(57)【要約】【課題】レーザの発振モードの安定性に優れた外部共振器型波長可変レーザを提供すること。【解決手段】本発明に係る外部共振器型波長可変レーザ装置は、レーザ光を増幅する光増幅器２と、交流電圧で駆動する液晶により前記レーザ光の波長を制御する波長制御器８と、変調信号に基づいて屈折率が変化することにより前記レーザ光の位相を調節する位相調節器３とを備え、前記変調信号の振幅は、前記交流電圧の振幅に基づいて変化するものである。【選択図】図１
2009147076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を増幅する光増幅器と、
交流電圧で駆動する液晶を有し、前記レーザ光の波長を制御する波長制御器と、
変調信号に基づいて屈折率が変化することにより前記レーザ光の位相を調節する位相調節器とを備え、
前記変調信号の振幅は、前記交流電圧の振幅に基づいて変化する外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項２】
前記変調信号の周波数と、前記交流電圧の周波数とが実質的に同一であることを特徴とする請求項１に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項３】
前記変調信号による前記位相調節器の屈折率変化は、前記交流電圧による前記液晶の屈折率変化と逆相であることを特徴とする請求項２に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項４】
前記変調信号の振幅は、前記交流電圧の振幅に比例して変化することを特徴とする請求項２又は３に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項５】
前記変調信号の振幅は、前記交流電圧の振幅に反比例して変化することを特徴とする請求項２又は３に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項６】
前記変調信号を発生させる電源と、前記交流電圧を発生させる電源とが、同一であることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部共振器型波長可変レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、急速なインターネットの普及に伴い、通信トラフィックのさらなる大容量化が求められている。そのため、チャネル当たりの伝送速度の向上及び波長分割多重方式（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）による多チャネル化が進められている。ＷＤＭでは、異なる搬送波長（チャネル）に割り当てられる複数の光信号を同時に伝送することができる。すなわち、多チャネル化により通信容量を増大させることができる。例えば、１チャネルあたり１０ギガビット／秒で十分に変調し、１００チャネル分を１つの光ファイバで伝送することができる。これにより、通信容量は１テラビット／秒に達する。
【０００３】
近年の中長距離光通信で用いられる波長帯としては、希土類元素エルビウムをドープした光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Erbium Doped Fiber Amplifier）で増幅可能なＣ帯（１５３０〜１５７０ｎｍ）が広く用いられている。通常、光通信で用いられる各標準チャネルの波長に応じたレーザ装置が必要となる。例えば、１００チャネル分に対しては、１００品種のレーザ装置が必要となる。そのため、ＥＤＦＡで増幅できるＣ帯を１台のレーザ装置で全てカバーできる波長可変レーザ装置の実用化が求められている。
【０００４】
一方、トラフィックの増減や障害に応じて、動的にパス設定が可能となるような柔軟なネットワークの構築も求められている。そのため、より多様なサービスの提供を可能とするネットワークの基盤整備が待望されている。このような大容量で高機能、高信頼性のフォトニックネットワークを構築するためには、波長を自在に制御する技術が必要不可欠である。従って、波長可変レーザは極めて重要なシステムキーデバイスとなってきている。
【０００５】
特許文献１には、複数の分布帰還型（ＤＦＢ：Distributed Feedback）レーザを並列に並べた波長可変レーザが開示されている。この波長可変レーザでは、各ＤＦＢレーザの発振波長をあらかじめずらして設定しておき、レーザを切り替えることで波長を粗調整する。さらに、温度による屈折率変化を利用して微調整する。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された波長可変レーザでは、各ＤＦＢレーザの出力ポートを一つにする光結合器が必要である。そのため、ＤＦＢレーザの並列数を増加させると、光結合器での損失が増大する。すなわち、波長可変範囲と光出力とがトレードオフ関係にあるという問題があった。
【０００７】
ただし、ＤＦＢレーザをベースとした波長可変レーザは、温度による微調整が可能なため、特許文献２に記載の波長ロッカと組み合わせることができるという利点がある。波長ロッカは、周波数軸上で周期的な透過振幅を持つエタロン型フィルタである。振幅の中心付近では、エタロン型フィルタの透過光強度がレーザ周波数に応じて敏感に変化する。そのため、透過光強度を光電変換素子のモニタ電流で検出することにより、所望のレーザ周波数にチューニングできる。このように、ＤＦＢレーザと波長ロッカの組み合わせは、標準チャネル波長に対して高精度にレーザ波長をロックするのに有効な手段である。
【０００８】
一方、前記トレードオフ関係のない波長可変レーザとして、外部共振器型波長可変レーザが提案されている。外部共振器型波長可変レーザでは、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）と、外部反射鏡とを用いて外部共振器を形成する。そして、外部共振器内に波長可変ミラーや波長可変フィルタなどの波長制御器を挿入することにより波長選択特性を実現する。この外部共振器型波長可変レーザでは、比較的容易にＣ帯全てをカバーする波長可変幅が得られ、研究開発が盛んである。
【０００９】
外部共振器型波長可変レーザでは、波長可変ミラーや波長可変フィルタにより、その基本特性の大部分が決まる。波長可変ミラーとしては、例えば、特許文献３に開示された、外部鏡そのものが波長可変特性を持つ電気制御型波長可変ミラーなどがある。波長可変フィルタとしては、例えば、特許文献４に開示されたエタロンを回転させるフィルタ、特許文献５に開示された回折格子を回転させるフィルタ、特許文献６に開示された音響工学フィルタや誘電体フィルタなどがある。
【００１０】
このような波長可変フィルタや波長可変ミラーを用いた外部共振器型波長可変レーザは種々知られている。例えば、特許文献７には、半導体光増幅器、エタロン、波長可変フィルタを備える外部共振器型波長可変レーザが開示されている。波長可変フィルタは比較的広い透過帯域幅を有しており、それだけでレーザ共振器を構成してもレーザモードが安定しない。そこで、レーザ共振器内部に前記波長可変フィルタよりも狭い透過帯域幅を有するエタロンを挿入し、レーザモードを安定化させる。さらに、波長可変フィルタの透過帯域幅が広いため、その透過ピーク波長の精度には比較的鈍感となる。そのため、波長可変フィルタはオープンループ制御できる。すなわち、フィードバック制御を要しない。
【００１１】
また、特許文献７のレーザ共振器内のエタロンは、周波数軸上で周期的な透過特性を有する波長選択フィルタ（以下、波長選択フィルタと略す）として動作する。この時、透過ピーク波長は固定されているため、レーザ発振モードを前記透過ピーク波長に合わせることができれば、前記波長選択フィルタでの透過率を最大にできる。すなわち、レーザ共振器内の光損失を最小にすることができる。同時に、副モードの透過率を最小にすることができるため、モード安定性も高めることができる。
【００１２】
このような、レーザ発振モードを波長選択フィルタのピーク波長に合わせるためには、レーザ共振器内において位相調整をすればよい。位相調整とは、レーザ共振器の光学長（屈折率ｎ×実長Ｌ）を実効的に変化させることである。具体的には、半導体のように屈折率を変化させる物質をレーザ共振器内に配置させることにより、屈折率ｎを変化させる方法や、機械的な方法により、実際の光学長Ｌを変化させる方法が考えられる。
【００１３】
半導体の屈折率を変化させる位相調整機構を付加した構成は、例えば、特許文献６や非特許文献１に開示されている。これらの構成では、特許文献７と同様に、波長選択フィルタとしてはエタロンが用いられている。しかしながら、波長可変フィルタの構成が特許文献７と異なっている。特許文献６では、波長可変フィルタとして音響光学フィルタと反射ミラーとを組み合わせた構成となっている。一方、非特許文献１では、液晶の屈折率変化を利用した電気制御型波長可変ミラーが用いられている。
【００１４】
このような外部共振器型波長可変レーザによる波長選択動作の原理を図８、図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、図９Ｄを用いて簡単に説明する。図８は関連技術の外部共振器型波長可変レーザ装置の構成を示す側面図、図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、図９Ｄは図８の外部共振器型波長可変レーザ装置のレーザ発振モードを説明するための図ある。図８の外部共振器型波長可変レーザ装置は、半導体素子５１、半導体光増幅器５２、低反射コート面５３、無反射コート面５４、コリメートレンズ５５、エタロン５６、波長可変フィルタ５７、全反射ミラー５８、サブキャリア５９、温度コントローラ１０１を備える。低反射コート面５３、半導体光増幅器５２、無反射コート面５４、コリメートレンズ５５、エタロン５６、波長可変フィルタ５７及び全反射ミラー５８から外部共振器が構成される。図９Ａは波長可変フィルタ５７の透過特性を、図９Ｂはエタロン５６の透過特性を、図９Ｃは外部共振器のファブリーペローモードを、図９Ｄは外部共振器のレーザ発振モードを示す。
【００１５】
まず、利得媒質である半導体光増幅器５２から出る光は、図９Ｃに示すように外部共振器全長に依存する多数のファブリーペローモード６３を含んでいる。しかし、これらのモードのうち、波長選択フィルタであるエタロン５６の周期的な透過帯域６２（図９Ｂ）の周期と一致する複数のモードのみが選択され、波長選択フィルタを通過する。ここで、波長選択フィルタを透過できないファブリーペローモードは抑制される。そのため、ファブリーペローモードの周波数間隔が比較的狭い構成、すなわち外部共振器全長が比較的長い構成でも、容易にチャネル以外の副モードを抑圧できる。
【００１６】
次に、図９Ａのような透過特性６１を示す波長可変フィルタ５７により、波長選択フィルタを透過した複数のモードのうちの１つだけが選ばれ、波長可変フィルタ５７を透過する。図９Ｄの６４は波長可変フィルタ５７を透過するモードを示している。波長可変フィルタ５７を透過した光は全反射ミラー５８で反射されて、最終的に半導体光増幅器５２まで戻る。こうして、帰還ループが構成される。図８の構成によれば、比較的容易にモード安定性の高い波長可変レーザを実現することができる。また、比較的単純な制御で波長選択特性を実現することができる。
【００１７】
図８の構成では、波長選択フィルタの周期的な波長は固定されており、その透過ピークの波長は光通信用の標準チャネルに一致している。図８の構成では外部共振器内部に波長選択フィルタが配置されている。そのため、波長可変ＤＦＢレーザには必要な波長ロッカを用いなくても、波長選択フィルタのチャネル精度内の波長精度が得られる。
【００１８】
このタイプのレーザは、共振器内部のエタロンの透過ピーク波長があらかじめ標準チャネルに一致している。従って、位相調整によりレーザ発振波長をこのエタロン透過波長に一致させる制御が必要である。このエタロンは、搭載コンポーネントの中で最も劣化しにくい。そのため、レーザ波長を常にそのピークに一致させる位相調整を行えば、半導体が劣化しても、発振波長を一定に保つことができる。
【００１９】
この制御は、通常、ディザー制御と呼ばれる。位相調整電流のＤＣ成分（バイアス）に低周波数変調信号（ディザー）を重畳させ、レーザ光出力をモニタしながら、光出力の変調信号の振幅が最小になるよう位相電流のＤＣ成分（バイアス）をフィードバック制御する。このような自動制御により、半導体素子が劣化しても常に正しい位相調整が行われる。また、波長可変ミラー又は波長可変フィルタの経年変化に対しても、ＡＣ駆動電圧の周波数と異なる周波数で、ディザーを重畳させたフィードバック制御が有効である。
【特許文献１】特開２００３−０２３２０８号公報
【特許文献２】特開２００１−２５７４１９号公報
【特許文献３】米国特許第ＵＳ６２１５９２８Ｂ１号明細書
【特許文献４】特開平４−６９９８７号公報
【特許文献５】特開平５−４８２２０号公報
【特許文献６】特開２０００−２６１０８６号公報
【特許文献７】米国特許第ＵＳ６５２６０７１Ｂ１
【特許文献８】特願２００７−０８４６４２号公報
【非特許文献１】J.De Merlier他著、「Full C-band external cavity wavelength tunable laser using a liquid-crystal-based tunable mirror」、IEEE Photonic Technology Letters、２００５年、第１７巻、ｐ．６８１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
非特許文献１や特許文献８に開示された外部共振器型波長可変レーザでは、液晶波長可変ミラー又は波長可変フィルタが、光のバンドパスフィルタとなっている。液晶の屈折率を変えることにより、その最大透過波長が変化して、波長可変レーザを実現している。しかしながら、液晶の屈折率変化を利用しているため、ある条件の下では、レーザ発振モードが不安定になるという問題があった。以下に、その詳細を述べる。
【００２１】
液晶波長可変ミラーにおいて、液晶に印加するＡＣ駆動電圧の振幅が高くなっていくと、ＡＣ駆動電圧の周波数で液晶の屈折率が変調されて、レーザ発振モード不安定になる。この現象を、以下、液晶の自己位相変調効果という。なお、この自己位相変調効果は、液晶をＡＣ電圧で駆動する以上、必ず存在する。
【００２２】
この自己位相変調効果の程度については、液晶の周波数応答により、説明することができる。液晶の周波数応答については、特許文献８に詳細に記載されている。特許文献８の図２において、液晶の周波数応答は、液晶の種類にもよるが、１００Ｈｚから１０００Ｈｚ（＝１ｋＨｚ）に、共振ピークがある。通常は、この共振ピークから離れたところを使用する。ディスプレー等の用途では、自己位相変調が多少あったとしても、視認できないレベルであるため、問題とならない。
【００２３】
しかしながら、光通信用のレーザにおいては、わずかな自己位相変調が問題となり得る。液晶の屈折率が変調されると、これを用いた外部共振器型レーザの発振モードの位相も変調されてしまう。ここで、液晶波長可変ミラーの液晶は、周波数ω[ｋＨｚ]、ＡＣ駆動電圧振幅α[Ｖ]で駆動されているとすると、時間ｔでの屈折率ｎ（ｔ）は、初期屈折率ｎ０、自己位相変調度Δｎを用いて下記の式（１）で表される。また、式（２）に示すように、初期屈折率ｎ０、自己位相変調度Δｎはいずれもαに比例する。
ｎ（ｔ）＝ｎ０＋Δｎ・ＥＸＰ（ωｔ）        （１）
ここで、ｎ０∝αかつΔｎ∝α            （２）
液晶波長可変ミラーの反射波長は、初期屈折率ｎ０で決定されるので、ＡＣ駆動電圧振幅αにより、反射波長を制御することができる。他方、同時に、ＡＣ駆動電圧振幅αに比例する自己位相変調度Δｎが生じる。この意図しない自己位相変調度Δｎは振幅αが大きい場合に顕著となり、これが発振モードに掛かることにより、以下の問題が発生する。
【００２４】
第１に、波長可変ミラーのＡＣ駆動電圧及び位相調整電流をディザー制御するためのトレランスが縮小される。ディザー制御時には、波長可変ミラーのＡＣ駆動電圧振幅も、位相調整電流も、レーザの発振モードがホップしない範囲内で変化させることが必要となる。しかし、そのレーザの発振モードがホップしない安定領域の範囲が縮小され得る。
【００２５】
第２に、誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ：Stimulated Brillouin Scattering）を抑制するためのディザーを掛ける場合、そのディザー振幅が制限される。超長距離光ファイバ伝送では、光ファイバ内で非線形効果が発生する程度の高出力のレーザ光を用いることがある。その場合、光ファイバ内の非線形効果として、ＳＢＳが発生することが知られている。このＳＢＳの影響により、光ファイバ内に所望の光パワーが入力されない問題が生じる。このＳＢＳの抑制方法としては、通常、レーザ光にＦＭ変調を意図的に掛けることにより、線幅を増大させる方法が知られている。このＳＢＳ抑圧は、レーザのＦＭ変調度が高い程、効果がある。そのため、レーザのモードが安定な範囲内でできる限り大きなＦＭ変調を掛けたいが、その安定範囲が縮小されるという問題がある。
【００２６】
本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであり、レーザの発振モードの安定性に優れた外部共振器型波長可変レーザを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明に係る外部共振器型波長可変レーザ装置は、レーザ光を増幅する光増幅器と、交流電圧で駆動する液晶を有し、前記レーザ光の波長を制御する波長制御器と、変調信号に基づいて屈折率が変化することにより前記レーザ光の位相を調節する位相調節器とを備え、前記変調信号の振幅は、前記交流電圧の振幅に基づいて変化するものである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、レーザの発振モードの安定性に優れた外部共振器型波長可変レーザを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００３０】
［第１実施例］
図１は、本発明の第１実施例となる外部共振器型波長可変レーザ装置の構成を示すブロック図である。本実施例では、波長可変ミラーとして、液晶の屈折率変化を利用した電圧印加型であって、使用する波長帯域内で反射特性が周期的でないものを用いた。図１に示すように、本実施例の外部共振器型波長可変レーザ装置は、半導体光増幅器２を含む半導体素子１と、コリメートレンズ６と、エタロン７と、液晶波長可変ミラー８とから構成されている。半導体素子１は、能動素子である半導体光増幅器２に、受動素子である位相調整器３を集積したものである。液晶波長可変ミラー８へは、ＡＣ駆動電圧源１１が接続され、位相調整器３には、バイアス用のＤＣ電流源１２及び変調信号源１３が接続されている。以下にその詳細を述べる。
【００３１】
本実施例では、半導体光増幅器２の左端面からレーザ光が出力される。この半導体光増幅器２の左端面には、反射率が１〜１０％の低反射コーティング４が施されている。一方、位相調整領域３の右端面には、反射率が１％以下の無反射コーティング５が施されている。これにより、低反射コーティング４と半導体光増幅器２と位相調整領域３と無反射コーティング５とコリメートレンズ６とエタロン７と液晶波長可変ミラー８とが外部共振器１０を構成する。なお、本実施例では、位相調整器３と反対側の半導体光増幅器２の端面を光出力側としているが、半導体光増幅器２と反対側の位相調整領域３の端面を光出力側としてもよい。
【００３２】
能動素子である半導体光増幅器２は、多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）で構成されており、電流の注入に応じて光を発生・増幅するものである。受動素子である位相調整器３は、バルク組成又は多重量子井戸で構成され、レーザ発振光を吸収しない程度にバンドギャップが広く設定されている。電流の注入又は電圧の印加に応じて領域の屈折率が変化する。半導体光増幅器２と位相調整器３との形成には、公知のバットジョイント技術や選択成長技術を用いればよい。半導体光増幅器２と位相調整器３とは、１ｋΩ以上の十分な分離抵抗により、電気的に絶縁されている。
【００３３】
半導体素子１の光出力の反対側には、コリメートレンズ６が配置されている。コリメートレンズ６は、半導体素子１からの光ビームを平行光１４に変換する。そして、コリメートレンズ６で平行になったビームは次に液晶波長可変ミラー８にあたって反射され、もとの半導体素子１にフィードバックされる。液晶波長可変ミラー８は、電圧を印加して液晶の屈折率を変化させて、反射ピーク波長を可変にできるものを用いている。このようなタイプの波長可変ミラーは、例えば、特許文献３に記載されている。
【００３４】
コリメートレンズ６と、波長可変ミラー８の間には、エタロン７が配置されている。エタロン７は、使用する波長域において、波長に対して周期的な透過特性を有するものである。本実施例においては、エタロンのフリースペクトルレンジ（ＦＳＲ）は、５０ＧＨｚのものを用いており、すなわち透過ピーク波長の間隔が５０ＧＨｚである。
【００３５】
以上の外部共振器型レーザ１０を構成する各要素は、光線が直線的に進行するように、図１には記載していないが、共通のサブキャリア上に配置されている。その他、温度モニタ用のサーミスタ等が適切な位置に配置されている。さらに、前記サブキャリアが温度コントローラ（ＴＥＣ：Thermo-Electric Cooler）上に搭載され、前記サーミスタ温度をモニタすることにより一定温度に制御されている。
【００３６】
本外部共振器型波長可変レーザの動作原理の詳細は、前記のように従来技術の通りで、液晶波長可変ミラー８が、光のバンドパスフィルタとなっており、液晶の屈折率を変えることによって、その最大透過波長が変化して、波長可変レーザを実現するものである。
【００３７】
ここで、液晶波長可変ミラー８に、周波数ω［ｋＨｚ］、振幅α［Ｖ］のＡＣ駆動電圧を加えると、αの値に応じて、液晶波長可変ミラー８の反射ピーク波長が変化する。このとき同時に、振幅αに比例して、液晶の屈折率変化起因の自己位相変調が生じる。その自己位相変調とαの関係を図２に示す。本発明では、図１に示すように、位相調整器３へは、位相制御のためのバイアス電流をＤＣ電流源１２から供給し、さらに加えて、変調信号源１３から、振幅βの交流成分を重畳させる。このβの値を、αの値に対して、係数γを用いて下記の（３）式を満足するように選ぶことで、液晶波長可変ミラーの自己位相変調を打ち消すことができる。
β＝γ×α                    （３）
【００３８】
図３Ａには、式（３）を満たす場合のβを表す図を示し、図３Ｂには、その結果、レーザの発振モードが受ける位相変調の大きさを示す。さらに、αとβの位相関係を説明するために、時間軸上で示したのが図４である。図４に、時間軸上で、ω［ｋＨｚ］で変調された液晶の自己位相変調の様子と、位相調整器３へ交流信号を注入したことによってレーザに生じる位相変調の様子を示す。図５に示すように、実効的にレーザの発振モードが受ける位相変調を打ち消すことができる。
【００３９】
ただし、位相として逆相の関係を満たすのであるから、液晶波長可変ミラー８のＡＣ駆動電圧の位相と、位相調整器３の変調電流の位相は、同相とするのが良い。この理由は、液晶波長可変ミラー８のＡＣ駆動電圧が高い程、レーザ発振モードの受ける位相値は高くなるが、位相調整器３の位相電流が高い程、レーザ発振モードの受ける位相が小さくなるためである。この位相変化と電圧、電流値との関係を図４の右軸に示す。したがって、外見上、ＡＣ駆動電源１１の位相と、変調信号源１３の位相は同相になっている。
【００４０】
なお、上記の例では、位相調整器３を集積した半導体素子１を用いたが、本発明によれば、その他に、周波数ω［ｋＨｚ］で変調でき、位相を制御できるコンポーネントであれば、どのようなコンポーネントでも、共振器内に導入することで、液晶波長可変ミラー８の自己位相変調を相殺させることができる。
【００４１】
さらに、非特許文献１にあるように、本実施例においても、液晶波長可変ミラー８の電圧をディザー制御するために、ωと異なる周波数で駆動される交流電源や、位相電流のバイアス値をディザー制御するために、ωと異なる周波数の交流電流源を追加して、レーザの波長を制御することができる。その場合には、出力レーザ光９は、ビームスプリッタ等によって、ディザー信号を含めた一部の光パワーを、光出力モニタ用として分岐させて光出力モニタ用のフォトディテクタにて受信させることができる。これにより、ビームスプリッタの分岐比から、出力レーザ光９の光パワーを知ることができ、ディザー制御が可能となる。
【００４２】
また、ＳＢＳ抑圧のために、レーザの発振モードに位相変調（ＦＭ変調）をかけることができる。そのためには、位相調整器３に、ωと異なる周波数の変調信号源を追加することができる。
【００４３】
［第２実施例］
次に、本発明の第２の実施例について説明する。図５は、本発明の第２の実施例となる外部共振器型波長可変レーザ装置と制御装置の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の外部共振器型波長可変レーザ装置は、半導体光増幅器２を含む半導体素子１と、コリメートレンズ６と、エタロン７と、波長可変ミラー８から構成されている。半導体素子１には、利得領域２と位相調整器３が集積されており、位相調整器３には、通常は直流電流をかけることにより位相調整を行うが、本実施例においては、位相調整器３及び液晶波長可変ミラー８へは、同一のＡＣ駆動電圧源１６が接続され、液晶波長可変ミラー８へは、ＡＣ電圧が供給され、位相調整器３には、途中、可変抵抗１５によって電流へ変換された後に、ＡＣ電流が供給されている。
【００４４】
前記図１の実施例においては、液晶波長可変ミラー８と位相調整器３では、別々のω［ｋＨｚ］交流電源を用いており、周波数ωがそれぞれで、わずかに異なっている可能性がある。わずかに異なると、長時間使用した後には、信号の位相がずれてしまい、液晶の自己位相変調を打ち消すことができなくなる。そこで、全く同一の周波数とするために、本実施例では、一つのＡＣ駆動電源１６から分岐させて制御する構成となっている。また、本実施例では、ＡＣ駆動電圧源１６から位相調整器３までの間に、可変抵抗１５が配置されており、前記可変抵抗１５を調整することにより、式（３）の関係を満たすことができる。
【００４５】
また、同一の交流駆動電圧源から分岐させているため、波長可変ミラー８へ供給されるＡＣ駆動電圧と、位相調整器３へ供給されるＡＣ変調信号電流は、同相の関係を満たしている。以上より、液晶の自己位相変調効果を打ち消す構成となり、前記実施例よりも制御回路を簡略化しつつも、前記実施例より高精度に位相を打ち消すことができる。
【００４６】
さらに、非特許文献１にあるように、本実施例においても、液晶波長可変ミラー８の電圧をディザー制御するために、ωと異なる周波数で駆動される交流電源や、位相電流のバイアス値をディザー制御するために、ωと異なる周波数の交流電流源を追加して、レーザの波長を制御することができる。
【００４７】
また、ＳＢＳ抑圧のために、レーザの発振モードに位相変調（ＦＭ変調）をかけることができる。そのためには、位相調整器３に、ωと異なる周波数の変調信号源を追加することができる。
【００４８】
［第３実施例］
次に、本発明の第３実施例について説明する。本発明の第３の実施例の構成は、前記第１の実施例及び前記第２の実施例いずれかと同一にすることができるが、前記実施例と異なるのは、位相調整器３へ供給される変調電流の振幅βの値である。前記実施例においては、式（３）にあるように、位相電流の振幅βは、波長可変ミラー８へのＡＣ電圧振幅αに比例していた。本実施例においては、係数σを用いて、下記（４）式の関係とする。
β＝σ÷α                    （４）
これによって、別途ＳＢＳ抑圧のために位相変調をかける必要がなくなる。以下にその詳細を述べる。
【００４９】
本実施例においては、液晶波長可変ミラー８における自己位相変調効果を利用することによって、ＳＢＳ抑圧も同時に実現することができる。液晶の自己位相変調効果により、波長可変ミラー８のＡＣ駆動電圧の周波数αで、本レーザは位相変調されている。これはすなわち、ＳＢＳ抑圧のためのＦＭ変調がレーザにかけられているのと同一である。
【００５０】
ただし、液晶の自己位相変調効果は、ＡＣ駆動電圧αに比例するため、αが大きい場合にしか効果が現れない。そこで、式（４）のように、位相調整器３への変調電流振幅βを、αに反比例するように設定する。図７Ａに示すように、αが小さい場合、βが大きくなり、αが大きい場合、βが小さくなる。その結果、αの値によらず一定の位相変調がレーザにかけられることになる。その効果を図７Ｂに示す。これを可能とするのは、位相変調電流の周波数もαと同一であるためである。以上により、液晶の自己位相変調を打ち消すのではなく、積極的に利用することができる。
【００５１】
本実施例により、別途、ＳＢＳ抑圧のための回路を追加することなく、実質的にＳＢＳ抑圧のための位相変調を、レーザにかけることができ、レーザ光源の制御回路を簡略化することができる。なお、第１実施例〜第３実施例では、波長可変ミラーに代えて、波長可変フィルタと、全反射ミラーとを組み合わせた構成にすることもできる。その場合のＡＣ駆動電源の構成は、図１又は図６における構成と同等であり、その場合においても、第１実施例〜第３実施例のように、位相調整器３へ変調信号を入力することにより、前記と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
本発明によれば、液晶の屈折率変化を利用した波長可変ミラー又は波長可変フィルタの駆動の際、発生する液晶の自己位相変調を、制御回路によって、実用上無視できる程度まで低減することができる。すなわち、実用上十分な波長制御安定範囲を提供することができ、以下のような効果が得られる。
【００５３】
第１に、温度変化などの周囲の環境変化に対して、レーザの発振モードが安定化する。第２に、構成する素子の経年変化に対しても、レーザの発振モードが安定化する。第１及び第２の効果の理由は、波長制御パラメータである液晶駆動電圧や、位相調整電流の変化に対して、レーザの発振モードの安定な範囲が拡大するからである。第３に、超長距離光伝送が可能となる。これは、レーザの発振モードを安定な状態に維持したまま、光ファイバ内ＳＢＳ抑圧のためのＦＭ変調度を高くすることができるからである。本発明は、以上の第１〜第３の効果により、環境変化や経年変化に対してレーザの発振モードが安定で、超長距離通信が可能な外部共振器型波長可変レーザ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】第１実施例に係る外部共振器型波長可変レーザ装置を示すブロック図である。
【図２】液晶の屈折率変化を利用した波長可変ミラー又は波長可変フィルタにおけるＡＣ駆動電圧振幅に対する自己位相変調振幅を示す図である。
【図３Ａ】第１実施例での、液晶へのＡＣ駆動電圧振幅に対する、位相調整器による位相変調振幅を示す図である。
【図３Ｂ】第１実施例での、液晶へのＡＣ駆動電圧振幅に対する、レーザ発振モードの受ける位相変調振幅を示す図である。
【図４】時間軸上における、液晶の自己位相変調と、位相調整器による位相変調との関係を示す図である。同時に、それぞれの変調起因である液晶駆動電圧振幅と、位相変調電流との関係も示す図である。
【図５】時間軸上における、位相調整器に加えられた位相変調によりレーザの発振モードが受ける全位相変調を示す図である。
【図６】第２実施例に係る外部共振器型波長可変レーザ装置を示すブロック図である。
【図７Ａ】第３実施例での、液晶へのＡＣ駆動電圧振幅に対する、位相調整器による位相変調振幅を示す図である。
【図７Ｂ】第３実施例での、液晶へのＡＣ駆動電圧振幅に対する、レーザ発振モードの受ける位相変調振幅を示す図である。
【図８】関連技術の外部共振器型波長可変レーザ装置を示す側面図である。
【図９Ａ】図８の波長可変レーザ装置の波長可変フィルタの透過特性を示す図である。
【図９Ｂ】図８の波長可変レーザ装置のエタロンの透過特性を示す図である。
【図９Ｃ】図８の波長可変レーザ装置の外部共振器のファブリーペローモードを示す図である。
【図９Ｄ】図８の波長可変レーザ装置の外部共振器のレーザ発振モードを示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  半導体素子
２  半導体光増幅器
３  位相調整器
４  低反射コーティング
５  無反射コーティング
６  コリメートレンズ
７  エタロン
８  波長可変ミラー
９  出力レーザ光
１０  外部共振器型レーザ
１１、１６  ＡＣ駆動電源
１２  ＤＣ電流源
１３  変調信号源
１４  平行光
１５  可変抵抗
【図１】
2009147076.tif 000003
【図２】
2009147076.tif 000004
【図３Ａ】
2009147076.tif 000005
【図３Ｂ】
2009147076.tif 000006
【図４】
2009147076.tif 000007
【図５】
2009147076.tif 000008
【図６】
2009147076.tif 000009
【図７Ａ】
2009147076.tif 000010
【図７Ｂ】
2009147076.tif 000011
【図８】
2009147076.tif 000012
【図９Ａ】
2009147076.tif 000013
【図９Ｂ】
2009147076.tif 000014
【図９Ｃ】
2009147076.tif 000015
【図９Ｄ】
2009147076.tif 000016