内蔵した温度検出器により環境温度の変化に対して電気回路的に特性補償を行う機能を有する波長安定化半導体レーザモジュールが得られる。
【００４０】
他方、本発明によれば、上記何れか一つの波長安定化半導体レーザモジュールにおいて、半導体レーザは、光増幅器を内蔵している波長安定化半導体レーザモジュール、半導体レーザは、アレイ状のＤＦＢレーザと合波器とを有する波長安定化半導体レーザモジュール、半導体レーザは、面発光タイプである波長安定化半導体レーザモジュールが得られる。又、これらの波長安定化半導体レーザモジュールにおいて、半導体レーザは、波長可変タイプであることは好ましい。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。最初に本発明の波長安定化半導体レーザモジュールの技術的概要について、簡単に説明する。
【００４２】
本発明の波長安定化半導体レーザモジュールは、半導体レーザ，レンズ，アイソレータ，波長用のフィルタ，及び光検出器をこの順で実装した温度調整可能な基板を結合レンズ及び光ファイバが取り付けられたケース内に収容して成ると共に、半導体レーザからの出射光をレンズで透過して平行光とした上でアイソレータ，波長用のフィルタ，光検出器，及び結合レンズを透過させて光ファイバへ結合できる基本構成において、光検出器が分割された２つの受光部を有して平行光の一部を遮る箇所に配置されると共に、２つの受光部にあっての一方の受光部が平行光における波長用のフィルタを透過したものを検出し、且つ他方の受光部が平行光における波長用のフィルタを透過しないものを検出するように構成されたものである。
【００４３】
このような構成の波長安定化半導体レーザモジュールでは、半導体レーザから出射された出射光をその進行方向の前方に配置されたレンズによりコリメートして平行光（コリメートビーム）とし、この平行光の一部が波長用のフィルタを透過し、他部が波長用のフィルタを透過せずに検出に供されるように波長用のフィルタ及び光検出器を設置している。ここでの光検出器は、分割された２つの受光部を持ち、一方の受光部に到達する平行光だけが波長用のフィルタを透過するような配置となる。因みに、平行光の殆どは波長用のフィルタ及び光検出器に当たることなく、直進して更に前方に配置された結合レンズにより集光されて光ファイバに結合する。
【００４４】
このように、この波長安定化半導体レーザモジュールでは、単一の平行光を空間的に分割して利用することで、ビームスプリッタを一つも用いることなく、光ファイバ１４へ結合する出力光と、波長用のフィルタに対する透過の有無に応じた波長に依存したモニタ信号、並びに波長に依存しないモニタ信号という３つの要素を取得することができるため、構成上において部品点数が少なくなり、コンパクトなサイズで半導体レーザのモジュール内に集積させることが容易であると共に、製造コストを低減できる構成となる。
【００４５】
又、この波長安定化半導体レーザモジュールの場合、製作時に安定化する波長を調整するためには、波長用のフィルタに対する平行光の入射角度を調整して透過ピーク波長をシフトさせることが必要であるが、本発明の構成ではビームスプリッタを用いていないため、波長用のフィルタの角度だけを調整すれば良く、例えば光検出器の位置やビームスプリッタの角度等の他の部品の調整をする必要がないため、安定化する波長の設定が非常に簡単となり、容易に波長の設定を行うことができる。
【００４６】
更に、この波長安定化半導体レーザモジュールの場合、半導体レーザから出射された出射光の進行方向における前方に位置される平行光だけを用いるので、例えば半導体レーザに面発光タイプの面発光レーザを用いたり、或いは半導体光増幅器を集積した構成として後方での出力光のモニタが不可能な素子を適用した場合においても波長安定化レーザモジュールを構成することが可能となる。
【００４７】
加えて、光検出器の受光部が２つに分割されており、一方の受光部の前に波長用のフィルタが設置される構成の場合、波長用のフィルタを大幅に小型化することが可能であり製造コストの低減が容易となる。
【００４８】
又、波長用のフィルタに対して温度係数を殆ど零の特性のものを持たせた場合、フィルタ部の温度を管理することなく安定した波長特性を得ることができるので、モジュール周囲の温度変化や半導体レーザ素子自体の特性変化の影響を完全に補償して安定したモジュール特性が得られることになり、高機能化が可能となっている。尚、温度係数が小さい波長用のフィルタとして、エアギャップタイプのものが存在するが、これは比較的大型で通常の半導体レーザモジュールに搭載するのが困難であるが、本発明の構成では全体の部品点数が少ないため、無理なく大型の波長用のフィルタを導入することが可能となる。
【００４９】
更に、温度係数の小さい特別の波長用のフィルタを用いなくても、波長用のフィルタと半導体レーザとを独立して温度調整するか、或いはフィルタ部の温度を監視できるような構成とすることにより、波長用のフィルタの温度特性に影響されずに安定したモジュール特性を得ることができる。
【００５０】
要するに、本発明の波長安定化レーザモジュールの場合、非常にコンパクトに構成でき、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ため、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こと、通常半導体レーザの前方と後方との出力比を安定させることが困難であり、光出力一定時のモニタ電流値は大きなバラツキを持っていることが多かったが、前方の出力光の一定割合をモニタ電流検出用に用いる構成となっているため、モニタ電流値のバラツキが非常に小さくなること、半導体レーザ素子の設計時に前方と後方との出力比に注意を払う必要がなく、製作時に安定化する波長を決定する波長用のフィルタの透過ピーク波長を非常に容易にして高精度に設定することができるので、半導体レーザ前方の出射光をモニタする必要のある光学系に対して低コストで適用できる他、後方反射率を非常に高い値に設定することができて設計の自由度が向上すること等、様々な利点を奏するものとなる。
【００５１】
そこで、以下は本発明の波長安定化レーザモジュールについて、幾つかの実施の形態を挙げて具体的に説明する。
【００５２】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る波長安定化半導体レーザモジュールの基本構成を示した側面図である。この波長安定化半導体レーザモジュールは、半導体レーザ１，レンズ２，アイソレータ２７，波長用のフィルタ３，及び光検出器４０をこの順で実装した温度調整可能な基板３１を結合レンズ３２及び光ファイバ１４が取り付けられたケース１４内に収容して成るもので、半導体レーザ１からの出射光をレンズ２で透過して平行光とした上でアイソレータ２７，波長用のフィルタ３，光検出器４０，及び結合レンズ３２を透過させて光ファイバ１４へ結合できるように構成されており、更に、ここでの光検出器４０は、分割された２つの受光部を有して平行光の一部を遮る箇所に配置され、２つの受光部が基板３１の実装面の高さ方向を示す上下に分割されたタイプのものとなっており、２つの受光部にあっての下方の受光部が平行光における波長用のフィルタ３を透過したものを検出し、且つ上方の受光部が平行光における波長用のフィルタ３を透過しないものを検出するように構成されている。
【００５３】
即ち、この波長安定化半導体レーザモジュールにおいて、アイソレータ２７は従来の半導体レーザモジュールと同様にペルチェ素子上の基板３１に実装され、結合レンズ３２及び光ファイバ１４はケース３３に取り付けられており、波長用のフィルタ３及び光検出器４０はアイソレータ２７と結合レンズ３２との間に実装され、半導体レーザ１の光出力及び波長を検出する構成となっている。ここでは、半導体レーザ１からの出射光の大部分を光ファイバ１４に結合させる必要があるので、光検出器４０を平行光の一部を検出するように配置し、光検出器４０では上下方向に２分割された受光部を持ち、２つの受光部は下方の受光部が波長用のフィルタ３の透過光を検出し、上方の受光部が波長用のフィルタ３を透過しない光を検出する。このため、波長用のフィルタ３は光検出器４０における下方の受光部に到達する平行光が透過する経路にだけ存在するようなサイズとしている。尚、波長用のフィルタ３としては、透過率が波長に対して周期性を持つエタロン型フィルタであっても、波長に対して単一ピークを有するような多層膜フィルタであっても良い。
【００５４】
このような構成の波長安定化半導体レーザモジュールによれば、半導体レーザ１からの出射光の大部分を結合レンズ３２を通して光ファイバ１４に結合することができると共に、一部を光検出器４０による光出力検出に用い、更に一部を波長用のフィルタ３及び光検出器４０による波長検出に用いることができ、光出力及び波長を検出した信号を半導体レーザ１の動作電流及び温度にフィードバックすれば、結果として光出力及び波長を安定制御することができる。
【００５５】
因みに、反射戻り光を抑えるために光検出器４０と波長用のフィルタ３とを光軸との角度を垂直方向から僅かに傾斜させて実装することが好ましいが、こうした構成としても僅かな散乱光が半導体レーザ１に戻る可能性があるが、ここでの構成の場合、光検出器４０及び波長用のフィルタ３をアイソレータ２７の前方に配置しているため、半導体レーザ１への戻り光を完全に除去することができ、安定した半導体レーザ１の出力特性を得ることができる。
【００５６】
このように、第１の実施の形態に係る波長安定化半導体レーザモジュールでは、半導体レーザ１前方の出射光（平行光）を用いることで、従来構成のように後方の出射光をコリメートするためのレンズが不要となり、波長用のフィルタ３のサイズを小型化できると共に、光検出器４０のサイズを基板３１の実装面と平行な平面上における平行光の進行方向と垂直な延在方向を示す左右方向において小型化することが可能であり、基板３１上の光学的部品数を最小化した上で構成することができるので、コンパクトなサイズでモジュール内に集積させることが容易であると共に、製作時に安定化する波長の設定が非常に簡単であって、且つ製造コストを大幅に低減でき、しかも組み立てが極めて容易となる。又、製作時に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して高精度に設定することができると共に、半導体レーザ１前方の出射光をモニタする必要のある光学系に対して低コストで適用できる。
【００５７】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る波長安定化半導体レーザモジュールの基本構成を示したもので、同図（ａ）は側面図に関するもの，同図（ｂ）は上面図に関するものである。この波長安定化半導体レーザモジュールの場合、先の第１の実施の形態のものと比べ、光検出器４０のみが変更されており、２つの受光部が基板３１の実装面と平行な平面上における平行光の進行方向と垂直な延在方向を示す左右に分割されたタイプのものとなっており、具体的には２つの受光部にあっての右方の受光部が平行光における波長用のフィルタ３を透過したものを検出し、且つ左方の受光部が平行光における波長用のフィルタ３を透過しないものを検出するように構成された点が相違している。
【００５８】
因みに、ここでの２つの受光部を有する光検出器４０は、波長用のフィルタ３の配置との関係を反対にした構成、即ち、２つの受光部にあっての左方の受光部が平行光における波長用のフィルタ３を透過したものを検出し、且つ右方の受光部が平行光における波長用のフィルタ３を透過しないものを検出するように構成されたものであっても全く同等に機能する。
【００５９】
何れにしても、第２の実施の形態に係る波長安定化半導体レーザモジュールでは、光検出器４０の２つの受光部を左右方向に分割しているため、波長用のフィルタ３のサイズを小型化できると共に、光検出器４０のサイズを基板３１の実装面に対する垂直方向において小型化することができるので、第１の実施の形態の場合と同等な長所を奏するものとなる。
【００６０】
図３は、本発明の第３の実施の形態に係る波長安定化半導体レーザモジュールの基本構成を示した側面図である。この波長安定化半導体レーザモジュールの場合、先の第１の実施の形態のものと比べ、波長用のフィルタ３に代えて温度係数の非常に小さい（殆ど零に近い特性を有する）エアギャップタイプのエタロンフィルタ４１を用いた点のみが相違している。
【００６１】
このエタロンフィルタ４１は、図４に示す細部構造の外観斜視図を参照すれば、ソリッドタイプのエタロンフィルタと比べて大型となっているが、これは共振器として作用する部分が空気となることにより通常のソリッドタイプのものよりも約１．５倍に長共振器化されていること、並びに反射面を構成する部材が必要になることが理由となっている。
【００６２】
第３の実施の形態に係る波長安定化半導体レーザモジュールにおいても、全体の部品点数が少ないため、波長用のフィルタ３に代用してこのような大型なエタロンフィルタ４１を使用しても無理無く搭載することが可能となり、ほぼ第１の実施の形態の場合と同等な長所を奏し、一層動作特性が安定したものとなる。
【００６３】
図５は、本発明の第４の実施の形態に係る波長安定化半導体レーザモジュールの基本構成を示した側面図である。この波長安定化半導体レーザモジュールの場合、先の第１の実施の形態のものと比べ、基板３１が半導体レーザ１，レンズ２，及びアイソレータ２７を実装した部分と波長用のフィルタ３及び光検出器４０を実装した部分とが分離された構成、即ち、レーザ部分とフィルタ部分とが別のペルチェ素子により独立に温度制御されるようになっている点が相違している。
【００６４】
第４の実施の形態に係る波長安定化半導体レーザモジュールの場合、第３の実施の形態のように温度係数の小さい特別な波長用のフィルタ（エタロンフィルタ４１）を用いなくても、非常に安定した波長制御が可能となり、モジュールの環境温度や半導体レーザ１の素子の波長変動に影響されずに安定した波長特性が得られ、第１の実施の形態の場合と同等な長所を奏するものとなる。又、特に第４の実施の形態の場合、非常にコンパクトで部品点数が少なく構成されるため、レーザ部分とフィルタ部分とに用いるペルチェ素子として小型のものを適用できるため、モジュール全体の消費電力を低く抑えることが可能となる。
【００６５】
図６は、本発明の第５の実施の形態に係る波長安定化半導体レーザモジュールの基本構成を示した側面図である。この波長安定化半導体レーザモジュールの場合、第１の実施の形態のものと比べ、半導体レーザ１，レンズ２，及びアイソレータ２７を実装した基板３１の他、波長用のフィルタ３及び光検出器４０を実装した別の基板とを具備することでレーザ部分とフィルタ部分とを分離し、先の第４の実施の形態の場合のようにフィルタ部分を温度制御せずに波長用のフィルタ３に内蔵した温度検出器（サーミスタ）によって温度監視だけを行って環境温度の変化に対して電気回路的に特性補償を行う機能を持たせるようにした点が相違している。
【００６６】
第５の実施の形態に係る波長安定化半導体レーザモジュールの場合、波長用のフィルタ３の温度を監視することにより波長用のフィルタ３の温度による特性変動を外部の電気回路によって補正（特性補償）することが可能となり、先の第４の実施の形態の場合と同様にモジュールの環境温度や半導体レーザ１の素子の波長変動に影響されずに安定した波長特性が得られ、第１の実施の形態の場合と同等な長所を奏するものとなる。
【００６７】
図７は、本発明の第６の実施の形態に係る波長安定化半導体レーザモジュールの基本構成を示した側面図である。この波長安定化半導体レーザモジュールの場合、第１の実施の形態のものと比べ、半導体レーザ１に代えてアレイ化されたＤＦＢレーザ３５と合波器３６とが備えられる他、半導体光増幅器３７が集積されて構成された波長可変半導体レーザ３４を搭載している点が相違している。
【００６８】
この波長可変半導体レーザ３４は、ＤＷＤＭシステムが展開する中で波長可変の半導体レーザの必要性が高まっており、様々なタイプのものが開発されている状況にあって、ここで示したものは少しずつ波長帯の異なるＤＦＢレーザ３５がアレイ化されているタイプであり、これが合波器３６により一つの導波路に導かれた後、最終的に半導体光増幅器３７により光出力が増幅される構成となっている。このような素子では、出射光の進行方向における前方の平行光で出力光をモニタリングする必要がある。これは波長可変半導体レーザ３４の後方からの出力では半導体光増幅器３７の特性の変動等を検出できないためであるが、ここでは素子の前方で波長及び光出力を検出する構成となっているので、このような素子を適用することが容易となっている。尚、波長可変半導体レーザ３４としては、その他にＤＢＲタイプのものや外部共振器タイプのもの等、様々なタイプのものを適用できる。
【００６９】
何れにしても、第６の実施の形態に係る波長安定化半導体レーザモジュールの場合、光出力信号を前方でモニタする必要があるものは全て同等な構成で適用できると共に、容易に組み立てを行うことができ、第１の実施の形態の場合と同等な長所を奏するものとなる。
【００７０】
図８は、本発明の第７の実施の形態に係る波長安定化半導体レーザモジュールの基本構成を示した側面図である。この波長安定化半導体レーザモジュールの場合、第１の実施の形態のものと比べ、半導体レーザ１に代えて面発光レーザ３８を用いている点が相違している。
【００７１】
この面発光レーザ３８は、近年開発が進展しており、光通信用素子としての適用が広がっており、更にマイクロマシンによる外部共振器を組み合わせた波長可変タイプとする構成の開発も進んでいるが、このような素子も第７の実施の形態の構成には適用できる。
【００７２】
何れにしても、第７の実施の形態に係る波長安定化半導体レーザモジュールの場合、上述した第６の実施の形態の場合と同様に、レーザ素子の前方で光出力信号をモニタする必要があり、そうした場合には全て同等な構成で適用できると共に、容易に組み立てを行うことができ、第１の実施の形態の場合と同等な長所を奏するものとなる。
【００７３】
【発明の効果】
以上に述べた通り、本発明の波長安定化半導体レーザモジュールによれば、半導体レーザからの出射光が進行方向のレンズを透過した前方の単一平行光を空間的に分割してファイバ出力光、光出力検出光、波長検出光の三つの要素を取り出す構成としているため、第１の効果として、構成上に際してビームスプリッタ等の光を分岐する光学的素子を備えることが不要となり、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。又、波長に依存する信号を波長用のフィルタの透過光だけから取得しているため、波長用の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、光検出器等の他の部品の位置調整が不要となるため、第２の効果として、安定化する波長の調整、即ち、フィルタ透過ピーク波長の調整を波長用のフィルタの実装時に容易にして高精度に行うことができるようにあり、これによって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無く、組み立て実装が容易となってスループットの向上や製造コストを低減化できるようになる。更に、このモジュールでは、ビームスプリッタ等を用いずに部品点数が非常に少なくシンプルな構造であるため、第３の効果として、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を使用して非常にコンパクトに構成することができるようになる。加えて、半導体レーザからの出射光（平行光）を前方でモニタする構成となっているため、第４の効果として、半導体レーザの前方の出射光をモニタする必要のある素子についてもコンパクトな構成で波長安定化レーザモジュールに適用できるようになる。即ち、結果として、本発明の波長安定化半導体レーザモジュールでは、部品点数が少なく、コンパクトなサイズでモジュール内に集積させることが容易であると共に、製作時に安定化する波長の設定が非常に簡単であって、且つ製造コストを低減できる構成となり、しかも製作時に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して高精度に設定することができると共に、半導体レーザ前方の出射光をモニタする必要のある光学系に対して低コストで適用できるものとなるため、工業上極めて有益となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る波長安定化半導体レーザモジュールの基本構成を示した側面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る波長安定化半導体レーザモジュールの基本構成を示したもので、（ａ）は側面図に関するもの，（ｂ）は上面図に関するものである。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る波長安定化半導体レーザモジュールの基本構成を示した側面図である。
【図４】図３に示す波長安定化半導体レーザモジュールに備えられるエタロンフィルタの細部構造を示した外観斜視図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係る波長安定化半導体レーザモジュールの基本構成を示した側面図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態に係る波長安定化半導体レーザモジュールの基本構成を示した側面図である。
【図７】本発明の第６の実施の形態に係る波長安定化半導体レーザモジュールの基本構成を示した側面図である。
【図８】本発明の第７の実施の形態に係る波長安定化半導体レーザモジュールの基本構成を示した側面図である。
【図９】従来の第１の例に係る波長安定化装置の基本構成及び動作特性を示したもので、（ａ）は光分岐部を含む装置構成の概略図に関するもの，（ｂ）は装置の波長に対する光電流の関係で示される光電流の波長依存性に関するものである。
【図１０】従来の第２の例に係る波長安定化装置の基本構成を示した概略図である。
【図１１】従来の第３の例に係る波長安定化装置の基本構成を示した概略図である。
【図１２】図１１に示す波長安定化装置を改良した構成の概略図である。
【図１３】従来の第４の例に係る波長安定化装置の基本構成を示した概略図である。
【図１４】従来の第５の例に係る波長安定化装置の基本構成を示した概略図である。
【図１５】図１４に示す波長安定化装置におけるフィルタでの波長に対する透過率（光電流）の関係で示される透過率の波長依存性を示したものである。
【図１６】従来の第６の例に係る波長安定化装置の基本構成を示した概略図である。
【図１７】従来の第７の例に係る波長安定化装置の基本構成を示した概略図である。
【符号の説明】
１  半導体レーザ
２  レンズ
３，１６，１７  フィルタ
４，１０，１１，４０  光検出器
５，６  受光部
９  カプラ
１２  スライド調整機構
１３  周波数設定部
１４  光ファイバ
１５  ビームスプリッタ
２７  アイソレータ
２８  波長安定化装置
３１  基板
３２  結合レンズ
３３  ケース
３４  波長可変半導体レーザ
３５  ＤＦＢアレイ
３６  合波器
３７  半導体光増幅器
３８  面発光レーザ
３９  プリズム型ビームスプリッタ
４１  エタロンフィルタ
【図１】
0004190775.tif 000002
【図２】
0004190775.tif 000003
【図３】
0004190775.tif 000004
【図４】
0004190775.tif 000005
【図５】
0004190775.tif 000006
【図６】
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【図７】
0004190775.tif 000008
【図８】
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【図９】
0004190775.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0004190775.tif 000014
【図１４】
0004190775.tif 000015
【図１５】
0004190775.tif 000016
【図１６】
0004190775.tif 000017
【図１７】
0004190775.tif 000018