(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長モニタ用のレーザ光を入射して第１の分岐光と第２の分岐光に分岐する光分岐手段と、
前記第１の分岐光を透過させ、周期性を持ち各々の極値が異なる波長弁別特性を付与する波長弁別手段と、
前記波長弁別手段の透過光を受光する第１の光量検出手段と、
前記第２の分岐光を受光する第２の光量検出手段と、を備えた波長モニタであって、
前記波長弁別手段は、バンドパスフィルタとファブリペローエタロンとを組み合わせて構成されており、前記バンドパスフィルタは、使用波長帯で前記ファブリペローエタロンよりも傾斜の緩やかな波長透過特性を持ち、前記ファブリペローエタロンは、ファブリペロー共振に基づいて周期的に極値が現れ当該極値の近辺で傾斜が前記バンドパスフィルタよりも急峻な波長透過特性を持つことを特徴とする波長モニタ。
【請求項２】
前記バンドパスフィルタの６ｄＢ透過帯域幅は、ファブリペローエタロンの４周期分の帯域幅以上となることを特徴とする請求項１に記載の波長モニタ。
【請求項３】
前記バンドパスフィルタは、光軸に対して斜めに配置され、レーザ光の一部を反射する入射端面が前記光分岐手段として機能することを特徴とする請求項１に記載の波長モニタ。
【請求項４】
前記波長弁別手段は、使用波長帯で傾斜のある波長透過特性を持つ第１のフィルタと、前記第１のフィルタよりも細かい波長間隔で周期的に極値が現れ当該極値の近辺で前記第１のフィルタよりも傾斜が急峻な波長透過特性を持つ第２のフィルタとを組み合わせて構成されることを特徴とする請求項１に記載の波長モニタ。
【請求項５】
前記第１のフィルタは、ファブリペロー共振に基づく波長透過特性を持つファブリペローエタロンからなることを特徴とする請求項４に記載の波長モニタ。
【請求項６】
レーザ光を出射し発振波長を制御可能な半導体レーザと、
前記半導体レーザから出射されたレーザ光のうち波長モニタ用のレーザ光を入射して第１の分岐光と第２の分岐光に分岐する光分岐手段と、
前記第１の分岐光を透過させ、周期性を持ち各々の極値が異なる波長弁別特性を付与する波長弁別手段と、
前記波長弁別手段の透過光を受光する第１の光量検出手段と、
前記第２の分岐光を受光する第２の光量検出手段と、
前記第１の光量検出手段及び前記第２の光量検出手段の出力比に基づいて前記半導体レーザの発振波長を制御する制御手段と、を備えた半導体レーザモジュールであって、
前記波長弁別手段は、バンドパスフィルタとファブリペローエタロンとを組み合わせて構成されており、前記バンドパスフィルタは、使用波長帯で前記ファブリペローエタロンよりも傾斜の緩やかな波長透過特性を持ち、前記ファブリペローエタロンは、ファブリペロー共振に基づいて周期的に極値が現れ当該極値の近辺で傾斜が前記バンドパスフィルタよりも急峻な波長透過特性を持つことを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項７】
前記波長弁別手段の温度を検出し、その検出結果に基づき前記波長弁別手段を一定温度に保つように制御する温度制御手段を更に備えることを特徴とする請求項６に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項８】
前記バンドパスフィルタの６ｄＢ透過帯域幅は、ファブリペローエタロンの４周期分の波長帯域幅以上となることを特徴とする請求項６に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項９】
前記バンドパスフィルタは、光軸に対して斜めに配置され、レーザ光の一部を反射する入射端面が前記光分岐手段として機能することを特徴とする請求項６に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項１０】
前記波長弁別手段は、使用波長帯で傾斜のある波長透過特性を持つ第１のフィルタと、前記第１のフィルタよりも細かい波長間隔で周期的に極値が現れ当該極値の近辺で前記第１のフィルタよりも傾斜が急峻な波長透過特性を持つ第２のフィルタとを組み合わせて構成されることを特徴とする請求項６に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項１１】
前記第１のフィルタは、ファブリペロー共振に基づく波長透過特性を持つファブリペローエタロンからなることを特徴とする請求項１０に記載の半導体レーザモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号により情報伝送を行う光通信の技術分野に関し、特に、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）伝送方式を用いて、周期的な間隔の波長を持つ複数の信号光を光ファイバを介して伝送するために使用される半導体レーザモジュール等の技術分野に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信分野において、伝送情報を飛躍的に増加させるための要素技術としてＷＤＭが注目されている。このＷＤＭ通信システムでは、多重化された光信号の波長間隔が極めて狭くなる。一方、信号光源として利用される半導体レーザは、温度変動等の要因により波長が変動するため、隣り合う光信号同士でクロストークを生じることにより信号品質を劣化させる恐れがある。よって、光信号のクロストークを防止する必要から、ＷＤＭ通信システムにおいて用いる半導体レーザには、非常に高い波長安定性が要求される。
【０００３】
このような波長安定性を実現する技術としては、例えば、特開平１１−２５１６７３号公報に開示されているように、レーザ信号の波長をモニタし、そのモニタ結果に応じて半導体レーザの温度制御を行う方式が知られている。この方式によれば、例えば、半導体レーザからのレーザ光の一部を測定光とし、その測定光をビームスプリッタにより２つに分岐した上で、一方の分岐光は所定の波長弁別特性を持つ波長弁別素子を通過させて受光するとともに、他方の分岐光は直接受光するように構成される。そして、両方の受光出力の出力比を検知し、これを所定の設定値と一致させるように半導体レーザの波長が制御される。かかる方式を採用して、波長弁別素子として周期的な波長透過特性を持つファブリペローエタロンを用いる場合には、複数の周期的な波長を用いる波長可変型の半導体レーザモジュールに対して適用することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の半導体レーザモジュールにおいて、波長弁別素子としてファブリペローエタロンを用いる場合、ファブリペローエタロンの波長透過特性の周期を、使用するレーザ光の波長間隔に一致させるとともに、使用周波数に対応する波長透過特性の極値で略同一の透過強度を持つように構成される。
【０００５】
しかし、使用するレーザ光の波長間隔が狭くなると、ファブリペローエタロンの波長透過特性において隣り合う極値が接近し、極値周辺の出力比に基づきレーザ光の波長変化を判別して制御し得る範囲（波長捕捉範囲）が狭くなる。例えば、図１４は、周期的な波長弁別特性に基づいて半導体レーザの発振波長を制御する状況を説明する図である。図１４に示すように、波長λ０で出力比Ａとなるように予め調整されているとすると、その前後で出力比が急峻に変化する所定範囲が波長捕捉範囲となる。ここで、何らかの要因により半導体レーザの発振波長が急激に変動し、波長捕捉範囲を超えた波長λ１になる状況を考える。この場合には、出力比Ａ１が検知された後、出力比Ａに近づけるように本来の極値から低波長側に向かう方向（矢印方向）に制御され、半導体レーザの発振波長は波長λ２に安定化することになる。その結果、ＷＤＭ通信システムでは、本来波長λ０で伝送されるべき光信号が、別の波長λ２で伝送される光信号と混合されることになり、正確な情報伝送ができなくなることが問題となる。
【０００６】
そこで、本発明はこのような問題に鑑みなされたものであり、高精度な波長制御を行うことが可能な波長モニタ及び半導体レーザモジュールを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、波長モニタの第１の態様は、波長モニタ用のレーザ光を入射して第１の分岐光と第２の分岐光に分岐する光分岐手段と、前記第１の分岐光を透過させ、周期性を持ち各々の極値が異なる波長弁別特性を付与する波長弁別手段と、前記波長弁別手段の透過光を受光する第１の光量検出手段と、前記第２の分岐光を受光する第２の光量検出手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、レーザ光の一部が波長モニタに入射され、光分岐手段により２方向に分岐された後、第１の分岐光が波長弁別手段を介して第１の光量検出手段に受光されるとともに、第２の分岐光が直接第２の光量検出手段に受光される。そして、波長弁別手段は、周期性を持ち各々の極値が異なる波長弁別特性を付与する。よって、波長弁別特性の極値を光信号の波長間隔とを合致させれば、その極値を判別して、レーザ光の波長捕捉範囲を広くすることができ、多重化された光信号を用いる場合に発振波長の安定化を図ることができる。
【０００９】
また、波長モニタの第２の態様は、波長モニタ用のレーザ光を入射して第１の分岐光と第２の分岐光に分岐する光分岐手段と、前記第１の分岐光を透過させ、周期性を持ち各々の極値が異なる波長弁別特性を付与する波長弁別手段と、前記波長弁別手段の透過光を受光する第１の光量検出手段と、前記第２の分岐光を受光する第２の光量検出手段と、を備えた波長モニタであって、前記波長弁別手段は、バンドパスフィルタとファブリペローエタロンとを組み合わせて構成されており、前記バンドパスフィルタは、使用波長帯で前記ファブリペローエタロンよりも傾斜の緩やかな波長透過特性を持ち、前記ファブリペローエタロンは、ファブリペロー共振に基づいて周期的に極値が現れ当該極値の近辺で傾斜が前記バンドパスフィルタよりも急峻な波長透過特性を持つことを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、緩やかな波長透過特性を持つバンドパスフィルタと、周期的に極値が現れ当該極値の近辺で傾斜が急峻な波長透過特性を持つファブリペローエタロンとを組み合わせて波長弁別手段を構成したので、ファブリペローエタロンの波長透過特性で略同一の極値が複数存在する場合、バンドパスフィルタの波長透過特性に基づき極値が異なることになり、請求項１に記載の発明と同様の作用でレーザ光の波長捕捉範囲を広くすることができる。
【００１１】
また、波長モニタの第３の態様は、前記バンドパスフィルタの６ｄＢ透過帯域幅は、ファブリペローエタロンの４周期分の帯域幅以上となることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、バンドパスフィルタの６ｄＢ透過帯域幅がファブリペローエタロンの４周期分の帯域幅以上となるようにしたので、実際に想定される使用条件に好適な極値を設定でき、高精度にレーザ光の波長を安定化させることができる。
【００１３】
また、波長モニタの第４の態様は、前記バンドパスフィルタは、光軸に対して斜めに配置され、レーザ光の一部を反射する入射端面が前記光分岐手段として機能することを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、レーザ光が波長モニタに入射されると、バンドパスフィルタの入射端面により反射されたレーザ光の一部が上述の第２の分岐光として用いられるので、波長モニタの部品点数を減らしつつ、発振波長の安定化を図ることができる。
【００１５】
また、波長モニタの第５の態様は、前記波長弁別手段は、使用波長帯で傾斜のある波長透過特性を持つ第１のフィルタと、前記第１のフィルタよりも細かい波長間隔で周期的に極値が現れ当該極値の近辺で前記第１のフィルタよりも傾斜が急峻な波長透過特性を持つ第２のフィルタとを組み合わせて構成されることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、使用波長帯で傾斜のある波長透過特性を持つ第１のフィルタと、細かい波長間隔で周期的に現れる極値の近辺で傾斜が急峻な波長透過特性を持つ第２のフィルタとを組み合わせて波長弁別手段を構成したので、多様なフィルタの組み合わせを可能としつつ、請求項１に記載の発明と同様の作用により、周期性を持ち各々極値が異なる波長弁別特性を付与し、レーザ光の波長捕捉範囲を広くすることができる。
【００１７】
また、波長モニタの第６の態様は、前記第１のフィルタは、ファブリペロー共振に基づく波長透過特性を持つファブリペローエタロンからなることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、第１のフィルタとしてファブリペロー共振に基づく波長透過透過特性を持つファブリペローエタロンを用いて波長弁別手段を構成したので、例えば、異なる特性のファブリペローエタロンを第１のフィルタ及び第２のフィルタとして用いるなど、波長弁別手段の構成を簡素化することができる。
【００１９】
上記課題を解決するために、半導体レーザモジュールの第１の態様は、レーザ光を出射する半導体レーザと、前記半導体レーザから出射されたレーザ光のうち波長モニタ用のレーザ光を入射して第１の分岐光と第２の分岐光に分岐する光分岐手段と、前記第１の分岐光を透過させ、周期性を持ち各々の極値が異なる波長弁別特性を付与する波長弁別手段と、前記波長弁別手段の透過光を受光する第１の光量検出手段と、前記第２の分岐光を直接受光する第２の光量検出手段と、前記第２の分岐光を受光する第２の光量検出手段と、前記第１の光量検出手段及び前記第２の光量検出手段の出力比に基づいて前記半導体レーザの発振波長を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、半導体レーザからレーザ光が出射され、請求項１に記載の発明と同様の作用により、第１の分岐光に波長弁別特性が付与される。そして、第１の分岐光と第２の分岐光の出力比を求めると、波長弁別特性における極値を判別でき、波長弁別特性の極値を光信号の波長間隔とを合致させれば、レーザ光の波長捕捉範囲を広くすることができる。これにより、半導体レーザモジュールで多重化された光信号を用いる場合であっても、その発振波長を常に安定化させることができる。
【００２１】
また、半導体レーザモジュールの第２の態様は、前記波長弁別手段の温度を検出し、その検出結果に基づき前記波長弁別手段を一定温度に保つように制御する温度制御手段を更に備えることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、温度制御手段が波長弁別手段の温度を一定に保つように制御するので、波長弁別特性の温度変動を抑えて、より高い精度で半導体レーザモジュールの発振波長を安定化させることができる。
【００２３】
また、半導体レーザモジュールの第３の態様は、レーザ光を出射し発振波長を制御可能な半導体レーザと、前記半導体レーザから出射されたレーザ光のうち波長モニタ用のレーザ光を入射して第１の分岐光と第２の分岐光に分岐する光分岐手段と、前記第１の分岐光を透過させ、周期性を持ち各々の極値が異なる波長弁別特性を付与する波長弁別手段と、前記波長弁別手段の透過光を受光する第１の光量検出手段と、前記第２の分岐光を受光する第２の光量検出手段と、前記第１の光量検出手段及び前記第２の光量検出手段の出力比に基づいて前記半導体レーザの発振波長を制御する制御手段と、を備えた半導体レーザモジュールであって、前記波長弁別手段は、バンドパスフィルタとファブリペローエタロンとを組み合わせて構成されており、前記バンドパスフィルタは、使用波長帯で前記ファブリペローエタロンよりも傾斜の緩やかな波長透過特性を持ち、前記ファブリペローエタロンは、ファブリペロー共振に基づいて周期的に極値が現れ当該極値の近辺で傾斜が前記バンドパスフィルタよりも急峻な波長透過特性を持つことを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、緩やかな波長透過特性を持つバンドパスフィルタと、周期的に極値が現れ当該極値の近辺で傾斜が急峻な波長透過特性を持つファブリペローエタロンとを組み合わせて波長弁別手段を構成したので、レーザ光の波長捕捉範囲を広くすることができる。
【００２５】
また、半導体レーザモジュールの第４の態様は、前記バンドパスフィルタの６ｄＢ透過帯域幅は、ファブリペローエタロンの４周期分の波長帯域幅以上となることを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、バンドパスフィルタの６ｄＢ透過帯域幅がファブリペローエタロンの４周期分の帯域幅以上となるようにしたので、高精度にレーザ光の波長を安定化させることができる。
【００２７】
また、半導体レーザモジュールの第５の態様は、前記バンドパスフィルタは、光軸に対して斜めに配置され、レーザ光の一部を反射する入射端面が前記光分岐手段として機能することを特徴とする。
【００２８】
この発明によれば、レーザ光が波長モニタに入射されると、バンドパスフィルタの入射端面により反射されたレーザ光の一部が上述の第２の分岐光として用いられるので、半導体レーザモジュールの部品点数を減らしつつ、発振波長の安定化を図ることができる。
【００２９】
また、半導体レーザモジュールの第６の態様は、前記波長弁別手段は、使用波長帯で傾斜のある波長透過特性を持つ第１のフィルタと、前記第１のフィルタよりも細かい波長間隔で周期的に極値が現れ当該極値の近辺で前記第１のフィルタよりも傾斜が急峻な波長透過特性を持つ第２のフィルタとを組み合わせて構成されることを特徴とする。
【００３０】
この発明によれば、使用波長帯で傾斜のある波長透過特性を持つ第１のフィルタと、前記第１のフィルタよりも細かい波長間隔で周期的に現れる極値の近辺で前記第１のフィルタよりも傾斜が急峻な波長透過特性を持つ第２のフィルタとを組み合わせて波長弁別手段を構成したので、多様なフィルタの組み合わせを可能としつつ、周期性を持ち各々極値が異なる波長弁別特性を付与し、半導体レーザモジュールの発振波長を安定化させることができる。
【００３１】
また、半導体レーザモジュールの第７の態様は、前記第１のフィルタは、ファブリペロー共振に基づく波長透過特性を持つファブリペローエタロンからなることを特徴とする。
【００３２】
この発明によれば、第１のフィルタとしてファブリペロー共振に基づく波長透過透過特性を持つファブリペローエタロンを用いて波長弁別手段を構成したので、例えば、異なる特性のファブリペローエタロンを第１のフィルタ及び第２のフィルタとして用いるなど、半導体レーザモジュールの構成を簡素化しつつ発振波長を安定化させることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３４】
図１は、本発明を適用した一形態としての半導体レーザモジュールの構成を示す図である。図１に示す半導体レーザモジュールは、半導体レーザ１と、波長制御回路２と、波長モニタ３と、温度調整回路４と、演算回路５とを含んで構成されている。また、半導体レーザモジュールの波長モニタ３は、ビームスプリッタ３１と、バンドパスフィルタ３２と、ファブリペローエタロン３３と、温度センサ３４と、温度制御部３５と、第１のフォトダイオード３６及び第２のフォトダイオード３７とを含んで構成されている。
【００３５】
以上の構成において、半導体レーザ１は、所定の波長を有するレーザ光を出射する光源である。半導体レーザ１から出射されたレーザ光は外部への出力光となるとともに、一部がモニタ用の測定光となる。この半導体レーザ１には、波長制御回路２が設けられており、注入電流を可変することによってレーザ光の波長を長波長側又は短波長側に制御することができる。
【００３６】
図１に示すように、半導体レーザ１から出射されたモニタ用の測定光は、レーザ光の波長をモニタする役割を担う波長モニタ３に送出される。波長モニタ３においては、入力された測定光がビームスプリッタ３１を透過して２つに分岐される。このビームスプリッタ３１は、本発明の光分岐手段として機能する。そして、ビームスプリッタ３１からの第１の透過光は、バンドパスフィルタ３２及びファブリペローエタロン３３を介して、第１のフォトダイオード３６で受光される。一方、ビームスプリッタ３１からの第２の透過光は、直接第２のフォトダイオード３７で受光される。
【００３７】
なお、図１の場合は、光分岐手段としてビームスプリッタ３１を用いる場合を示しているが、例えば、入射されたレーザ光を２方向に分岐する機能を持つプリズム、ハーフミラー等を光分岐手段として用いてもよい。
【００３８】
第１の透過光の光路中に配置されたバンドパスフィルタ３２及びファブリペローエタロン３３は、一体的に本実施形態の波長弁別手段である複合フィルタとして機能する。バンドパスフィルタ３２は、レーザ光の波長の増減とともに緩やかな傾斜で透過率が変化する波長透過特性を有する光学フィルタであり、例えば所望の誘電体が多層化された構造を有している。また、ファブリペローエタロン３３は、レーザ光のファブリペロー干渉を利用して、所定の波長周期でレーザ光を選択的に透過させる素子であり、例えばバルク型の結晶部材を２つの平行平板で挟んだ構造を有している。上記複合フィルタの波長弁別特性は、これらバンドパスフィルタ３２とファブリペローエタロン３３のそれぞれの波長透過特性に応じて定まるが、具体的な特性及び作用については後述する。
【００３９】
波長モニタ３に取り付けられている温度センサ３４は、波長モニタ３の温度を検出し、温度に比例した検出信号を出力する。そして、温度センサ３４の検出信号は温度調整回路４に送られ、波長モニタ３の温度を安定化させるために適切な温度制御量を求め、これに対応する制御信号が演算回路５を経て波長モニタ３内の温度制御部３５に供給される。この温度制御部３５は、例えば、波長モニタ３の筐体に取り付けられ、電流の方向により温度を加熱又は冷却する機能を持つペルチエ素子により構成される。このように本実施形態では、波長モニタ３に温度センサ３４と温度制御部３５を設けることにより、上記複合フィルタの温度を常に一定に保ち、波長弁別特性を安定化させることができる。
【００４０】
一方、第１のフォトダイオード３６及び第２のフォトダイオード３７は、本発明の光量検出手段としてそれぞれ機能し、受光量に応じた光検出電流を出力する。そして、第１のフォトダイオード３６及び第２のフォトダイオード３７からの光検出電流はそれぞれ演算回路５に送られる。これにより、演算回路５では、これらの光検出電流に対応する検出値を取得するとともに、第１のフォトダイオード３６との第２のフォトダイオード３７の出力比を演算する。演算回路５は、このように求めた出力比の変動に基づいて半導体レーザ１の波長変動を判別し、予め設定された波長弁別特性の曲線形状に基づいて求めた波長制御量を波長制御回路２に供給する。このように、演算回路５は、波長制御回路２と相俟って、半導体レーザの発振波長を適正に制御するための制御手段として機能する。このような構成により、半導体レーザ１の波長が温度変化等の要因で変動した場合であっても、適切な調整を行って発振波長を安定化させることができる。
【００４１】
次に、複合フィルタの特性及び動作について説明する。本実施形態の複合フィルタのうち、図２はバンドパスフィルタ３２の波長透過特性を示す図であり、図３はファブリペローエタロン３３の波長透過特性を示す図である。まず、図２において、広い波長範囲にわたるバンドパスフィルタ３２の透過率の変化を示している。図２に示されるように、バンドパスフィルタ３２は、所定の中心波長で出力がピークを持ち、中心波長から短波長側と長波長側では透過率が次第に減少していく特性を有している。そして、本実施形態では、バンドパスフィルタ３２の波長透過特性の中心波長から長波長側の所定範囲を使用波長帯域として設定しており、この範囲に対応するスロープ部では波長の増大に伴い緩やかに透過率が減少していくことがわかる。なお、上記の使用波長帯域は、バンドパスフィルタ３２の中心波長から短波長側に設定してもよい。すなわち、バンドパスフィルタ３２の波長透過特性においてスロープ部が存在することを前提に、その範囲を使用波長帯域として設定することができる。ただし、図２に示すように、バンドパスフィルタ３２の波長透過特性において、中心波長から透過率の差が６ｄＢ以内となる範囲を使用波長帯域とすることが好ましい。
【００４２】
一方、図３においては、使用波長帯域でのファブリペローエタロン３３の波長透過特性を示している。図３に示されるように、半導体レーザ１の波長の間隔に対応する所定の周期で極値が現れる。そして、各々の極値における透過率は略同一であって、その前後では透過率が急峻に減少していく特性を有している。
【００４３】
そして、本実施形態における複合フィルタの場合は、上記のバンドパスフィルタ３２とファブリペローエタロン３３のそれぞれの波長透過特性を合成した波長弁別特性を有する。ここで、図４は、複合フィルタの波長弁別特性が反映された第１のフォトダイオード３６の出力特性を示す図である。図４においては、図３と比較すると明らかなように、周期的な極値は図３と同様の波長において現れるが、各々の極値の透過率の大きさは、波長の増加に伴い緩やかに減少していく。すなわち、図３のファブリペローエタロン３３の波長透過特性に対し、図２の使用波長範囲における緩やかなスロープ部の波長透過特性の影響が加わった結果、図４のような曲線形状となるものである。
【００４４】
一方、図５は、複合フィルタを経由しない第２のフォトダイオード３７の出力特性を示す図である。図５に示すように、図４とは異なり、波長が変化しても常に平坦な出力特性に保たれる。その結果、演算回路５によって求められた出力比は、図６の波長弁別特性として示され、図３の場合と同様の曲線形状で変化する。図６に示す例では、出力比の変化範囲０〜１のうち、波長λａで出力比Ａとなるように調整されているものとする。このように図６に示す波長弁別特性は、半導体レーザ１のパワー変動の影響を受けない出力比を用いているので、レーザ光の波長変動を判別するために利用することができる。そして、本実施形態の場合は、波長弁別特性における極値が同一ではなく、それぞれ異なっているため、演算回路５による出力比の算出結果に基づいて、後述するように波長制御に際しての波長捕捉範囲を広げることができる点で優れている。
【００４５】
次に、本実施形態における波長制御手法について、図７を用いて説明する。図７には、図６と同様の波長弁別特性を示している。まず、前提として波長モニタ３の波長弁別特性を予め測定した上で、図７に示すように、所定の極値を波長安定化の基準となる波長λ０に合致させ、この波長λ０に対応する出力比Ａと、この出力比Ａの上下の変動範囲に対応する閾値を予め求めておく。これらの出力比Ａと閾値は、演算回路５にて読み出し可能な所定の記憶手段に記憶保持しておけばよい。
【００４６】
波長モニタ３の動作に際しては、演算回路５により、求めた出力比が閾値の範囲内（出力比Ａを中心とする所定の範囲）であるか否かが常時判断される。そして、何らかの要因により半導体レーザ１の発振波長が急激に変動し、波長λ１になる状況を考える。この場合には、演算回路５により、図７に示す出力比Ａ１が得られ、上述の閾値の範囲外であると判断される。その結果、波長制御回路２に対する波長制御量を調整し、出力比Ａ１を本来の出力比Ａに近づけるように動作する。
【００４７】
例えば、図７において、低波長側に向かうように波長制御を行ったとすると、複数の波長λ２、λ３で出力比Ａに合致することになり、演算回路５では本来の極値よりも大きな極値の周辺（低波長側）に遷移していることを判断できる。この場合は、発振波長の制御方向が長波長側に向かうように制御すればよい。逆に、極値の近辺で出力比Ａに達することがない場合は、演算回路５では本来の極値よりも小さな極値の周辺（長波長側）に遷移していることを判断できる。この場合は、発振波長の制御方向が短波長側に向かうように制御すればよい。
【００４８】
このような波長制御手法を採用したことにより、本実施形態の半導体レーザモジュールでは、図７に示すように、波長制御時の波長捕捉範囲を拡大することができる。すなわち、従来の場合の図１４と比べると、図１４の場合は波長捕捉範囲が特定の極値周辺の狭い範囲に限られていたのに対し、本発明では複数の極値を含む広い波長捕捉範囲が確保されることになる。従って、温度変動等の起因して半導体レーザ１の発振波長が急激に変動したとしても、その波長ずれを直ちに調整して発振波長を高い精度で安定化させることができる。
【００４９】
なお、波長モニタ３の複合フィルタを構成するバンドパスフィルタ３２の波長透過特性とファブリペローエタロン３３の波長透過特性は、適用形態に合わせて適宜に条件を設定することができる。ただし、本実施形態における好適な使用条件として、バンドパスフィルタ３２の６ｄＢ透過帯域幅を、ファブリペローエタロン３３の４周期分の帯域幅以上とすることが望ましい。
【００５０】
次に、上記実施形態の複合フィルタに関し、具体的な構成例について図８〜図１２を用いて説明する。上述したように図１ではバンドパスフィルタ３２及びファブリペローエタロン３３を含む複合フィルタを示しているが、以下の説明では、複合フィルタの一般的構成として、使用波長帯で波長透過特性の傾斜がある第１のフィルタと、細かい波長間隔で周期的に極値が現れ、極値の近辺で波長透過特性の傾斜が急峻な第２のフィルタとからなる場合を説明する。なお、図１において、バンドパスフィルタ３２は第１のフィルタに対応し、ファブリペローエタロン３３は第２のフィルタに対応する。
【００５１】
上記の第１のフィルタ及び第２のフィルタからなる複合フィルタに関する第１の構成例として、図８に示される波長透過特性を持つ第２のフィルタと、図９に示される波長透過特性を持つ第１のフィルタを用いる場合を説明する。図８は、第２のフィルタとしてのファブリペローエタロンの波長透過特性を示す図である。図８においては、使用波長帯において０．１ｎｍの波長間隔で現れる多数の極値を有し、それぞれの極値の近辺では急峻な傾斜で透過率が減少していくことがわかる。なお、この第２のフィルタは、干渉面の反射率が３０％であるものとする。一方、図９は、第１のフィルタの波長透過特性を示す図である。図９においては、使用波長帯で短波長側から長波長側にかけて緩やかに透過率が減少していくことがわかる。
【００５２】
そして、図１０に示すように、第１の構成例に基づく複合フィルタの波長弁別特性は、第１のフィルタと第２のフィルタのそれぞれの波長透過特性を合成した曲線形状となる。図１０においては、図８と同様の位置に極値が現れているが、波長の増加に伴い極値の透過率が減少している。すなわち、図８においては全ての極値における透過率が略同一であるのに対し、図１０においては、図９の第２のフィルタの波長透過特性が反映されるため、短波長側から長波長側にかけて極値の透過率は緩やかに減少していくのである。かかる複合フィルタを構成する際には、第１のフィルタと第２のフィルタは互いの間で干渉が生じないような位置関係で配置する必要がある。
【００５３】
なお、上記の第１のフィルタとしては、バンドパスフィルタを用いて構成する場合に加え、短波長パスフィルタを用いて構成することができる。いずれの場合も、波長透過特性において波長の増加に伴い透過率が小さくなるスロープ部を使用波長帯として設定すればよい。一方、波長透過特性において波長の増加に伴い透過率が大きくなるスロープ部を使用波長帯として設定してもよい。このとき、上記の第１のフィルタとして、長波長パスフィルタを用いて構成するか、あるいは、バンドパスフィルタの透過率が減少するスロープ部を使用波長帯として設定することができる。
【００５４】
次に、上記の第１のフィルタ及び第２のフィルタからなる複合フィルタに関する第２の構成例として、図１１に示される波長透過特性を持つファブリペローエタロンで第１のフィルタを構成し、第１のフィルタと第２のフィルタの双方を２つの異なるファブリペローエタロンで構成する場合を説明する。なお、第２の構成例においては、第２のフィルタとして、第１の構成例と同様のファブリペローエタロンを用いることを前提とする。図１１は、第１のフィルタとしてのファブリペローエタロンの波長透過特性を示す図である。図１１においては、使用波長帯の範囲で図８に示すような極値が現れず、短波長側から長波長側にかけて緩やかに透過率が減少していくことがわかる。
【００５５】
そして、図１２に示すように、第２の構成例に基づく複合フィルタの波長弁別特性は、第１のフィルタと第２のフィルタのそれぞれの波長透過特性を合成した曲線形状となる。図１２においては、図８と同様の位置に極値が現れているが、波長の増加に伴い極値の透過率が減少している。すなわち、上述の第１の構成例と同様に、図９の第１のフィルタの波長透過特性が反映されるため極値の透過率が緩やかに減少していくのである。このように、第１のフィルタと第２のフィルタの双方をファブリペローエタロンで構成するため、複合フィルタの構成を簡素化することができる。なお、第２の構成例においても、複合フィルタを構成する際に、第１のフィルタと第２のフィルタは互いの間で干渉が生じないような配置にする必要がある。
【００５６】
次に、上記実施形態の変形例について説明する。上記実施形態に係る半導体レーザモジュールでは、波長モニタ３中にビームスプリッタ３１を設ける構成であったが、本変形例に係る半導体レーザモジュールでは、波長モニタ３にビームスプリッタ３１を設けない場合の構成を有している。図１３は、本変形例に係る半導体レーザモジュールの構成を示す図であり、大部分の構成要素は図１と共通している。図１３と図１の相違は、図１のビームスプリッタ３１が図１３では存在せず、図１３のバンドパスフィルタ３８に光分岐手段としての機能を持たせた点である。なお、図１３において、図１と同様の構成要素に対しては同一の番号を付している。
【００５７】
以上の構成において、半導体レーザ１から出射された測定光が波長モニタ３に送出されると、直接バンドパスフィルタ３８に入射する。このバンドパスフィルタ３８は光軸に対して斜めに配置されるとともに、入射端面は所定の波長帯域以外のレーザ光を反射する機能を有する。そして、バンドパスフィルタ３８の透過光は、図１と同様の経路を介して第１のフォトダイオード３６にて受光される。一方、バンドパスフィルタ３８の反射光は、その光軸上に配置されている第２のフォトダイオード３７で受光される。かかる変形例の構成によれば、基本的な動作は図１の構成と同様であるが、部品点数を削減できるので半導体レーザの小型化に好適である。
【００５８】
以上説明した本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、様々な変更が可能である。例えば、図１及び図１３の例では、半導体レーザ１等を波長モニタ３とは別体で構成する場合を説明したが、同一の筐体で一体化して構成してもよい。この場合、波長モニタ３の温度制御回路３５と半導体レーザ１の波長制御回路２とを別々に設ける場合のほか、一体的に構成してもよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、温度変動等の対策としての半導体レーザの波長制御に伴う波長捕捉範囲を広げ、波長ずれを有効に防止して高精度な波長制御を行うことが可能となる。特に、本発明は、波長弁別特性の極値で波長制御を行っているため、５０ＧＨｚ、２５ＧＨＺ、１２．５ＧＨｚ以下のチャネル間隔が狭い測定光を用いる場合に効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した一形態としての半導体レーザモジュールの構成を示す図である。
【図２】バンドパスフィルタの波長透過特性を示す図である。
【図３】ファブリペローエタロンの波長透過特性を示す図である。
【図４】複合フィルタの波長弁別特性が反映された第１のフォトダイオードの出力特性を示す図である。
【図５】複合フィルタを経由しない第２のフォトダイオードの出力特性を示す図である。
【図６】演算回路によって求めた出力比に対応する波長弁別特性を示す図である。
【図７】本実施形態における波長制御手法を説明する図である。
【図８】複合フィルタに関する第１の構成例のうち、第２のフィルタとしてのファブリペローエタロンの波長透過特性を示す図である。
【図９】複合フィルタに関する第１の構成例のうち、第１のフィルタの波長透過特性を示す図である。
【図１０】複合フィルタに関する第１の構成例の波長弁別特性を示す図である。
【図１１】複合フィルタに関する第２の構成例のうち、第１のフィルタとしてのファブリペローエタロンの波長透過特性を示す図である。
【図１２】複合フィルタに関する第２の構成例の波長弁別特性を示す図である。
【図１３】本実施形態の変形例に係る半導体レーザモジュールの構成を示す図である。
【図１４】従来の半導体レーザモジュールにおいて周期的な波長弁別特性に基づいて半導体レーザの発振波長を制御する状況を説明する図である。
【符号の説明】
１…半導体レーザ
２…波長制御回路
３…波長モニタ
４…温度調整回路
５…演算回路
３１…ビームスプリッタ
３２、３８…バンドパスフィルタ
３３…ファブリペローエタロン
３４…温度センサ
３５…温度制御部
３６…第１のフォトダイオード
３７…第２のフォトダイオード
【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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