(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファブリペロー半導体レーザダイオードと、その出力側に接続されたシングルモードファイバ又は偏波面保持ファイバと、このファイバの出力端側に配置されたファイバ型４端子光合分波器とを有し、前記光合分波器の入力側の１端子が、前記ファイバの出力端に接続されており、前記光合分波器の出力側の２端子がファイバーループを介して互に接続されてループリフレクターが構成されており、前記ループリフレクター中に、前記半導体レーザの利得帯域内にあり、かつ狭い透過帯域を有する薄膜積層型の透過フィルターと、この透過フィルターを通る光を、平行光束とする１対のファイバコリメータレンズとが配置されている半導体レーザダイオードモジュールの出力波長を調整するために、
前記光合分波器の分岐・合波比を、前記ループリフレクターから前記半導体レーザダイオードへの反射率が、前記半導体レーザーダイオードの出力側端面の反射率と同等以上になるように調整し、かつ前記透過フィルターへの入射光の入射角を、前記半導体レーザへの戻り光の光スペクトルの波長が、前記透過フィルターの透過波長と同一になるように調整して、それによって前記光合分波器の残余の１端子から、前記半導体レーザダイオードの出力を取り出すときに、前記半導体レーザダイオードの発振スペクトルを、前記戻り光の光スペクトルに引き込んで前記半導体レーザダイオードの発振波長を安定化し、前記光合分波器の残余の１端子から出力される光スペクトルの波長を、前記引き込まれた波長と同一波長にして安定化することを特徴とする、半導体レーザダイオードモジュールの出力光波長の制御方法。
【請求項２】
前記透過フィルターが回転可能であって、前記透過フィルターの回転により前記平行光束の角度を変化させて、前記透過フィルターの透過光波長を連続的に変化させ、それによって、前記光合分波器の残余の１端子から出力される光スペクトルの波長を連続的に変化させる、請求項１に記載の半導体レーザダイオードモジュールの出力光波長の制御方法。
【請求項３】
ファブリペロー半導体レーザダイオードと、その出力側に接続されたシングルモードファイバ又は偏波面保持ファイバと、このファイバの出力端側に配置されたファイバ型４端子光合分波器とを有し、前記光合分波器の入力側の１端子が、前記ファイバの出力端に接続されており、
前記光合分波器の出力側の１端子を、前記半導体レーザーダイオードの出力取り出し部とし、
前記光合分波器の出力側の残余の１端子が全反射ミラーに接続されており、
前記全反射ミラーと、それに連結する前記光合分波器出力側端との間に、前記半導体レーザダイオードの利得帯域内にあり、かつ狭い透過帯域を有する薄膜積層型の透過フィルターと、および透過フィルターを通る光を平行光束にするファイバコリメータレンズとが配置されている半導体レーザダイオードモジュールの出力波長を調整するために、
前記光合分波器の分岐・合波比を、前記全反射ミラーから前記半導体レーザダイオードへの反射率が前記半導体レーザダイオードの出力端面の反射率と同等以上になるように調整し、かつ前記透過フィルターへの入射光の入射角を、前記半導体レーザダイオードに戻る光の光スペクトルの波長が、前記透過フィルターの透過波長と同一になるように調整し、それによって前記光合分波器の出力取り出し部から前記半導体ダイオードの出力を取り出すときに、前記半導体レーザダイオードの発振スペクトルを、前記半導体レーザダイオードに戻る光の光スペクトルに引き込んで前記半導体レーザダイオードの発振波長を安定化し、前記光合分波器の出力取り出し部から出力される光スペクトルの波長を、前記引き込まれた波長と同一波長にして安定化することを特徴とする、半導体レーザダイオードモジュールの出力光波長の制御方法。
【請求項４】
前記透過フイルターが回転可能であり、前記透過フイルターの回転により前記平行光束の角度を変化させて、前記透過フィルターの透過光波長を、連続的に変化させ、それによって、前記出力取り出し部から出力される光スペクトルの波長を連続的に変化させる、請求項３に記載の半導体レーザダイオードモジュールの出力光波長の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は主に計測用光源として利用されている、改良された半導体レーザダイオードモジュールにおける出力光波長の制御方法に関する。より詳しく述べるならば本発明はファブリペロー（ＦＰ）型半導体レーザダイオード（ＬＤ）モジュールに外部共振器を付加し、この外部共振器からＬＤヘの戻り光のスペクトルを狭帯域化し、かつ波長可変となし、さらに、この波長選択性を薄膜積層型の透過型の透過フイルター（ＢＰＦ）を用いて得ることができ、それによってフリースペクトルレンジ（ＦＳＲ）が広くＬＤの利得帯域全域を可変にすることができる半導体レーザダイオートモジュールにおける出力光波長の制御方法に関するものである。
本発明の、ＬＤモジュールにおける出力光波長の制御方法により、ＢＰＦの透過帯域幅程度の発振スペクトルを得ることができ、可干渉性の低い単一波長ＬＤモジュールを用いて出力光波長の制御が実現できた。これにより、光部品等の検査における測定確度の向上が可能となる。
【０００２】
【従来の技術】
一般にＦＰ型のＬＤにおいては、半導体チップの両端面を反射ミラーとして共振器を構成している。半導体の広い利得帯域の中から、前記共振器の損失を超える共振スペクトルが発振スペクトルとしてＬＤ外部に放出される。発振スペクトルはＬＤの導波路の構造、注入電流の閉じ込め方等の差異によって、単一縦モードであったり複数の縦モードの集合（マルチ縦モード）であったりする。
また、温度、注入電流が一定であれば、発振スペクトルは固定される。さらに温度、注入電流を変えれば発振スペクトルは変動するが、変化率が小さい為に、ＬＤの利得幅に比べ小さい範囲に限定される。
【０００３】
より広い波長可変範囲を得る為に、ＦＰＬＤの端面の片方に無反射コートを施し、外部ミラーとＦＰＬＤの他端面とで共振器を構成する外部ミラー方式とし、外部ミラーに波長選択性を持たせて可変波長とする方式、或いは特開平６−２３７０５０号に開示されているように、ＦＰＬＤの端面の片方に無反射コートを施し、出力ファイバの入射面に部分反射ミラー処理を施してこれを外部ミラーとし、両者の間にＢＰＦを配置して波長可変とする方式等が採られている。
【０００４】
これらの従来の方式では、波長選択素子が共振器内にあるため、発振スペクトルの波長幅が非常に狭くなる。これは、目的によっては大切な特性であるが、可干渉性が高いために、部品の反射、透過等の測定においては干渉による不確定さを生じてしまい、このため、使用目的によっては欠点となる。
また、共振器の共振スペクトルは共振器の長さとＬＤの屈折率によって決まる離散的なスペクトルであり、波長選択素子で選択した波長との整合がとれず、飛び飛びの発振波長選択となってしまう。連続した発振波長可変性を得るには、共振器長を同時に可変とする必要があり、このため装置が大掛かりになり、かつ高価となってしまうという問題を生ずる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、簡易型でかつ廉価な半導体レーザダイオードモジュールを用いて、反射による影響を受けない程度の干渉性を有する発振スペクトル帯域において、広い範囲における出力光の波長の制御方法を提供しようとするものである。
【０００６】
外部からの強い戻り光によって、ＦＰＬＤの発振スペクトルが変動し、かつ安定化されると云う報告がなされている（例えば、Ｃ．Ｒ．Ｇｉｌｅｓ  ｅｔ．ａｌ．；ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．６，Ｎｏ．８，９０３〜（１９９４））。
本発明は、外部からの強い戻り光を安定的に得るために、ファイバ・ループミラーあるいはファイバカプラーの一端に全反射ミラーを含む反射分岐手段を設けてＦＰＬＤの共振器に対する第３のミラーとし、ＦＰＬＤの出力端面とで第２の共振器を形成し、もってＦＰＬＤ共振器との複合共振器としたこと、カプラーの結合を変えることによって第３のミラーの反射率をＦＰＬＤの端面反射に応じて変えること、さらにファイバ・ループミラーのループ中あるいはカプラー反射分岐中にＢＰＦを配置して戻り光に波長選択性を持たせ、ＢＰＦを回転自在として、出力先の波長可変性を持たせようとするものである。このような、構成によって、市販のＬＤモジュールにも適応が可能な、簡便な構成の出力光の波長の制御方法が提供できる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザダイオードモジュールの出力光波長の制御方法（１）は、ファブリペロー半導体レーザダイオードと、その出力側に接続されたシングルモードファイバ又は偏波面保持ファイバと、このファイバの出力端側に配置されたファイバ型４端子光合分波器とを有し、前記光合分波器の入力側の１端子が、前記ファイバの出力端に接続されており、前記光合分波器の出力側の２端子がファイバーループを介して互に接続されてループリフレクターが構成されており、前記ループリフレクター中に、前記半導体レーザの利得帯域内にあり、かつ狭い透過帯域を有する薄膜積層型の透過フィルターと、この透過フィルターを通る光を、平行光束とする１対のファイバコリメータレンズとが配置されている半導体レーザダイオードモジュールの出力波長を調整するために、
前記光合分波器の分岐・合波比を、前記ループリフレクターから前記半導体レーザダイオードへの反射率が、前記半導体レーザーダイオードの出力側端面の反射率と同等以上になるように調整し、かつ前記透過フィルターへの入射光の入射角を前記半導体レーザへの戻り光の光スペクトルの波長が、前記透過フィルターの透過波長と同一になるように調整して、それによって前記光合分波器の残余の１端子から、前記半導体レーザダイオードの出力を取り出すときに、前記半導体レーザダイオードの発振スペクトルを、前記戻り光の光スペクトルに引き込んで前記半導体レーザダイオードの発振波長を安定化し、前記光合分波器の残余の１端子から出力される光スペクトルの波長を、前記引き込まれた波長と同一波長にして安定化することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の半導体レーザダイオードモジュールの出力光波長の制御方法において、前記透過フィルターが回転可能であって、前記透過フィルターの回転により前記平行光束の角度を変化させて、前記透過フィルターの透過光波長を連続的に変化させ、それによって、前記光合分波器の残余の１端子から出力される光スペクトルの波長を連続的に変化させることが好ましい。
【００１０】
本発明の波長可変半導体レーザダイオードモジュールの出力光波長の制御方法（２）は、ファブリペロー半導体レーザダイオードと、その出力側に接続されたシングルモードファイバ又は偏波面保持ファイバと、このファイバの出力端側に配置されたファイバ型４端子光合分波器とを有し、前記光合分波器の入力側の１端子が、前記ファイバの出力端に接続されており、前記光合分波器の出力側の１端子を前記半導体レーザーダイオードの出力取り出し部とし、前記光合分波器の出力側の残余の１端子が全反射ミラーに接続されており、前記全反射ミラーと、それに連結する前記光合分波器出力側端との間に、前記半導体レーザダイオードの利得帯域内にあり、かつ狭い透過帯域を有する薄膜積層型の透過フィルターと、および透過フィルターを通る光を平行光束にするファイバコリメータレンズとが配置されている半導体レーザダイオードモジュールの出力波長を調整するために、
前記光合分波器の分岐・合波比を、前記全反射ミラーから前記半導体レーザダイオードへの反射率が前記半導体レーザダイオードの出力端面の反射率と同等以上になるように調整し、かつ前記透過フィルターへの入射光の入射角を、前記半導体レーザダイオードに戻る光の光スペクトルの波長が、前記透過フィルターの透過波長と同一になるように調整し、それによって前記光合分波器の出力取り出し部から前記半導体ダイオードの出力を取り出すときに、前記半導体レーザダイオードの発振スペクトルを、前記半導体レーザダイオードに戻る光の光スペクトルに引き込んで前記半導体レーザダイオードの発振波長を安定化し、前記光合分波器の出力取り出し部から出力される光スペクトルの波長を、前記引き込まれた波長と同一波長にして安定化することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の半導体レーザダイオードモジュールの出力光波長の制御方法（２）において、前記透過フィルターが回転可能であり、前記透過フィルターの回転により前記平行光束の角度を変化させて、前記透過フィルターの透過光波長を、連続的に変化させ、それによって、前記出力取り出し部から出力される光スペクトルの波長を連続的に変化させることが好ましい。
【００１４】
【作用】
本発明方法に用いられる半導体レーザダイオードモジュールにおいて、アイソレータによって出力光のＬＤへの戻り光を遮断する等の手段を設けておらず、ＬＤ出力を結合光学系を介してファイバに結合しピグテール型のファイバ出力となしたＦＰＬＤモジュールにおいて、ファイバ型４端子光合分波器（ファイバ・カプラー）によりなるループミラーを第３の共振器ミラーとする外部共振器を設けて複合共振器とし、かつループ中に狭帯域でありかつ透過波長可変となした薄膜積層型の透過フイルター（ＢＰＦ）を設けて前記ループミラーの反射に波長選択性を持たせた事、前記光合分波器の分岐・合波比を、ループミラーからＬＤへの反射率がＬＤ出力端面の反射率以上もしくは同程度となる様に選ぶことによって、外部共振器の共振スペクトルにＬＤの発振スペクトルを引き込み、もって縦モード間隔が狭く、マルチ縦モード発振として可干渉性を減ずる事、またＦＳＲが広いＢＰＦの回転によりＬＤ利得の全域に渡り波長選択を可能とする。
【００１５】
図１に、本発明方法に用いられる半導体レーザダイオードモジュールの態様を示す。図１においてＬＤモジュール１は出力ファイバ６をピグテールとしており、このＬＤモジュール１内には端面３，４を反射面とするＦＰ型の半導体レーザダイオード（ＦＰＬＤ）２と、このＦＰＬＤからの出力をファイバ６に結合する結合光学系５と、および出力ファイバ６とを基本的に有しているものである。
【００１６】
一般に外部からの反射戻り光の影響を避ける為に、ＬＤ２の出力側端面４と、ファイバ６の端面７との間にアイソレータを設ける手段が通信用のＬＤモジュールでは採られている。しかし、この構成のＬＤモジュールは本発明の範囲外である。ＦＰＬＤモジュールでは通常マルチ縦モード発振をしており、可干渉性が低くて戻り光の影響をあまり受けないため、アンソレータは組込まれていない。
【００１７】
前記ＬＤモジュール１のファイバ６に光合分波器（ファイバ・カプラー）１２を接続する。この光合分波器１２の入力端子８から出力端子１０への電界結合を（１−Ｋ）1/2 とし、出力端子１１へのクロス電界結合をｊ（Ｋ）1/2 とする。出力端子１０，１１から入力端子８，９への電界結合も同じとする。出力端子１０、１１間を同種（シングルモードファイバ（ＳＭＦ）または偏波面保持ファイバ（ＰＭＦ））のファイバで接続してファイバーループ１２ａを形成する。前記光合分波器１２と、ファイバーループ１２ａとによりループリフレクター１２ｂが構成される。すると経路（８−１１−１０−８）と経路（８−１０−１１−８）との間に位相差はないために、入力端子８からの入力光Ｐ1 のうちの４Ｋ（１−Ｋ）Ｐ1 が入力端子８からＬＤに戻る。すなわち光合分波器１２は所謂反射率４Ｋ（１−Ｋ）のミラーとして機能する。このループリフレクター１２ｂ（ループミラー）の出力は端子９の先端の出力ポート２７により得られ、その光量は（１−２Ｋ）2 Ｐ1 となる。すなわちループミラーでは反射と透過の和が１となり損失のないミラーとなる。
【００１８】
このミラーは、第３のミラーであり、ＬＤ端面４とともに第２の共振器を形成し、第１の共振器であるＬＤ端面３と４とで形成されるＬＤ共振器とともに複合共振器を形成する。この時、ＬＤ端面４の反射率がループミラーの反射率４Ｋ（１−Ｋ）より低い場合、あるいは同程度の場合に、戻り光は注入同期光として強く機能し、発振のスペクトルは第２の共振器である外部共振器の共振スペクトルに引き込まれて、このスペクトルを示す発振を安定的に持続する。
【００１９】
前記ループミラーのファイバーループ１２ａの中に、図２に示す様に波長選択素子として機能する透過フイルター１７を設ける。この透過フイルター（ＢＰＦ）１７は誘電体多層膜による狭帯域（〜０．１ｎｍ−２ｎｍ程度）を有するものであり、入射光の入射角を変えると、透過波長がシフトする。また、このＢＰＦ１７は膜厚の薄い干渉フイルターであるため、そのＦＳＲがＬＤの利得帯域よりも広い。すなわち、このＢＰＦ１７によってＬＤの利得幅全域で単一の波長選択できる。
【００２０】
ファイバーループ１２ａのファイバ端１３，１４の間は、それぞれファイバ・コリメーターレンズ１５，１６によって平行な空間光束として接続し、この平行光束中に前記ＢＰＦ１７を配置する。このＢＰＦ１７を適宜の回転機構１８によって前記平行光束の入射角を変える様に回転すると透過の中心波長が角度に依存して変化する。このようにして、ＬＤに戻る光の波長を可変にできる。
【００２１】
図３を参考にしてループリフレクター１２ｂ（第３ミラー）からのＬＤへの強い戻り光がある場合に発振波長が外部共振器波長に引き込まれる現象を説明する。図３（ａ）においてマルチ縦モードが発振しているＬＤはスペクトル１９を有し、またＬＤ単体の発振スレシホールドは参照番号２０により表されている。スペクトル１９の間隔はＬＤの寸法が微小である為に、１５０GHz 程度という広いものである。第１図のＬＤモジュールにおける端面ミラー４からファイバカプラー入力端８までの第２の共振器長を１０cmとし、またこの第２の共振器の全長がファイバで構成されていると仮定すると、そのモード間隔は約１GHz である。１．３μｍを中心とし、半値全幅１nmのＢＰＦを用いると第３の共振器は約１５０本の縦モード２１を半値全幅内に含む。さて、発振スペクトル１９の内、図３（ｂ）の第２の共振器スペクトル２１がＬＤに戻ると、この戻り光の影響を受けて発振スレシホールドが参照番号２２の様に戻り光のスペクトル部分で低下する。よってＬＤの発振は発振スレシホールドの低いスペクトルへとシフトし第２の外部共振器の共振スペクトルへと引き込まれる。
【００２２】
この発振スペクトル（図３（ｃ））２３は間隔の狭い、多数の縦モードで構成される。しかし、その幅がＢＰＦの透過帯域程度（〜１nm）の単一波長に等しいと巨視的には見なすことができる。すなわち、前記戻り光を干渉性の低い、単一波長光源と見なすことができる。そこでＢＰＦ１７を回転して戻り光の波長を変えれば、ＬＤ単体の発振幅の範囲で波長変更が可能である。今、スタート時の戻り光の中心波長が、ＬＤ共振スペクトル線１９の中間にあった場合、ＢＰＦの半値全幅がスペクトル線１９の間隔より広ければ、ＬＤ発振線はＢＰＦを介しての戻り光に常に含まれているから、これを外部共振器スペクトルに引き込むことが可能である。（図３に於て、参照番号２４〜２６は、それぞれスペクトルの包絡線（ＢＰＦの透過帯域）を示している。）
【００２３】
次に、図４により、本発明方法の他の態様を説明する。図４の構成を有するＬＤモジュールでは、光合分波器１２の出力端子の一方１１からのＬＤ光を全反射ミラー３１によって戻し、反射率Ｋ2 のミラーとして用いている。端子１１の先端からの光をコリメータレンズ３０によって平行光束としＢＰＦ１７通過後全反射ミラー３１で反射させ、再度ＢＰＦ１７を経由して端子２９に戻す。ＬＤモジュールの出力は端子１０の先端の出力ポート２７から（１−Ｋ）2 倍を取り出される。また端子９からの成分Ｋ（１−Ｋ）は損失分であり、端子９の先端２８を終端させて端子９からの戻りがない様に処理する。この場合の第２の共振器は経路４−８−１１−３１−１１−８−４となる。
【００２４】
図４のモジュールは、図１のモジュールに比べて、ＢＰＦ１７を２回通過する為に戻り光の帯域が狭くなり、反射率がＫ2 と低くなること、また損失Ｋ（１−Ｋ）が生じる点において異なるが、その動作は前記と同じ動作となる。
【００２５】
構成するファイバ、ファイバ・カプラーはＳＭＦからなるものであってもよいが、ＳＭＦへの外乱によって戻り光の偏光状態が変化すると、ＬＤ２への結合状態が変化し、発振波長の乱れとなる恐れがある。ＰＭＦからなるファイバ、ファイバ・カプラーで構成すれば、外乱による偏光状態の乱れは少なく、より安定な動作が得られる。
【００２６】
ＬＤモジュールとしては０．８μｍ幅、０．９８μｍ帯、１．２μｍ帯、１．３μｍ帯、１．４８μｍ帯、１．５μｍ帯、及び１．６５μｍ帯で提供されているが、戻り光を遮断する為のアイソレータを含まないモジュールに対して本発明が適用できる。モジュールによってＬＤ出力端４の反射率が異なるため、外部ミラーは、その反射率が適当な値のものを選ぶことが好ましく、また波長に応じたファイバ、ファイバ・カプラー及びＢＰＦで構成することが好ましい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明のＬＤモジュールを用いる出力光波長の制御方法により、広い波長範囲にまたがったマルチ縦モード発振するＦＰＬＤを単一波長とみなせる狭い波長範囲でのマルチ縦モード発振が可能になり、しかも波長可変にすることが可能になる。本発明は市販のＬＤモジュールに適応可能な技術であり、安価なモジュールを用いる出力光波長の制御方法として有用できる。
特に、本発明方法は光部品の透過、反射の測定など光源の干渉性が高い為に、測定値に不確実さが生じる様な用途に関して、簡便で安価な波長可変光源を提供するために有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明方法に用いられる波長可変ＬＤモジュールの一態様の構成を示す説明図。
【図２】  図２は、図１のＬＤモジュールにおいて、ＢＰＦを設けて波長可変性を付与する態様の説明図。
【図３】  図３は、発振波長の引き込み機構を説明するためのＬＤ単体の発振スペクトル（ａ）、ＢＰＦの透過（包絡線２５）と外部共振器の共振モード（ｂ）、並びに得られる発振スペクトル（ｃ）を示す説明図。
【図４】  図４は本発明方法に用いられる波長可変ＬＤモジュールの他の態様の構成を示す説明図。
【符号の説明】
１    ＦＰＬＤモジュール
２    ＦＰＬＤ
３，４    ＦＰＬＤ端面ミラー
５    結合光学系
６    ファイバ
８，９    光合分波器の入力端子
１０，１１    光合分波器の出力端子
１２    光合分波器
１２ａ ファイバループ
１２ｂ ループリフレクター
１３，１４ ファイバ端
１５，１６    ファイバコリメータレンズ
１７    透過フィルター（ＢＰＦ）
１８ 回転機構
１９ ＬＤスペクトル
２０    ＬＤ単体の発振のスレシホールド
２１    外部共振器の共振スペクトル
２２    戻り光による発振のスレシホールド
２３    得られる発振スペクトル
２４，２５，２６    スペクトルの包格線
２７    出力ポート
２８    終端
３０    コリメータレンズ
３１    全反射ミラー
【図１】
0003794730.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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