(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光した平行なレーザ光の光軸上に配置され、入出力光方向の両端面に反射手段を有し、入力光の偏光方向によって屈折率が異なる複屈折結晶と、上記複屈折結晶を透過した出力光の直交した偏光成分を空間的に分離する偏光分離手段と、上記偏光分離手段によって分離された偏光成分をそれぞれ受光する第１および第２の受光素子と、上記第１および第２の受光素子からの受光信号の一方もしくは両方を用いて入力光の波長を検出する波長検出回路とを備え、上記複屈折結晶は、光軸上に２個並べて配置され、結晶温度による屈折率変化と結晶温度による光軸方向の結晶厚み変化を相殺するように以下の連立方程式を満たすものを用いる第１および第２の複屈折結晶からなることを特徴とする波長モニタ装置。
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但し、ＦＳＲは自由スペクトル領域、ｎA，ｎBはそれぞれ第１および第２の複屈折結晶の屈折率、ＬA，ＬBはそれぞれ第１および第２の複屈折結晶の結晶長、ｃ0は光速、ｄｎA／ｄＴ，ｄｎB／ｄＴはそれぞれ温度Ｔの変化による屈折率ｎA，ｎBの変化、αA，αBはそれぞれ第１および第２の複屈折結晶の線膨張係数である。
【請求項２】
入力光に直線偏光を用いることを特徴とする請求項１記載の波長モニタ装置。
【請求項３】
複屈折結晶は、ファスト軸またはスロー軸を入力光の偏光方向に対して４５度傾けて配置することを特徴とする請求項２記載の波長モニタ装置。
【請求項４】
偏光分離手段は、複屈折結晶のファスト軸の偏光成分を反射し、スロー軸の偏光成分を透過することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の波長モニタ装置。
【請求項５】
偏光分離手段は、入力光のビーム断面に対して半分の領域で複屈折結晶のファスト軸方向の偏光成分のみを透過し、入力光のビーム断面の他の半分の領域でスロー軸方向の偏光成分のみ透過する２象限偏光選択することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の波長モニタ装置。
【請求項６】
偏光分離手段は、複屈折結晶の出力面に施したことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の波長モニタ装置。
【請求項７】
偏光分離手段と第１および第２の受光素子との間に、それぞれビームを集光するビーム集光手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の波長モニタ装置。
【請求項８】
複屈折結晶、偏光分離手段、および第１および第２の受光素子の端面を光軸に対して正対させずに傾けて配置することを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載の波長モニタ装置。
【請求項９】
波長検出回路は、第１および第２の受光素子の受光信号の差を演算する減算器を備えたことを特徴とする請求項１から請求項８のうちのいずれか１項記載の波長モニタ装置。
【請求項１０】
波長検出回路は、第１および第２の受光素子の受光信号の和を演算する加算器を備えたことを特徴とする請求項１から請求項８のうちのいずれか１項記載の波長モニタ装置。
【請求項１１】
波長検出回路は、第１および第２の受光素子の受光信号の和を演算する加算器と、上記第１および第２の受光素子の受光信号の差を演算する減算器と、上記加算器からの出力信号と上記減算器からの出力信号との割り算を演算する割算器とを備えたことを特徴とする請求項１から請求項１０のうちのいずれか１項記載の波長モニタ装置。
【請求項１２】
偏光分離手段によって分離された一方の偏光成分をそれぞれ受光する第１および第３の受光素子と、上記偏光分離手段によって分離された他方の偏光成分をそれぞれ受光する第２および第４の受光素子とを備えたことを特徴とする請求項１から請求項８のうちのいずれか１項記載の波長モニタ装置。
【請求項１３】
第１から第４の受光素子を一つの基盤上にまとめて配列した４象限受光素子を備えたことを特徴とする請求項１２記載の波長モニタ装置。
【請求項１４】
入力光の波長をλ、複屈折結晶の屈折率をｎ、結晶長をＬとしたとき、λ2／（２・ｎ・Ｌ）が０．８[ｎｍ]以上であることを特徴とする請求項１から請求項１３のうちのいずれか１項記載の波長モニタ装置。
【請求項１５】
第１および第２の複屈折結晶のうちのいずれか一方に、結晶温度が増加するにつれて屈折率が減少する結晶を用いることを特徴とする請求項１から請求項１４のうちのいずれか１項記載の波長モニタ装置。
【請求項１６】
第１および第２の複屈折結晶に、ＹＶＯ4結晶とβ−ＢａＢ2Ｏ4結晶とを用いることを特徴とする請求項１から請求項１４のうちのいずれか１項記載の波長モニタ装置。
【請求項１７】
第１および第２の複屈折結晶に、ＹＶＯ4結晶とＳｉＯ2結晶とを用いることを特徴とする請求項１から請求項１４のうちのいずれか１項記載の波長モニタ装置。
【請求項１８】
第１および第２の複屈折結晶に、ＹＶＯ4結晶とＹＬＦ結晶とを用いることを特徴とする請求項１から請求項１４のうちのいずれか１項記載の波長モニタ装置。
【請求項１９】
第１および第２の複屈折結晶に、ＹＶＯ4結晶とＰｂＭｏＯ4結晶とを用いることを特徴とする請求項１から請求項１４のうちのいずれか１項記載の波長モニタ装置。
【請求項２０】
第１および第２の複屈折結晶に、ＹＶＯ4結晶とＴｉＯ2結晶とを用いることを特徴とする請求項１から請求項１４のうちのいずれか１項記載の波長モニタ装置。
【請求項２１】
第１および第２の複屈折結晶に、ＣａＣＯ3結晶とＳｉＯ2結晶とを用いることを特徴とする請求項１から請求項１４のうちのいずれか１項記載の波長モニタ装置。
【請求項２２】
第１および第２の複屈折結晶に、ＣａＣＯ3結晶とＴｉＯ2結晶とを用いることを特徴とする請求項１から請求項１４のうちのいずれか１項記載の波長モニタ装置。
【請求項２３】
第１および第２の複屈折結晶に、ＣａＣＯ3結晶とＹＬＦ結晶とを用いることを特徴とする請求項１から請求項１４のうちのいずれか１項記載の波長モニタ装置。
【請求項２４】
第１および第２の複屈折結晶に、ＣａＣＯ3結晶とβ−ＢａＢ2Ｏ4結晶とを用いることを特徴とする請求項１から請求項１４のうちのいずれか１項記載の波長モニタ装置。
【請求項２５】
第１および第２の複屈折結晶に、ＣａＣＯ3結晶とＰｂＭｏＯ4結晶とを用いることを特徴とする請求項１から請求項１４のうちのいずれか１項記載の波長モニタ装置。
【請求項２６】
波長検出手段は、第１の受光素子から出力された受光信号の利得を調節する第１の受光信号利得調整手段と、第２の受光素子から出力された受光信号の利得を調節する第２の受光信号利得調整手段の一方もしくは両方を備え、上記第１または第２の受光素子から出力された受光信号の一方もしくは両方の信号強度を変更することにより、レーザ光の発信波長を調整することを特徴とする請求項１記載の波長モニタ装置。
【請求項２７】
請求項１から請求項１１および請求項１４から請求項２６のうちのいずれか１項記載の波長モニタ装置の複屈折結晶を配置する際に、所望の波長で第１および第２の受光素子の受光信号の強度が等しくなるように光軸に対する上記複屈折結晶のファスト軸とスロー軸を含む面の角度を調節することを特徴とする波長モニタ装置の調整方法。
【請求項２８】
波長検出手段は、第１の受光素子から出力された受光信号の利得を調節する第１の受光信号利得調整手段と、第２の受光素子から出力された受光信号の利得を調節する第２の受光信号利得調整手段の一方もしくは両方を備え、上記第１または第２の受光素子から出力された受光信号の一方もしくは両方の信号強度を変更することにより、レーザ光の発信波長を調整することを特徴とする請求項１記載の波長モニタ装置の調整方法。
【請求項２９】
請求項１から請求項２６のうちのいずれか１項記載の波長モニタ装置と、上記波長モニタ装置に偏光したレーザ光を出力する半導体レーザ装置と、上記波長モニタ装置からの波長モニタ信号に応じて上記半導体レーザ装置の発振波長を制御するレーザ駆動制御装置とを備えた波長安定化光源。
【請求項３０】
レーザ駆動制御装置は、波長モニタ装置からの波長モニタ信号に応じて半導体レーザ装置への注入電流を調節して発振波長を制御することを特徴とする請求項２９記載の波長安定化光源。
【請求項３１】
レーザ駆動制御装置は、波長モニタ装置からの波長モニタ信号に応じて半導体レーザ装置の温度を調節して発振波長を制御することを特徴とする請求項２９記載の波長安定化光源。
【請求項３２】
レーザ駆動制御装置は、波長モニタ装置からの波長モニタ信号に応じて半導体レーザ装置の共振器長を調節して発振波長を制御することを特徴とする請求項２９記載の波長安定化光源。
【請求項３３】
レーザ駆動制御装置は、波長モニタ装置からの波長モニタ信号に応じて半導体レーザ装置の回折格子の角度を調節して発振波長を制御することを特徴とする請求項２９記載の波長安定化光源。
【請求項３４】
半導体レーザ装置から出力されたレーザ光を平行化して波長モニタ装置の複屈折結晶に入力するレーザ光平行化手段を備えたことを特徴とする請求項２９から請求項３３のうちのいずれか１項記載の波長安定化光源。
【請求項３５】
半導体レーザ装置と複屈折結晶との間、または半導体レーザ装置とレーザ光平行化手段との間にレーザ光を伝送する光ファイバを備えたことを特徴とする請求項２９から請求項３４のうちのいずれか１項記載の波長安定化光源。
【請求項３６】
半導体レーザ装置と、レーザ光平行化手段と、波長モニタ装置と、レーザ駆動制御装置とを１つのモジュール内に備えたことを特徴とする請求項３４記載の波長安定化光源。
【請求項３７】
請求項２９から請求項３６のうちのいずれか１項記載の波長安定化光源を複数個設け、全ての上記波長安定化光源の出力を一本または複数本の伝送手段にまとめたことを特徴とする波長安定化光源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、波長分割多重伝送方式用の半導体レーザ装置に用いられ、レーザ出力光の波長をモニタし、さらに特定の波長に安定化する波長モニタ装置、およびその調整方法、並びに波長安定化光源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の光通信において、伝送する情報の大容量化に伴い、多様な伝送方式が検討されている。その中の一つに、１本の光ファイバ中に複数の異なる波長を同時に伝送することで伝送容量を増やす、波長分割多重伝送方式（以下、ＷＤＭと言う）が検討されている。しかし、複数の異なる波長を多重化するといっても、ファイバの増幅帯域を越えた波長は使用できないので、多くの信号光を多重化するためには個々の信号光の波長幅を狭く、かつ各信号間の波長間隔も狭くすることが重要な技術課題となる。この課題を克服するためには挟帯域な信号光の発振波長をモニタし、高精度に安定化させる技術が必要となっている。
【０００３】
図９は例えば１９９８年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、Ｂ−１０−１８０、エタロン型波長検出モジュール（ｐ５０２）に示された従来の波長モニタ装置を示す構成図であり、図において、１ａ，１ｂは入力光をそれぞれ分波するビームスプリッタ、２ａ，２ｂはそれぞれ波長透過特性が異なるファブリペローエタロン（以下、ＦＰエタロンと言う）、３ａ，３ｂはフォトディテクタ（以下、ＰＤと言う）である。
【０００４】
次に動作について説明する。
ビームスプリッタ１ａは、入力光の一部を分波し、ＦＰエタロン２ａは、その分波された入力光の一部を通過させ、ＰＤ３ａは、そのＦＰエタロン２ａを通過した入力光の一部を受光する。同様にビームスプリッタ１ｂは、入力光の一部を分波し、ＦＰエタロン２ｂは、その分波された入力光の一部を通過させ、ＰＤ３ｂは、そのＦＰエタロン２ｂを通過した入力光の一部を受光する。
このとき、ＦＰエタロン２ａ，２ｂは、入力される波長によって透過率が異なるように設定されているので、ＰＤ３ａ，３ｂの受光に応じた出力信号強度は、分波された入力光の波長に依存する。従って、出力光の波長変化は、ＰＤ３ａ，３ｂからの出力信号強度の変化として測定することができる。
図１０はＰＤ出力波長特性を示す特性図であり、図において、λ0は出力光の波長として所望の波長である基準波長、ａは出力光の波長に応じたＰＤ３ａの変換効率、ｂは出力光の波長に応じたＰＤ３ｂの変換効率であり、横軸は基準波長λ0を中心とした正負の相対波長（Δλ＝λ−λ0）で示されている。このように、ＦＰエタロン２ａ，２ｂは、それぞれ波長透過特性が異なるため、両者の差分をとると、両者の透過率が等しい波長、すなわち、波長透過特性のクロス点で差分信号はゼロとなり、その波長を基準波長λ0とした波長の変化量が正負の符号をもって得られる。
【０００５】
図１１は例えばＵ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ  ５，８２５，７９２に記載された従来の波長モニタ装置を示す構成図であり、図において、５はＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ）半導体レーザ装置、６はＤＦＢ半導体レーザ装置５からの出力光のビーム広がりを調節する光学レンズ、７はＦＰエタロン、８ａ，８ｂはＰＤ、８はＰＤ８ａ，８ｂを固定する共通基盤、９はＰＤ８ａからの出力信号からＰＤ８ｂからの出力信号を減算し、ＤＦＢ半導体レーザ装置５にフィードバックする減算器である。
【０００６】
次に動作について説明する。
ＤＦＢ半導体レーザ装置５は、レーザ光を出力し、光学レンズ６、およびＦＰエタロン７は、その出力光の一部を通過し、ＰＤ８ａ，８ｂは、その通過した出力光の一部を受光する。ＦＰエタロン７は、入力する波長によって透過率が異なるので、ＰＤ８ａ，８ｂの受光量は、出力光の波長に依存する。従って、ＤＦＢ半導体レーザ装置５からの出力光の波長変化は、ＰＤ８ａ，８ｂの出力信号強度の変化として測定することができる。
また、図１１に示したように、出力光の光軸に垂直な面に対してＦＰエタロン７の端面を傾けると、ビーム位置によってＦＰエタロン７への入射角度が異なるので、それに伴って波長透過特性も変わる。そこでＦＰエタロン７の透過光内で適当な２カ所にＰＤ８ａ，８ｂを配置すると、それらＰＤ８ａ，８ｂの出力信号は異なる波長特性を示す。この異なる波長特性を利用することによって、２つの異なる波長特性を持つＦＰエタロンを必要とせず、１個のＦＰエタロン７で２種類の波長特性を持つ信号が得られる。
今、安定させたい波長を基準波長λ０とする。この基準波長λ０のときにＦＰエタロン７の傾きを固定した状態で、ＰＤ８ａ，８ｂの受光量が等しくなるようにＰＤ８ａ，８ｂの位置を調節する。これらＰＤ８ａ，８ｂの両出力信号の差分を減算器９でとると、その信号は基準波長λ0でゼロとなり、基準波長λ0の周辺の波長では正負の符号を持った誤差信号が得られる。その誤差信号をＤＦＢ半導体レーザ装置５にフィードバックすることにより、ＤＦＢ半導体レーザ装置５から出力される出力光の波長を基準波長λ0に安定化できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の波長モニタ装置は以上のように構成されているので、図９に示した波長モニタ装置では、２つのビームスプリッタ１ａ，１ｂ、２つのＦＰエタロン２ａ，２ｂ、２つのＰＤ３ａ，３ｂを用いているので光学部品が多くなる。また、２つのビームスプリッタ１ａ，１ｂを用いているために光軸が増え、アライメントが難しくなるという課題があった。さらに、温度によって波長透過特性が変化する２つのＦＰエタロン２ａ，２ｂを用いているために、相互の温度による特性を補正することが困難になるなどの課題があった。
【０００８】
また、図１１に示した波長モニタ装置では、ＦＰエタロン７を光軸に対して傾けることによって、２種類の波長透過強度をモニタしている。しかし、ＰＤ８ａ，８ｂの受光面がＤＦＢ半導体レーザ装置５を見込む角度内のビームにおいても、ＦＰエタロン７を通過する角度が入射位置によって異なるため、ＰＤ８ａ，８ｂで受光した波長透過特性は、この見込み角内の波長透過特性の平均として表される。従って、モニタリングする波長精度が悪くなるという課題があった。これは、ＦＰエタロン７の開口面積が広ければ広いほど精度が悪くなる。
また、ＤＦＢ半導体レーザ装置５からの出力光は、平行化されていないので、終始ある広がり角をもって伝播する。この広がり角がＦＰエタロン７での波長透過特性を決めているので、光学レンズ６、ＦＰエタロン７、およびＰＤ８ａ，８ｂの光軸上の位置が厳しく制限される課題があった。
さらに、一般にＦＰエタロンは、温度によって波長透過特性が変化してしまうので、外部気温変化等によりＦＰエタロンの結晶温度が変化すると、誤差信号のゼロ点がずれてしまう課題があった。
【０００９】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、小型でアライメントが容易で高精度に波長を安定化する波長モニタ装置、およびその調整方法、並びに波長安定化光源を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る波長モニタ装置は、偏光した平行なレーザ光の光軸上に配置され、入出力光方向の両端面に反射手段を有し、入力光の偏光方向によって屈折率が異なる複屈折結晶と、複屈折結晶を透過した出力光の直交した偏光成分を空間的に分離する偏光分離手段と、分離された偏光成分をそれぞれ受光する第１および第２の受光素子と、第１および第２の受光素子からの受光信号の一方もしくは両方を用いて入力光の波長を検出する波長検出回路とを備え、複屈折結晶は、光軸上に２個並べて配置され、結晶温度による屈折率変化と結晶温度による光軸方向の結晶厚み変化を相殺するように所定の連立方程式を満たすものを用いる第１および第２の複屈折結晶からなるようにしたものである。
【００１１】
この発明に係る波長モニタ装置は、入力光に直線偏光を用いるものである。
【００１２】
この発明に係る波長モニタ装置は、複屈折結晶のファスト軸またはスロー軸を入力光の偏光方向に対して４５度傾けて配置するものである。
【００１３】
この発明に係る波長モニタ装置は、偏光分離手段において、複屈折結晶のファスト軸の偏光成分を反射し、スロー軸の偏光成分を透過するものである。
【００１４】
この発明に係る波長モニタ装置は、偏光分離手段において、入力光のビーム断面に対して半分の領域で複屈折結晶のファスト軸方向の偏光成分のみを透過し、入力光のビーム断面の他の半分の領域でスロー軸方向の偏光成分のみ透過する２象限偏光選択するものである。
【００１５】
この発明に係る波長モニタ装置は、偏光分離手段を複屈折結晶の出力面に施したものである。
【００１６】
この発明に係る波長モニタ装置は、偏光分離手段と第１および第２の受光素子との間に、それぞれビームを集光するビーム集光手段を備えたものである。
【００１７】
この発明に係る波長モニタ装置は、複屈折結晶、偏光分離手段、および第１および第２の受光素子の端面を光軸に対して正対させずに傾けて配置するものである。
【００１８】
この発明に係る波長モニタ装置は、波長検出回路において、第１および第２の受光素子の受光信号の差を演算する減算器を備えたものである。
【００１９】
この発明に係る波長モニタ装置は、波長検出回路において、第１および第２の受光素子の受光信号の和を演算する加算器を備えたものである。
【００２０】
この発明に係る波長モニタ装置は、波長検出回路において、第１および第２の受光素子の受光信号の和を演算する加算器と、第１および第２の受光素子の受光信号の差を演算する減算器と、加算器からの出力信号と減算器からの出力信号との割り算を演算する割算器とを備えたものである。
【００２１】
この発明に係る波長モニタ装置は、偏光分離手段によって分離された一方の偏光成分をそれぞれ受光する第１および第３の受光素子と、偏光分離手段によって分離された他方の偏光成分をそれぞれ受光する第２および第４の受光素子とを備えたものである。
【００２２】
この発明に係る波長モニタ装置は、第１から第４の受光素子を一つの基盤上にまとめて配列した４象限受光素子を備えたものである。
【００２３】
この発明に係る波長モニタ装置は、入力光の波長をλ、複屈折結晶の屈折率をｎ、結晶長をＬとしたとき、λ2／（２・ｎ・Ｌ）が０．８[ｎｍ]以上にしたものである。
【００２４】
この発明に係る波長モニタ装置は、第１および第２の複屈折結晶のうちのいずれか一方に、結晶温度が増加するにつれて屈折率が減少する結晶を用いるものである。
【００２５】
この発明に係る波長モニタ装置は、第１および第２の複屈折結晶に、ＹＶＯ4結晶とβ−ＢａＢ2Ｏ4結晶とを用いるものである。
【００２６】
この発明に係る波長モニタ装置は、第１および第２の複屈折結晶に、ＹＶＯ4結晶とＳｉＯ2結晶とを用いるものである。
【００２７】
この発明に係る波長モニタ装置は、第１および第２の複屈折結晶に、ＹＶＯ4結晶とＹＬＦ結晶とを用いるものである。
【００２８】
この発明に係る波長モニタ装置は、第１および第２の複屈折結晶に、ＹＶＯ4結晶とＰｂＭｏＯ4結晶とを用いるものである。
【００２９】
この発明に係る波長モニタ装置は、第１および第２の複屈折結晶に、ＹＶＯ4結晶とＴｉＯ2結晶とを用いるものである。
【００３０】
この発明に係る波長モニタ装置は、第１および第２の複屈折結晶に、ＣａＣＯ3結晶とＳｉＯ2結晶とを用いるものである。
【００３１】
この発明に係る波長モニタ装置は、第１および第２の複屈折結晶に、ＣａＣＯ3結晶とＴｉＯ2結晶とを用いるものである。
【００３２】
この発明に係る波長モニタ装置は、第１および第２の複屈折結晶に、ＣａＣＯ3結晶とＹＬＦ結晶とを用いるものである。
【００３３】
この発明に係る波長モニタ装置は、第１および第２の複屈折結晶に、ＣａＣＯ3結晶とβ−ＢａＢ2Ｏ4結晶とを用いるものである。
【００３４】
この発明に係る波長モニタ装置は、第１および第２の複屈折結晶に、ＣａＣＯ3結晶とＰｂＭｏＯ4結晶とを用いるものである。
【００３５】
この発明に係る波長モニタ装置は、第１の受光素子から出力された受光信号の利得を調節する第１の受光信号利得調整手段と、第２の受光素子から出力された受光信号の利得を調節する第２の受光信号利得調整手段の一方もしくは両方を波長検出手段が備え、第１または第２の受光素子から出力された受光信号の一方もしくは両方の信号強度を変更することにより、レーザ光の発信波長を調整するようにしたものである。
【００３６】
この発明に係る波長モニタ装置の調整方法は、波長モニタ装置の複屈折結晶を配置する際に、所望の波長で第１および第２の受光素子の受光信号の強度が等しくなるように光軸に対する複屈折結晶のファスト軸とスロー軸を含む面の角度を調節するものである。
【００３７】
この発明に係る波長モニタ装置の調整方法は、第１の受光素子から出力された受光信号の利得を調節する第１の受光信号利得調整手段と、第２の受光素子から出力された受光信号の利得を調節する第２の受光信号利得調整手段の一方もしくは両方を波長検出手段が備え、第１または第２の受光素子から出力された受光信号の一方もしくは両方の信号強度を変更することにより、レーザ光の発信波長を調整するようにしたものである。
【００３８】
この発明に係る波長安定化光源は、波長モニタ装置に偏光したレーザ光を出力する半導体レーザ装置と、波長モニタ装置からの波長モニタ信号に応じて半導体レーザ装置の発振波長を制御するレーザ駆動制御装置とを備えたものである。
【００３９】
この発明に係る波長安定化光源は、レーザ駆動制御装置において、波長モニタ装置からの波長モニタ信号に応じて半導体レーザ装置への注入電流を調節して発振波長を制御するものである。
【００４０】
この発明に係る波長安定化光源は、レーザ駆動制御装置において、波長モニタ装置からの波長モニタ信号に応じて半導体レーザ装置の温度を調節して発振波長を制御するものである。
【００４１】
この発明に係る波長安定化光源は、レーザ駆動制御装置において、波長モニタ装置からの波長モニタ信号に応じて半導体レーザ装置の共振器長を調節して発振波長を制御するものである。
【００４２】
この発明に係る波長安定化光源は、レーザ駆動制御装置において、波長モニタ装置からの波長モニタ信号に応じて半導体レーザ装置の回折格子の角度を調節して発振波長を制御するものである。
【００４３】
この発明に係る波長安定化光源は、半導体レーザ装置から出力されたレーザ光を平行化して波長モニタ装置の複屈折結晶に入力するレーザ光平行化手段を備えたものである。
【００４４】
この発明に係る波長安定化光源は、半導体レーザ装置と複屈折結晶との間、または半導体レーザ装置とレーザ光平行化手段との間にレーザ光を伝送する光ファイバを備えたものである。
【００４５】
この発明に係る波長安定化光源は、半導体レーザ装置と、レーザ光平行化手段と、波長モニタ装置と、レーザ駆動制御装置とを１つのモジュール内に備えたものである。
【００４６】
この発明に係る波長安定化光源は、波長安定化光源を複数個設け、全ての波長安定化光源の出力を一本または複数本の伝送手段にまとめたものである。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による波長安定化光源を示す構成図であり、図において、１１は直線偏光であるｐ偏光のレーザ光を出力する半導体レーザ装置、１２は半導体レーザ装置１１から出力されたレーザ光を平行化するレンズ（レーザ光平行化手段）、１３はレンズ１２を介して入力されたレーザ光の波長をモニタする波長モニタ装置、１４は波長モニタ装置１３からの波長モニタ信号に応じて半導体レーザ装置１１の発振波長を制御するレーザ駆動制御装置である。
【００４８】
また、波長モニタ装置１３において、２１は偏光した平行なレーザ光の光軸上に配置され、入出力光方向の両端面に反射コーティング（反射手段）が施され、入力光の偏光方向によって屈折率が異なる複屈折結晶である。なお、この複屈折結晶２１の両端面に施される反射コーティングは、両面ミラー機能を有するものである。
図２はこの発明の実施の形態１による複屈折結晶の配置を示す説明図であり、複屈折結晶２１は、結晶構造が異方性を持つために、入力光の偏光方向によって結晶内の屈折率が異なり、光軸上に垂直な面内において屈折率が最も低い軸方向をファスト軸、そのファスト軸に垂直な軸をスロー軸と呼ぶ。複屈折結晶２１は、それらファスト軸およびスロー軸と呼ばれる２つの軸を有する。この実施の形態１の複屈折結晶２１は、図２に示されるように、入力光の偏光方向に対してファスト軸およびスロー軸が４５度傾くように配置する。
図１に戻って、２２はその光軸上に配置され、複屈折結晶２１を透過した出力光の直交した偏光成分を空間的に分離する偏光子（偏光分離手段）であり、この実施の形態１の偏光子２２は、複屈折結晶２１を透過したファスト軸方向の偏光成分を反射し、複屈折結晶２１を透過したスロー軸方向の偏光成分を透過するものを用いる。
２３は偏光子２２を反射したファスト軸方向の偏光成分を受光し、その受光強度に応じた受光信号を出力する受光素子（第１の受光素子）、２４は偏光子２２を透過したスロー軸方向の偏光成分を受光し、その受光強度に応じた受光信号を出力する受光素子（第２の受光素子）、２５は受光素子２３，２４からの受光信号に応じて波長モニタ装置１３に供給された入力光の波長を検出する波長検出回路である。
【００４９】
次に動作について説明する。
半導体レーザ装置１１は、ｐ偏光のレーザ光を出力し、レンズ１２は、その半導体レーザ装置１１からの出力光を平行化し、波長モニタ装置１３に供給する。
波長モニタ装置１３において、複屈折結晶２１は、平行化されたレーザ光を入力し、入力された複屈折結晶２１中のレーザ光は、複屈折結晶２１の両端面に施された反射コーティング間で反射され、複屈折結晶２１の両端面間で共振し、複屈折結晶２１内で成立し得るモード、すなわち波長のみが出力される。
【００５０】
一般に入射光に対して反射コーティングを施した両端面を持つエタロン結晶の透過率Ｔは以下の（式１）で表される。
【数１】
0004124942.tif 000002
ここで、ｔ1，ｔ2は位相を考慮した両端面の複素透過率、ｒ1，ｒ2は両端面の複素反射率、ｉは虚数単位、ｎは屈折率、Ｌは結晶長、λは波長である。
図３は複屈折結晶にエタロン結晶を用いた場合の波長透過特性を示す特性図であり、Ａ
はファスト軸方向偏光の透過特性、Ｂはスロー軸方向偏光の透過特性である。図に示したように複屈折結晶２１にエタロン結晶を用いた場合、複屈折結晶２１は軸方向によって屈折率が異なるので、偏光方向によって波長透過特性も異なる。両特性のＦＳＲ（自由スペクトル領域）は屈折率ｎと結晶長Ｌに依存し、そのＦＳＲの値はλ2／（２・ｎ・Ｌ）となる。以上のことから、複屈折結晶２１からの出力光をファスト軸方向とスロー軸方向との偏光成分に分離して受光することにより、２種類の波長透過特性Ａ，Ｂと等しい波長特性を持つ信号強度が得られる。
従って、図１において、偏光子２２は、複屈折結晶２１を透過したファスト軸方向の偏光成分を反射し、複屈折結晶２１を透過したスロー軸方向の偏光成分を透過する。受光素子２３は、偏光子２２を反射したファスト軸方向の偏光成分を受光し、その受光強度に応じた受光信号を出力し、受光素子２４は、偏光子２２を透過したスロー軸方向の偏光成分を受光し、その受光強度に応じた受光信号を出力する。
【００５１】
図３を参照しながら、受光素子２３，２４から得られる受光信号を波長透過特性Ａ，Ｂと同一とし、それらを受光信号Ａ，Ｂとし、それらの受光信号Ａ，Ｂが得られたときの波長モニタ方法について説明する。今、基準波長をλ0とする。受光信号Ａの波長特性は基準波長λ0付近において、波長が長くなるに従って受光強度が減少し、波長が短くなるに従って受光強度は増加する。一方、受光信号Ｂの波長特性は基準波長λ0付近において、波長が長くなるに従って受光強度が増加し、波長が短くなるに従って受光強度は減少する。従って、予め波長検出回路２５に図３に示した波長透過特性Ａ，Ｂに応じた値を保持しておき、それら受光信号Ａ，Ｂのうちのどちらかの受光信号の変化分を波長検出回路２５でモニタリングすることによって波長の基準波長λ0からの変化分である相対波長を検出することができる。
また、基準波長λ0を含むスロープ内は、波長に対して受光強度が一意的に決まるため、その受光強度を測定することで波長検出回路２５では絶対波長も検出することができる。このときＦＳＲを長くすることで一つのスロープは広い波長範囲にまたがるため、広い範囲で絶対波長がモニタできる。なお、ＦＳＲを長くするためには、結晶長Ｌを短くするか、もしくは屈折率ｎの小さい複屈折結晶２１を用いればよい。
【００５２】
半導体レーザ装置１１から出力されるレーザ光の波長の安定化を行うには、レーザ駆動制御装置１４により、波長検出回路２５から出力される波長モニタ信号に応じて半導体レーザ装置１１の発振波長を制御することにより、基準波長λ0を安定化することができる。
例えば、図１に示した波長安定化光源を波長分割多重伝送方式（ＷＤＭ）用として用いた場合、国際電気通信連合が規定する波長（以下、ＩＴＵグリッドと言う）の一つを基準波長λ0とし、少なくとも１００ＧＨｚ以上（０．８ｎｍ以上）のＦＳＲに設定することにより、ＩＴＵグリッド間隔が２５ＧＨｚ（＝０．２ｎｍ）では基準波長λ0周辺で２チャンネル以上の複数のチャンネルについて波長を安定化することができ、また、絶対波長もモニタすることができる。
【００５３】
以上のように、この実施の形態１によれば、複屈折結晶２１の性質である屈折率の軸方向異方性を利用することによって、一つの複屈折結晶２１で２種類の波長特性を持った受信信号が得られるので、独立した複数のフィルタを用いた場合に生じる外部環境の変化による波長特性のばらつきを新たに考慮する必要がなく、小型でアライメントが容易で波長をモニタできる波長モニタ装置が得られ、また、高精度に波長を安定化することができる波長安定化光源が得られる。
また、波長モニタ装置１３の入力光に直線偏光であるｐ偏光のレーザ光を用いたので、複屈折結晶２１と偏光子２２の配置を容易にすることができる。
さらに、図２に示したように、複屈折結晶２１を入力光の偏光方向に対してファスト軸およびスロー軸が４５度傾くように配置したので、波長透過特性の異なる２つの受光強度を等しくすることができ、受光素子２３，２４、および波長検出回路２５の設計製作を容易にすることができる。
さらに、複屈折結晶２１を透過したファスト軸方向の偏光成分を反射し、複屈折結晶２１を透過したスロー軸方向の偏光成分を透過する偏光子２２を設けたので、波長透過特性の異なる２つの偏光成分を容易に分離することができる。
さらに、ＩＴＵグリッドの一つを基準波長λ0とし、少なくとも１００ＧＨｚ以上（０．８ｎｍ以上）のＦＳＲに設定することにより、ＩＴＵグリッドの複数のチャンネルについて波長を安定化することができ、また、絶対波長もモニタすることができる。
さらに、波長モニタ装置１３にｐ偏光のレーザ光を出力する半導体レーザ装置１１と、波長モニタ装置１３からの波長モニタ信号に応じて半導体レーザ装置１１の発振波長を制御するレーザ駆動制御装置１４とを設けたので、小型で高精度に波長を安定化することができる波長安定化光源が得られる。
さらに、半導体レーザ装置１１から出力されたレーザ光を平行化するレンズ１２を設けたので、平行なレーザ光を波長モニタ装置１３に容易に入力することができ、また、複屈折結晶２１内を伝播するビームは平行となるので、よりノイズの少ない受信信号を得ることができる。
【００５４】
なお、上記実施の形態１では、半導体レーザ装置１１からの出力光の光軸上に複屈折結晶２１および偏光子２２を配置したが、この場合、複屈折結晶２１の入力側の端面に施された反射コーティングによる入力光の反射により、半導体レーザ装置１１の動作の安定性が損なわれる可能性がある。
そこで、複屈折結晶２１、偏光子２２、第１および第２の受光素子２３，２４を配置する際に、その光軸に対して正対させずに斜めに傾けて配置しても良い。
この場合、図３に示した波長透過特性から少しずれた波長透過特性となるが、配置後、予めその少しずれた波長透過特性を計測しておき、その計測した波長透過特性に応じた値を波長検出回路２５に保持させることにより、実施の形態１と同様に小型でアライメントが容易で波長をモニタできる波長モニタ装置が得られ、そして、光軸に対して斜めに傾けて配置したので、複屈折結晶２１の入力側の端面に施された反射コーティングによる反射光が半導体レーザ装置１１に戻ることがなく、半導体レーザ装置１１の動作の安定性を維持することができる。
【００５５】
また、波長検出回路２５に２つの受光素子２３，２４の受光信号の差分を演算する減算器を設け、その差分信号に応じて波長をモニタするようにしても良い。
図４は２つの波長透過特性の差分を示す特性図であり、図において、Ｃは波長透過特性Ｂから波長透過特性Ａを減算した差分の波長透過特性であり、受光素子２３，２４から得られる受光信号を、受光信号Ａ，Ｂとし、それらの受光信号Ａ，Ｂの差分を差分信号Ｃとする。
上記実施の形態１と同様に安定化させたい波長を基準波長λ0とする。差分信号Ｃは、受光信号Ａ，Ｂの波長透過特性に従う受光強度変化を示すので、予め波長検出回路２５に図４に示した波長透過特性Ｃに応じた値を保持しておき、減算器による差分信号Ｃをその波長透過特性Ｃと照合することによって、基準波長λ0からのずれ量（相対波長）をモニタすることができる。また、受光信号Ａ，Ｂでの波長モニタの場合と同様に、差分信号Ｃの基準波長λ0を含むスロープ内にある波長については、一つの波長に対する信号強度が一意的に決められるため、絶対波長もモニタすることができる。このモニタされた波長を波長モニタ信号としてレーザ駆動制御装置１４に出力し、半導体レーザ装置１１の発振波長を制御する。このように差分信号Ｃから波長をモニタすると、受光素子２３，２４から得られる受光信号Ａ，Ｂの同位相のノイズ成分をキャンセルすることができ、Ｓ／Ｎ比が良くなると共に、信号強度が受光信号Ａ，Ｂより２倍の信号振幅が得られるので、高精度に波長をモニタすることができる。
なお、これまでは安定させたい基準波長λ0が差分信号Ｃにおいてゼロクロス点であった場合の波長安定化方法を説明したが、差分信号Ｃに適当なオフセット電圧を加えてゼロクロス点を調節すれば、その調節したゼロクロス点により、任意の波長に対して安定化させることができる。
【００５６】
また、波長検出回路２５に、減算器と並列に、２つの受光素子２３，２４の受光信号の和を演算する加算器を設け、その和信号に応じて半導体レーザ装置１１の出力強度を調節するようにしても良い。
上記実施の形態1による波長モニタ装置では、半導体レーザ装置１１からの受光強度を波長に変換しているため、半導体レーザ装置１１自体の出力変動は少ない方が良い。この加算器からの和信号は差分信号Ｃのゼロクロス点付近では波長によらず一定で半導体レーザ装置１１からの全出力のみに依存するため、これをモニタリングすることによって全出力の強度変化などを知ることができる。そこでレーザ駆動制御装置１４では、この和信号に応じて半導体レーザ装置１１に入力する注入電流を調節することによって、半導体レーザ装置１１の出力強度を常に一定に保つことができ、これによって、波長安定化も高精度に行うことができる。
【００５７】
さらに、波長検出回路２５に、和信号と差分信号Ｃとの比を演算する割算器を設け、その比に応じて波長をモニタするようにしても良い。
この場合、差分信号Ｃのゼロクロス点付近では割算器からの出力信号は半導体レーザ装置１１の出力変動の影響を受けないので、その割算器からの出力信号に応じて波長をモニタすると、半導体レーザ装置１１の出力変動に影響されずに、より高精度な波長安定化を行うことができる。
【００５８】
さらに、波長モニタ装置１３の複屈折結晶２１の調整方法として、半導体レーザ装置１１からの出力光の波長が所望の波長の時に、受光素子２３，２４の受光信号Ａ，Ｂの強度が等しくなるように、光軸に対する複屈折結晶２１の傾きを調節する。複屈折結晶２１は光軸に対して結晶の傾きを変えると、それに伴いレーザ光が結晶内を伝播する距離が変わり、また、光軸に対するファスト軸またはスロー軸の角度も変わるので、受光信号Ａ，Ｂ、および差分信号Ｃの波長特性も左右にずれる。従って、この調整方法により、任意の所望の波長を受光信号Ａ，Ｂでスロープの中心に合わせること、すなわち、ゼロクロス点に合わせることができる。また、この所望の波長は受光信号Ａ，Ｂおよび差分信号Ｃの中心に位置するために、その波長の周辺の広い範囲で波長モニタ、および波長安定化ができる。
【００５９】
また波長検出回路２５に、受光素子２３から出力される受光信号の利得を調節する第１の受光信号利得調整手段、受光素子２４から出力される受光信号の利得を調節する第２の受光信号利得調整手段回路を設けるようにしても良い。この場合、第１または第２の受光信号利得調整手段回路の一方もしくは両方の利得を適当に調整することにより、この両者の差信号の強度がゼロとなる波長を任意に調整し、その波長を基準波長として波長モニタおよび波長制御を行うことができる。
【００６０】
さらに、レーザ駆動制御装置１４において、波長モニタ装置１３からの波長モニタ信号に応じて、半導体レーザ装置１１の注入電流および温度を調節して発振波長を制御するようにしても良い。
半導体レーザ装置１１は、出力強度および温度が変化すると発振波長も変化する。従って、波長モニタ装置１３からの波長モニタ信号に応じて、レーザ駆動制御装置１４で注入電流および温度の調節を行うことによって、半導体レーザ装置１１の発振波長を容易に制御することができる。
【００６１】
さらに、半導体レーザ装置１１に共振器長を調節できる半導体レーザ装置を使用し、レーザ駆動制御装置１４において、波長モニタ装置１３からの波長モニタ信号に応じて、半導体レーザ装置１１の共振器長を調節して発振波長を制御するようにしても良い。
一般に発振波長は、共振器内に立ち得るモードのみに制限される。従って、波長モニタ装置１３からの波長モニタ信号に応じて、レーザ駆動制御装置１４で半導体レーザ装置１１の共振器長の調節を行うことによって、半導体レーザ装置１１の発振波長を容易に制御することができる。
【００６２】
さらに、半導体レーザ装置１１のレーザ共振器に回折格子を用いて、レーザ駆動制御装置１４において、波長モニタ装置１３からの波長モニタ信号に応じて、半導体レーザ装置１１の回折格子の角度を調節して発振波長を制御するようにしても良い。
レーザ共振器に回折格子を用いると、特定の波長のみを選択的に反射するため、発振波長をその回折格子の角度によって選択することができる。従って、この角度を調節する。具体的には、波長モニタ装置１３からの波長モニタ信号に応じて、レーザ駆動制御装置１４で半導体レーザ装置１１の回折格子の角度の調節を行うことによって、半導体レーザ装置１１の発振波長を容易に制御することができる。
【００６３】
さらに、半導体レーザ装置１１と波長モニタ装置１３の複屈折結晶２１との間、または、半導体レーザ装置１１とレンズ１２との間に、レーザ光を伝送する偏波保存ファイバ（光ファイバ）を設けても良い。
この場合、半導体レーザ装置１１がいかなる位置にあっても、そのモニタ光を偏波保存ファイバによって引き出すことができ、半導体レーザ装置１１と波長モニタ装置１３とを離して使用することができる。
【００６４】
さらに、半導体レーザ装置１１と、レンズ１２と、波長モニタ装置１３と、レーザ駆動制御装置１４とを備えた波長安定化光源を１つのモジュール内にパッケージング化しても良い。
上記波長安定化光源は、装置全体が小型であるために、１つのモジュール内にパッケージング化することで、波長安定化光源の取り扱いを容易にすることができる。
【００６５】
さらに、波長安定化光源を１つのモジュールにパッケージング化した後、それぞれ異なる発振波長を持つ複数の波長安定化光源のモジュールの出力を、一本または複数本の光ファイバ（伝送手段）で伝送するようにしても良い。
このように、この実施の形態1による波長安定化光源を使用することによって、隣合う発振波長が混ざり合うという問題が解消されるので、発振波長間隔を狭くすることができる。例えば、通信用光源として使用する場合、多くのベースバンド周波数をまとめて一度に多くの情報を伝送することができる。
【００６６】
なお、上記実施の形態１では、波長検出回路２５において、受光信号Ａ，Ｂ、差分信号Ｃ、和信号、比に応じて波長をモニタしたが、それら受光信号Ａ，Ｂ、差分信号Ｃ、和信号、比をレーザ駆動制御装置１４に伝送し、そのレーザ駆動制御装置１４において、受光信号Ａ，Ｂ、差分信号Ｃ、和信号、比に応じて半導体レーザ装置１１の発振波長を制御するようにしても良い。
【００６７】
実施の形態２.
図５はこの発明の実施の形態２による波長安定化光源を示す構成図であり、図において、３２は実施の形態１における偏光子２２の代わりに設けられた２象限偏光子（偏光分離手段）である。その２象限偏光子３２において、３２ａは複屈折結晶２１のファスト軸方向の偏光成分のみ透過するファスト軸偏光子、３２ｂはスロー軸方向の偏光成分のみ透過するスロー軸偏光子である。
その他の構成は、実施の形態１と同一なので、その重複する説明を省略する。
【００６８】
次に動作について説明する。
この２象限偏光子３２は、ファスト軸偏光子３２ａとスロー軸偏光子３２ｂの側面を接合した構成で、入射開口面の半分の領域をファスト軸偏光子３２ａ、他の半分の領域をスロー軸偏光子３２ｂで占めている。複屈折結晶２１からの出力光の中心が２象限偏光子３２の開口面中心にくるように配置すると、透過したレーザ光断面の半分の領域はファスト軸方向の偏光成分のみで、その他の半分の領域はスロー軸方向の偏光成分のみとなる。その両者を受光素子２３，２４で受光することにより、上記実施の形態１と同様な波長モニタを行うことができる。
【００６９】
以上のように、この実施の形態２によれば、２象限偏光子３２を用いたので、偏光子２２を用いた場合に比べ、反射光をモニタする必要がなく、光軸が１つのみとなり、アライメントが容易となる。また、受光素子２３，２４を並列に配置することができるので、装置全体を小型化することができる。
【００７０】
なお、複屈折結晶２１の出力端面に直接に２象限偏光子３２を施して、複屈折結晶２１と２象限偏光子３２とを一体化しても良い。この場合、２象限偏光子３２を新たに光軸上に設置する必要がなく、部品点数が減り、アライメントもさらに容易になる。さらに、上記実施の形態１において、複屈折結晶２１と偏光子２２とを一体化しても良く、同様な効果が得られる。
【００７１】
実施の形態３.
図６はこの発明の実施の形態３による波長安定化光源を示す構成図であり、図において、３３は受光素子２３と同様にファスト軸偏光子３２ａを透過したファスト軸方向の偏光成分を受光する受光素子（第３の受光素子）、３４は受光素子２４と同様にスロー軸偏光子３２ｂを透過したスロー軸方向の偏光成分を受光する受光素子（第４の受光素子）である。また、波長検出回路２５において、２５ａは受光素子３４による受光信号から受光素子３３による受光信号を減算する減算器、２５ｂは受光素子２３による受光信号と受光素子２４による受光信号とを加算する加算器である。
その他の構成は、実施の形態２と同一なので、その重複する説明を省略する。
【００７２】
次に動作について説明する。
受光素子２３，３３は、ファスト軸偏光子３２ａからのファスト軸方向の偏光成分のみの透過光を受光するように、また、受光素子２４，３４は、スロー軸偏光子３２ｂからのスロー軸方向の偏光成分のみの透過光を受光するように並列に配置し、受光素子２３と受光素子２４からの受光信号を加算器２５ｂに、また、受光素子３３と受光素子３４からの受光信号を減算器２５ａに入力する。
波長検出回路２５では、それら減算器２５ａおよび加算器２５ｂによる演算結果に応じて、波長をモニタして波長モニタ信号としてレーザ駆動制御装置１４に出力するか、それら減算器２５ａおよび加算器２５ｂによる演算結果をそのままレーザ駆動制御装置１４に出力し、そのレーザ駆動制御装置１４において、その演算結果に応じて半導体レーザ装置１１の発振波長を制御する。
【００７３】
以上のように、この実施の形態３によれば、受光素子からの各出力を直接に加算器、および減算器に入力できるため、容易に受光信号の和と差分をモニタすることができる。
【００７４】
なお、それら受光素子２３，２４，３３，３４を一つの基盤上にまとめて配置した４象限受光素子と用いても良い。この場合、４象限受光素子に４つの受光素子がまとまっているために取り扱いが容易で、アライメントも容易で、装置も小型化できる。
【００７５】
なお、この実施の形態３は、上記実施の形態２に基づいて説明したが、上記実施の形態１にも適用できる。その場合、偏光子２２からの反射光を受光素子２３，３３で受光し、透過光を受光素子２４，３４で受光することによって同様の効果が得られる。
【００７６】
実施の形態４.
図７はこの発明の実施の形態４による波長安定化光源を示す構成図であり、図において、４１ａはファスト軸偏光子３２ａと受光素子２３との間に設けられ、ファスト軸偏光子３２ａを透過したファスト軸方向の偏光成分を受光素子２３上に集光する集光レンズ（ビーム集光手段）、４１ｂはスロー軸偏光子３２ｂと受光素子２４との間に設けられ、スロー軸偏光子３２ｂを透過したスロー軸方向の偏光成分を受光素子２４上に集光する集光レンズ（ビーム集光手段）である。
その他の構成は、実施の形態２と同一なので、その重複する説明を省略する。
【００７７】
次に動作について説明する。
集光レンズ４１ａを、ファスト軸偏光子３２ａと受光素子２３との間に設け、集光レンズ４１ｂを、スロー軸偏光子３２ｂと受光素子２４との間に設ける。この場合、適当な集光レンズ４１ａ，４１ｂの焦点距離を選ぶことによって、受光素子２３，２４上で２象限偏光子３２からの出力光が集光される。
【００７８】
以上のように、この実施の形態４によれば、受光するレーザ光が受光素子２３，２４上で集光されるために、受光素子２３，２４の単位面積当たりの受光強度が増加する。従って、Ｓ／Ｎ比が向上し、また、受光素子２３，２４の開口面積を小さくすることができる。
【００７９】
なお、この実施の形態４は、上記実施の形態２に基づいて説明したが、上記実施の形態１および３にも適用できる。実施の形態１の場合、偏光子２２と受光素子２３との間に集光レンズ４１ａを設ければ良い。また、実施の形態３の場合には、２象限偏光子３２と受光素子２３，２４，３３，３４との間にそれぞれ４個並列に集光レンズを配置すれば良い。その場合、この実施の形態４と同様の効果が得られる。
【００８０】
実施の形態５.
図８はこの発明の実施の形態５による波長安定化光源を示す構成図であり、図において、２１ａ，２１ｂは光軸上に２個並べて配置され、結晶温度に対する屈折率の変化を相殺する複屈折結晶（第１および第２の複屈折結晶）である。
その他の構成は、実施の形態１と同一なので、その重複する説明を省略する。
【００８１】
次に動作について説明する。
複屈折結晶２１ａ，２１ｂは、どちらか一方が結晶温度の増加に従って屈折率が減少するような結晶を選ぶ。また、複屈折結晶２１ａ，２１ｂの結晶長ＬA，ＬBは、以下の連立方程式（式２）、（式３）を満たすものを用いる。
【数２】
0004124942.tif 000003
ここで、ｎA，ｎBは、それぞれ複屈折結晶２１ａ，２１ｂの屈折率、ｄｎA／ｄＴ，ｄｎB／ｄＴは、それぞれ温度Ｔの変化による屈折率ｎA，ｎBの変化、αA，αBは、それぞれ複屈折結晶２１ａ，２１ｂの線膨張係数、Ｃ0は光速である。
【００８２】
今、複屈折結晶２１ａ，２１ｂ中に伝播するレーザ光の腹または節の数をｍとすると、レーザ光の波長λは（式４）のように表される。
【数３】
0004124942.tif 000004
次に、（式４）について温度を変数として微分してｍを消去すると、以下の（式５）のようになる。
【数４】
0004124942.tif 000005
（式５）は、温度Ｔによって変化する測定波長λの様子を表している。右辺には屈折率ｎ、線膨張係数α、結晶長Ｌなどの複屈折結晶２１ａ，２１ｂの物性パラメータが入っているために、これらの値が温度Ｔによって変化すると正確な波長をモニタすることが困難である。そこで、（式３）を満たすような結晶長Ｌを選ぶと、右辺中カッコ｛｝内の値はゼロとなるので、∂λ／∂Ｔ＝０となり、温度Ｔの変化に対して影響を受けない波長モニタおよび波長安定化を行うことができる。また、（式２）を加え、連立方程式（式２）、（式３）を満たすような結晶長Ｌを選ぶと、所望のＦＳＲを持つ温度不感な波長モニタおよび波長安定化を行うことができる。
【００８３】
なお、ファスト軸とスロー軸でｎ、ｄｎ／ｄＴ、αの値が異なる場合には、どちらか一方の軸について連立方程式（式２）、（式３）を満たすような結晶長を選ぶ。例えば、ファスト軸方向のｎA、ｄｎA／ｄＴ、αAについて、（式２）、（式３）を満たすような結晶長Ｌを選ぶと、受光素子２４による受光信号Ｂは、温度が変化すると波長に対する受光強度が変化するが、受光素子２３による受光信号Ａは、温度変化によって波長に対する受光強度は変化しない。このようにして、ファスト軸に対してだけでも温度に対して影響を受けない波長モニタリングを行うことができる。
また、受光素子２４による受光信号Ｂが温度変化によって波長に対して受光強度が変化するので、複屈折結晶２１ａ，２１ｂの温度を調節することにより、受光信号Ａおよび受光信号Ｂのゼロクロス点を変化させ、ゼロクロス点での波長モニタおよび波長安定化させる波長を任意に変更することができる。
【００８４】
例えば、ＹＶＯ4結晶とβ−ＢａＢ2Ｏ4結晶とをそれぞれ複屈折結晶２１ａ，２１ｂとしたときに、ファスト軸に関して温度不感な波長モニタ信号が得られる結晶長を求める。この両結晶の各物性値にｎA＝１．９４４８、ｎB＝１．６４６７、ｄｎA／ｄＴ＝８．５［×１０-6／Ｋ］、ｄｎB／ｄＴ＝−１６．８［×１０-6／Ｋ］、αA＝４．４［×１０-6／Ｋ］、αB＝０．５［×１０-6／Ｋ］という値を用いると、連立方程式（式２）、（式３）より結晶長はＬA＝０．０５０６［ｍｍ］、ＬB＝０．０５４０［ｍｍ］となる。
【００８５】
以上、複屈折結晶２１ａ，２１ｂの例として、ＹＶＯ4結晶とβ−ＢａＢ2Ｏ4結晶との組み合わせを挙げたが、どちらか一方の結晶がその結晶温度が増加したときに屈折率が減少する複屈折結晶であればどのような組合せでも良い。
例えば、ＹＶＯ4結晶とＳｉＯ2結晶（呼称は水晶）、ＹＶＯ4結晶とＹＬＦ結晶（化学組成はＬｉＹ1.0+XＮｄXＦ4（Ｘはある係数）であるが通常はＹＬＦと呼ばれる。）、ＹＶＯ4結晶とＰｂＭｏＯ4結晶、ＹＶＯ4結晶とＴｉＯ2結晶（呼称はルチル）、ＣａＣＯ3結晶（呼称は方解石）とＳｉＯ2結晶、ＣａＣＯ3結晶とＴｉＯ2結晶、ＣａＣＯ3結晶とＹＬＦ結晶、ＣａＣＯ3結晶とβ−ＢａＢ2Ｏ4結晶、ＣａＣＯ3結晶とＰｂＭｏＯ4結晶の組み合わせでも同様の効果が得られる。
【００８６】
以上のように、この実施の形態５によれば、光軸上に２個並べて配置され、結晶温度に対する屈折率の変化と結晶温度に対する光軸方向の結晶厚み変化を相殺する複屈折結晶２１ａ，２１ｂを設けたので、温度変化による波長モニタの補正が不要な波長モニタ装置が得られる。
なお、この実施の形態５は、上記実施の形態１に基づいて説明したが、上記実施の形態２から４にも適用でき、同様の効果が得られる。
【００８７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、偏光した平行なレーザ光の光軸上に配置され、入出力光方向の両端面に反射手段を有し、入力光の偏光方向によって屈折率が異なる複屈折結晶と、複屈折結晶を透過した出力光の直交した偏光成分を空間的に分離する偏光分離手段と、分離された偏光成分をそれぞれ受光する第１および第２の受光素子と、第１および第２の受光素子からの受光信号の一方もしくは両方を用いて入力光の波長を検出する波長検出回路とを備え、複屈折結晶は、光軸上に２個並べて配置され、結晶温度による屈折率変化と結晶温度による光軸方向の結晶厚み変化を相殺するように所定の連立方程式を満たすものを用いる第１および第２の複屈折結晶からなるように構成したので、複屈折結晶の性質である屈折率の軸方向異方性を利用することによって、複屈折結晶で２種類の波長特性を持った受信信号が得られるので、独立した複数のフィルタを用いた場合に生じる外部環境の変化による波長特性のばらつきを新たに考慮する必要がなく、小型でアライメントが容易で波長をモニタできる波長モニタ装置が得られる。
また、複屈折結晶を、光軸上に２個並べて配置され、結晶温度による屈折率変化と結晶温度による光軸方向の結晶厚み変化を相殺する第１および第２の複屈折結晶からなるように構成したので、温度変化による波長モニタの補正が不要な波長モニタ装置が得られる効果がある。
【００８８】
この発明によれば、入力光に直線偏光を用いるように構成したので、複屈折結晶と偏光子の配置を容易にすることができる波長モニタ装置が得られる効果がある。
【００８９】
この発明によれば、複屈折結晶のファスト軸またはスロー軸を入力光の偏光方向に対して４５度傾けて配置するように構成したので、波長透過特性の異なる２つの受光強度を等しくすることができ、第１および第２の受光素子、および波長検出回路の設計製作を容易にすることができる波長モニタ装置が得られる効果がある。
【００９０】
この発明によれば、偏光分離手段において、複屈折結晶のファスト軸の偏光成分を反射し、スロー軸の偏光成分を透過するように構成したので、波長透過特性の異なる２つの偏光成分を容易に分離することができる波長モニタ装置が得られる効果がある。
【００９１】
この発明によれば、偏光分離手段において、入力光のビーム断面に対して半分の領域で複屈折結晶のファスト軸方向の偏光成分のみを透過し、入力光のビーム断面の他の半分の領域でスロー軸方向の偏光成分のみ透過する２象限偏光選択するように構成したので、反射光をモニタする必要がなく、光軸が１つのみとなり、アライメントが容易となる。また、第１および第２の受光素子を並列に配置することができるので、装置全体を小型化することができる波長モニタ装置が得られる効果がある。
【００９２】
この発明によれば、偏光分離手段を複屈折結晶の出力面に施すように構成したので、偏光分離手段を新たに光軸上に設置する必要がなく、部品点数が減り、アライメントもさらに容易にすることができる波長モニタ装置が得られる効果がある。
【００９３】
この発明によれば、偏光分離手段と第１および第２の受光素子との間に、それぞれビームを集光するビーム集光手段を備えるように構成したので、受光するレーザ光が第１および第２の受光素子上で集光されるために、第１および第２の受光素子の単位面積当たりの受光強度が増加する。従って、Ｓ／Ｎ比が向上し、また、第１および第２の受光素子の開口面積を小さくすることができる波長モニタ装置が得られる効果がある。
【００９４】
この発明によれば、複屈折結晶、偏光分離手段、および第１および第２の受光素子の端面を光軸に対して正対させずに傾けて配置するように構成したので、複屈折結晶の入力側の端面に施された反射手段による反射光が半導体レーザ装置に戻ることがなく、半導体レーザ装置の動作の安定性を維持することができる波長モニタ装置が得られる効果がある。
【００９５】
この発明によれば、波長検出回路において、第１および第２の受光素子の受光信号の差を演算する減算器を備えるように構成したので、減算器からの差分信号から波長をモニタすると、第１および第２の受光素子から得られる受光信号の同位相のノイズ成分をキャンセルすることができ、Ｓ／Ｎ比が良くなると共に、信号強度が受光信号より２倍の信号振幅が得られるので、高精度に波長をモニタすることができる波長モニタ装置が得られる効果がある。
【００９６】
この発明によれば、波長検出回路において、第１および第２の受光素子の受光信号の和を演算する加算器を備えるように構成したので、加算器からの和信号に応じて半導体レーザ装置に入力する注入電流を調節することによって、半導体レーザ装置の出力強度を常に一定に保つことができ、これによって、波長安定化も高精度に行うことができる波長モニタ装置が得られる効果がある。
【００９７】
この発明によれば、波長検出回路において、第１および第２の受光素子の受光信号の和を演算する加算器と、第１および第２の受光素子の受光信号の差を演算する減算器と、加算器からの出力信号と減算器からの出力信号との割り算を演算する割算器とを備えるように構成したので、その割算器からの出力信号に応じて波長をモニタすると、半導体レーザ装置の出力変動に影響されずに、より高精度な波長安定化を行うことができる波長モニタ装置が得られる効果がある。
【００９８】
この発明によれば、偏光分離手段によって分離された一方の偏光成分をそれぞれ受光する第１および第３の受光素子と、偏光分離手段によって分離された他方の偏光成分をそれぞれ受光する第２および第４の受光素子とを備えるように構成したので、受光素子からの各出力を直接に加算器、および減算器に入力できるため、容易に受光信号の和と差分をモニタすることができる波長モニタ装置が得られる効果がある。
【００９９】
この発明によれば、第１から第４の受光素子を一つの基盤上にまとめて配列した４象限受光素子を備えるように構成したので、４象限受光素子に４つの受光素子がまとまっているために取り扱いが容易で、アライメントも容易で、装置も小型化できる波長モニタ装置が得られる効果がある。
【０１００】
この発明によれば、入力光の波長をλ、複屈折結晶の屈折率をｎ、結晶長をＬとしたとき、λ2／（２・ｎ・Ｌ）が０．８[ｎｍ]以上にするように構成したので、ＩＴＵグリッドの複数のチャンネルについて波長を安定化することができ、また、絶対波長もモニタすることができる波長モニタ装置が得られる効果がある。
【０１０１】
この発明によれば、第１および第２の複屈折結晶のうちのいずれか一方に、結晶温度が増加するにつれて屈折率が減少する結晶を用いるように構成したので、温度変化による第１および第２の複屈折結晶の屈折率変化を相殺するのが容易になる波長モニタ装置が得られる効果がある。
【０１０２】
この発明によれば、第１および第２の複屈折結晶に、ＹＶＯ4結晶とβ−ＢａＢ2Ｏ4結晶とを用いるように構成したので、容易に温度変化による波長モニタの補正が不要な波長モニタ装置が得られる効果がある。
【０１０３】
この発明によれば、第１および第２の複屈折結晶に、ＹＶＯ4結晶とＳｉＯ2結晶とを用いるように構成したので、容易に温度変化による波長モニタの補正が不要な波長モニタ装置が得られる効果がある。
【０１０４】
この発明によれば、第１および第２の複屈折結晶に、ＹＶＯ4結晶とＹＬＦ結晶とを用いるように構成したので、容易に温度変化による波長モニタの補正が不要な波長モニタ装置が得られる効果がある。
【０１０５】
この発明によれば、第１および第２の複屈折結晶に、ＹＶＯ4結晶とＰｂＭｏＯ4結晶とを用いるように構成したので、容易に温度変化による波長モニタの補正が不要な波長モニタ装置が得られる効果がある。
【０１０６】
この発明によれば、第１および第２の複屈折結晶に、ＹＶＯ4結晶とＴｉＯ2結晶とを用いるように構成したので、容易に温度変化による波長モニタの補正が不要な波長モニタ装置が得られる効果がある。
【０１０７】
この発明によれば、第１および第２の複屈折結晶に、ＣａＣＯ3結晶とＳｉＯ2結晶とを用いるように構成したので、容易に温度変化による波長モニタの補正が不要な波長モニタ装置が得られる効果がある。
【０１０８】
この発明によれば、第１および第２の複屈折結晶に、ＣａＣＯ3結晶とＴｉＯ2結晶とを用いるように構成したので、容易に温度変化による波長モニタの補正が不要な波長モニタ装置が得られる効果がある。
【０１０９】
この発明によれば、第１および第２の複屈折結晶に、ＣａＣＯ3結晶とＹＬＦ結晶とを用いるように構成したので、容易に温度変化による波長モニタの補正が不要な波長モニタ装置が得られる効果がある。
【０１１０】
この発明によれば、第１および第２の複屈折結晶に、ＣａＣＯ3結晶とβ−ＢａＢ2Ｏ4結晶とを用いるように構成したので、容易に温度変化による波長モニタの補正が不要な波長モニタ装置が得られる効果がある。
【０１１１】
この発明によれば、第１および第２の複屈折結晶に、ＣａＣＯ3結晶とＰｂＭｏＯ4結晶とを用いるように構成したので、容易に温度変化による波長モニタの補正が不要な波長モニタ装置が得られる効果がある。
【０１１２】
この発明によれば、第１の受光素子から出力された受光信号の利得を調節する第１の受光信号利得調整手段と、第２の受光素子から出力された受光信号の利得を調節する第２の受光信号利得調整手段の一方もしくは両方を波長検出手段が備え、第１または第２の受光素子から出力された受光信号の一方もしくは両方の信号強度を変更することにより、レーザ光の発信波長を調整するようにしたので、この両者の差信号の強度がゼロとなる波長を波長モニタおよび波長制御の基準波長として任意に調節することができるようになるという効果がある。
【０１１３】
この発明によれば、波長モニタ装置の複屈折結晶を配置する際に、所望の波長で第１および第２の受光素子の受光信号の強度が等しくなるように光軸に対する複屈折結晶のファスト軸とスロー軸を含む面の角度を調節するように構成したので、この調整方法により、任意の所望の波長を２つの受光信号でスロープの中心に合わせること、すなわち、ゼロクロス点に合わせることができる。また、この所望の波長は２つの受光信号および差分信号の中心に位置するために、その波長の周辺の広い範囲で波長モニタ、および波長安定化ができる波長モニタ装置の調整方法が得られる効果がある。
【０１１４】
この発明によれば、第１の受光素子から出力された受光信号の利得を調節する第１の受光信号利得調整手段と、第２の受光素子から出力された受光信号の利得を調節する第２の受光信号利得調整手段の一方もしくは両方を波長検出手段が備え、第１または第２の受光素子から出力された受光信号の一方もしくは両方の信号強度を変更することにより、レーザ光の発信波長を調整するようにしたので、この両者の差信号の強度がゼロとなる波長を波長モニタおよび波長制御の基準波長として任意に調節することができるようになるという効果がある。
【０１１５】
この発明によれば、波長モニタ装置に偏光したレーザ光を出力する半導体レーザ装置と、波長モニタ装置からの波長モニタ信号に応じて半導体レーザ装置の発振波長を制御するレーザ駆動制御装置とを備えるように構成したので、小型で高精度に波長を安定化することができる波長安定化光源が得られる効果がある。
【０１１６】
この発明によれば、レーザ駆動制御装置において、波長モニタ装置からの波長モニタ信号に応じて半導体レーザ装置への注入電流を調節して発振波長を制御するように構成したので、容易に発振波長を制御することができる波長安定化光源が得られる効果がある。
【０１１７】
この発明によれば、レーザ駆動制御装置において、波長モニタ装置からの波長モニタ信号に応じて半導体レーザ装置の温度を調節して発振波長を制御するように構成したので、容易に発振波長を制御することができる波長安定化光源が得られる効果がある。
【０１１８】
この発明によれば、レーザ駆動制御装置において、波長モニタ装置からの波長モニタ信号に応じて半導体レーザ装置の共振器長を調節して発振波長を制御するように構成したので、容易に発振波長を制御することができる波長安定化光源が得られる効果がある。
【０１１９】
この発明によれば、レーザ駆動制御装置において、波長モニタ装置からの波長モニタ信号に応じて半導体レーザ装置の回折格子の角度を調節して発振波長を制御するように構成したので、容易に発振波長を制御することができる波長安定化光源が得られる効果がある。
【０１２０】
この発明によれば、半導体レーザ装置から出力されたレーザ光を平行化して波長モニタ装置の複屈折結晶に入力するレーザ光平行化手段を備えるように構成したので、平行なレーザ光を波長モニタ装置に容易に入力することができ、また、複屈折結晶内を伝搬するビームは平行となるので、よりノイズの少ない受信信号を得ることができる波長安定化光源が得られる効果がある。
【０１２１】
この発明によれば、半導体レーザ装置と複屈折結晶との間、または半導体レーザ装置とレーザ光平行化手段との間にレーザ光を伝送する光ファイバを備えるように構成したので、半導体レーザ装置がいかなる位置にあっても、そのモニタ光を光ファイバによって引き出すことができ、半導体レーザ装置と波長モニタ装置とを離して使用することができる波長安定化光源が得られる効果がある。
【０１２２】
この発明によれば、半導体レーザ装置と、レーザ光平行化手段と、波長モニタ装置と、レーザ駆動制御装置とを１つのモジュール内に備えるように構成したので、１つのモジュール内にパッケージング化することで、波長安定化光源の取り扱いを容易にすることができる波長安定化光源が得られる効果がある。
【０１２３】
この発明によれば、波長安定化光源を複数個設け、全ての波長安定化光源の出力を一本または複数本の伝送手段にまとめるように構成したので、この発明による波長安定化光源を使用することによって、隣合う発振波長が混ざり合うという問題が解消されるので、発振波長間隔を狭くすることができる。例えば、通信用光源として使用する場合、多くのベースバンド周波数をまとめて一度に多くの情報を伝送することができる波長安定化光源が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による波長安定化光源を示す構成図である。
【図２】  この発明の実施の形態１による複屈折結晶の配置を示す説明図である。
【図３】  複屈折結晶にエタロン結晶を用いた場合の波長透過特性を示す特性図である。
【図４】  ２つの波長透過特性の差分を示す特性図である。
【図５】  この発明の実施の形態２による波長安定化光源を示す構成図である。
【図６】  この発明の実施の形態３による波長安定化光源を示す構成図である。
【図７】  この発明の実施の形態４による波長安定化光源を示す構成図である。
【図８】  この発明の実施の形態５による波長安定化光源を示す構成図である。
【図９】  従来の波長モニタ装置を示す構成図である。
【図１０】  ＰＤ出力波長特性を示す特性図である。
【図１１】  従来の波長モニタ装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１１  半導体レーザ装置、１２  レンズ（レーザ光平行化手段）、１３  波長モニタ装置、１４  レーザ駆動制御装置、２１  複屈折結晶、２１ａ，２１ｂ  複屈折結晶（第１および第２の複屈折結晶）、２２  偏光子（偏光分離手段）、２３  受光素子（第１の受光素子）、２４  受光素子（第２の受光素子）、２５  波長検出回路、２５ａ  減算器、２５ｂ  加算器、３２  ２象限偏光子（偏光分離手段）、３２ａ  ファスト軸偏光子、３２ｂ  スロー軸偏光子、３３  受光素子（第３の受光素子）、３４  受光素子（第４の受光素子）、４１ａ，４１ｂ  集光レンズ（ビーム集光手段）。
【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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