JP2003198056A - 波長可変型外部共振器 - Google Patents

波長可変型外部共振器

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JP2003198056A JP2002188775A JP2002188775A JP2003198056A JP 2003198056 A JP2003198056 A JP 2003198056A JP 2002188775 A JP2002188775 A JP 2002188775A JP 2002188775 A JP2002188775 A JP 2002188775A JP 2003198056 A JP2003198056 A JP 2003198056A
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diffraction grating
wavelength
external resonator
optical deflector
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クァンヨン オ
Myung Lae Lee
ミョンレ イ
Hyun Soo Kim
フョンス キム
Jung Ho Song
ジョンホ ソン
Kang Ho Kim
カンホ キム
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    • H01S5/143—Littman-Metcalf configuration, e.g. laser - grating - mirror

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気信号で波長を可変させることができて、
連続的に高速度の波長可変が可能であり、かつ、電気信
号に応じて安定的に動作する光偏向器を用いた波長可変
型外部共振器を提供すること。 【解決手段】 光源３０１から出射された光ビームをレ
ンズ３０２ａにより平行光ビームとし、この平行光ビー
ムを回折格子３０４で回折させ、反射鏡３０５と回折格
子３０４との間に配置された光偏向器３０８中を伝搬さ
せる。この光偏向器３０８を、入力電気信号に応じて屈
折率が可変となるように構成し、光偏向器３０８内を伝
搬する光ビームの特定波長の光ビームのみを反射鏡３０
５に垂直に入射させる。これにより、特定波長光ビーム
が光源３０１に再集束される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電気信号によって動
作する光偏向器を用いた波長可変型外部共振器に関し、
より詳細には、電気信号で波長を可変することができ、
Littman-Metcalf方式の外部共振器またはLittrow方式の
外部共振器の構造に適用可能な、電気信号によって動作
する光偏向器を用いた波長可変型外部共振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、一定の範囲の帯域幅を有する
レーザダイオードまたは光源から単一モード光を可変さ
せて特定の波長を選択する外部共振器としては、Littma
n-Metcalf方式の外部共振器とLittrow方式の外部共振器
とが知られており、このような共振器を用いて特定の波
長を選択する方法は分光学の研究に多く用いられる色素
レーザ技術に適用されている。
【０００３】図１は、従来のLittman-Metcalf方式の外
部共振器の構成を説明するための図で、図１（ａ）はこ
の外部共振器の構成の概略図であり、図１（ｂ）は、こ
の外部共振器が備える反射鏡が回折格子に対して向かう
角度の様子を示す図である。
【０００４】図１（ａ）に示すように、Littman-Metcal
f方式の外部共振器は、広い波長帯域を有するレーザダ
イオード１０１と、レーザダイオード１０１から発生し
たビームを平行にするための第１レンズ１０２ａと、こ
の平行ビームを回折させるための回折格子１０４と、回
折したビームを反射させるための反射鏡１０５とを備え
る。このように構成された外部共振器のレーザダイオー
ド１０１から発生したビームは回折格子１０４で反射さ
れ、レンズ１０２ｂを介して光ファイバ１０３に集束さ
れる。
【０００５】レーザダイオード１０１からビームが発生
すると、第１レンズ１０２ａによってビームが平行にな
り、この平行ビームは回折格子１０４によって反射鏡１
０５側に回折される。この反射鏡１０５の回折格子１０
４に向く角度は図示しない機械装置によって調節され
る。これにより、反射鏡１０５は、反射鏡１０５に入射
されるビームの波長のうち垂直に入射されるビームの特
定の波長のみを回折格子１０４へ反射させる。反射され
て回折格子１０４に戻ってきたビームは、回折格子１０
４によって回折されて第１レンズ１０２ａを介してレー
ザダイオード１０１に戻る。
【０００６】図１（ｂ）に示すように、反射鏡１０５が
第１角度１１０を有するように配置されると、一定の波
長の第１ビーム１０７が反射鏡１０５に対して垂直に入
射されて回折格子１０４に再び反射される。また、反射
鏡１０５が第２角度１１１を有するように配置される
と、波長の異なる第２ビーム１０８が反射鏡１０５に対
して垂直に入射されて回折格子１０４に再び反射され
る。結局、反射鏡１０５の配置角度に応じて、レーザダ
イオード１０１に戻るビームの波長が変わり、反射鏡１
０５の配置角度に応じた波長の選択（可変）が行われ
る。
【０００７】なお、上述したように、Littman-Metcalf
方式の外部共振器は反射鏡の配置角度を調節することに
より波長を選択するが、Littrow方式の外部共振器は回
折格子の配置角度を調節することにより波長を選択す
る。
【０００８】図２は従来のLittrow方式の外部共振器の
構成を説明するための図である。この図から判るよう
に、Litrrow方式の外部共振器はLittman-Metcalf方式の
外部共振器の構成と類似している。但し、Littrow方式
の外部共振器は、反射鏡の角度を調節するのではなく、
回折格子１０４の角度を調節して波長を選択している点
が異なっている。
【０００９】すなわち、このLittrow方式の外部共振器
では、レーザダイオード１０１からビームが発生する
と、レンズ１０２によってビームが平行になる。このよ
うに平行に集められたビームのうち特定の波長を有する
ビームは、回折格子１０４の配置角度に応じて回折され
て再びレンズ１０２へと反射される。回折格子１０４に
よって反射されたビームはレンズ１０２を介してレーザ
ダイオード１０１に戻る。結局、回折格子１０４の配置
角度に応じてレーザダイオード１０１に戻るビームの波
長が変わり波長の選択が行われる。
【００１０】次に、波長可変のために提案された共振器
のいろいろな技術について考察する。多数個の波長を発
振させ得るレーザ媒質を中心として１ｍｓ程度の速い可
変速度を有するように共振器の両側に固定された２つの
反射鏡と、ＰＺＴによって共振器の長さを変化させ得る
反射鏡が線形的かつ多重に整列された外部共振器レーザ
の構造が知られている。
【００１１】また、レーザから近くにある任意の回転軸
を中心として反射鏡と回折格子を同時に回転させること
により、回折角度調節のための回転と共振器の長さを同
時に調節できるようにし、モードのホッピング現象なし
で連続的に波長を選択することが可能な外部共振器光源
も知られている。
【００１２】マイクロプロセッサによって制御される多
数個の可変部品が含まれる高速の広帯域波長可変レーザ
システムが知られており、これらの可変部品は電場が印
加された時に電気光学効果を示す複屈折性の結晶体であ
って、２つ以上からなり、これらの各々は、粗い制御か
ら徐々に繊細な制御を実行するという役割を担う。
【００１３】レーザ共振器を形成するために、共振器の
両端に２つ以上の反射部品、２つの曲線型重畳鏡、及
び、出力部分に結合型反射鏡が配置された共振器が知ら
れており、この共振器ではレーザ結晶体がレーザ共振器
内の反射経路に配置される。予想される波長範囲におい
て少なくとも一つの波長が可変されて発振されるように
するため、一つの重畳された鏡と両端の反射部品との間
に共振器内の反射経路にプリズムの如く波長を分散させ
る部品が設けられている。この場合、発振波長の可変は
反射部品の繊細な回転によって行われる。
【００１４】また、外部共振器の構造として、機械的な
動きなく電気的信号で波長を可変させる外部共振器の構
造が知られている。この外部共振器は、共振器の両端に
２つの鏡が備えられ、レーザ媒質として結晶体が鏡の中
間に配置され、音響波入力としてＲＦソースによって動
作する圧電気（Piezoeletric）部品に波長を選択するた
めの結晶体が配置される。この外部共振器は、ＲＦソー
スによって動作する圧電気部品に配置された結晶体を使
用しているために格子の動きがない。
【００１５】さらに、ステップモータを用いて格子を回
転させ、これをマイクロプロセッサで制御する波長可変
レーザダイオードがあり、ＭＥＭＳ技術を活用して反射
鏡と回折格子とをアクチュエータとして駆動可能な波長
可変レーザダイオードが知られている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の技術
は、構成と性能の面においてそれぞれ長所を有する反
面、以下のような問題点もある。
【００１７】上述したように、Littman-Metcalf方式ま
たはLittrow方式の外部共振器は、反射鏡または回折格
子を機械的に回転させて配置角度を調節することによ
り、特定の波長のビームを選択する。従って、反射鏡ま
たは回折格子を機械的に精密に回転させなければなら
ず、安定度の低下や、共振器の大型化や、波長選択（可
変）速度の低下を招いたり、製作コストが上昇したりす
るという問題点がある。即ち、従来の共振器は特定の波
長を選択するために高い精密度を有する回転機械装置を
必要とし、その選択（可変）速度も非常に遅いという問
題があった。
【００１８】また、波長可変のために提案された共振器
の諸技術では、波長選択のために機械的な動きを必要と
し、波長可変範囲が狭く、モジュールサイズの小型化が
困難であるという問題点がある。
【００１９】このように、波長可変を必要とする分光学
及びＷＤＭ光通信システムにおける広い波長可変範囲を
実現し、構造体の移動を不要として特性の安定化を図
り、小型化と可変速度の高速化を可能とする波長可変型
外部共振器を実現するためには新しい技術が要求され
る。
【００２０】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、Littman-Metcalf
方式またはLittrow方式の外部共振器において、電気信
号で屈折率を制御し得る媒質からなる光偏向器を反射鏡
と回折格子との間、或いは、レンズと回折格子との間に
配置してビームの進行角度を調節することにより、電気
信号で波長を可変させることができて、連続的に高速度
の波長可変が可能であり、かつ、電気信号に応じて安定
的に動作する光偏向器を用いた波長可変型外部共振器を
提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光偏向
器を用いた波長可変型外部共振器であって、各種の波長
を有する光ビームを出射する光源と、前記光源から出射
された光ビームを平行光ビームにするためのレンズと、
前記平行光ビームを回折させるための回折格子と、当該
回折格子により回折された回折光ビームを反射するため
の反射鏡と、当該反射鏡と前記回折格子との間に配置さ
れ、入力された電気信号に応じて屈折率が可変な光偏向
器とを備え、当該光偏向器の屈折率の設定により、前記
回折格子からの回折光ビームのうちの特定波長の光ビー
ムを前記反射鏡に垂直に入射させ、当該特定波長の光ビ
ームを前記光源に再集束させることを特徴とする。
【００２２】また、請求項２に記載の発明は、光偏向器
を用いた波長可変型外部共振器であって、各種の波長を
有する光ビームを出射する光源と、前記光源から出射さ
れた光ビームを平行光ビームにするためのレンズと、前
記平行光ビームを回折させるための回折格子と、当該回
折格子と前記レンズとの間に配置され、入力される電気
信号に応じて屈折率が可変な光偏向器とを備え、当該光
偏向器の屈折率の設定により、前記レンズを透過した平
行光ビームのうちの特定波長の光ビームを前記回折格子
により正反射させ、当該特定波長の光ビームを前記光源
に再集束させることを特徴とする。
【００２３】また、請求項３に記載の発明は、光偏向器
を用いた波長可変型外部共振器であって、各種の波長を
有する光ビームを出射する光源と、前記光源から出射さ
れた光ビームを平行光ビームとして回折または反射させ
るための凹状回折格子と、当該凹状回折格子により回折
された第１の平行光ビームを反射するための反射鏡と、
前記凹状回折格子により反射された第２の平行光ビーム
を光ファイバへ集束させるためのレンズと、前記反射鏡
と前記凹状回折格子との間に配置され、入力される電気
信号に応じて屈折率が可変な光偏向器とを備え、当該光
偏向器の屈折率の設定により、前記凹状回折格子からの
第１の平行光ビームのうちの特定波長の光ビームを前記
反射鏡に垂直に入射させ、当該特定波長の光ビームを前
記光源に再集束させることを特徴とする。
【００２４】また、請求項４に記載の発明は、請求項１
乃至３の何れかに記載の波長可変型外部共振器におい
て、前記光偏向器は、スラブ導波路を備える基板面上に
設けられた３角形状のｐｎ接合を有し、当該ｐｎ接合へ
の印加電圧または注入電流により生じるスラブ導波層の
搬送子密度変化または電光効果により前記光偏向器の屈
折率が変化して前記スラブ導波路中を伝搬する光ビーム
の屈折角が制御されることを特徴とする。
【００２５】また、請求項５に記載の発明は、請求項１
または２に記載の波長可変型外部共振器において、前記
光偏向器が複数の光偏向部の多段階配列で構成され、前
記特定波長の光ビームを前記光偏向器内で１回以上屈折
させることにより前記特定波長の波長選択（可変）範囲
を広げたことを特徴とする。
【００２６】また、請求項６に記載の発明は、請求項４
に記載の波長可変型外部共振器において、前記スラブ導
波路が、ＩｎＰ系またはＧａＡｓ系の混晶により構成さ
れていることを特徴とする。
【００２７】また、請求項７に記載の発明は、請求項１
乃至３の何れかに記載の波長可変型外部共振器におい
て、前記光源が、Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ半導体レーザ
であることを特徴とする。
【００２８】さらに、請求項８に記載の発明は、請求項
７に記載の波長可変型外部共振器において、前記Ｆａｂ
ｒｙ−Ｐｅｒｏｔ半導体レーザが、結晶再成長技術、エ
ッチング技術、及び、金属蒸着技術等により、光導波路
を備えるＩｎＰ系またはＧａＡｓ系の混晶基板上に単一
チップ集積化されたものであることを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して光偏向器を
用いた本発明の波長可変型外部共振器について説明す
る。
【００３０】図３は、本発明の波長可変型外部共振器が
備える、電気信号に応じて屈折率が制御される３角形構
造を有する光偏向器の概念図である。この光偏向器の主
要な特徴は、この図に示すように、他の周辺３１０から
入射されたビーム３０７が、３角形状の光偏向器３０９
を通過しながらＳｎｅｌｌの法則に基づいて３角形の底
辺と垂直な方向に出射ビーム３０７ａとして屈折される
現象を利用することにある。この光偏向器３０９は、Ｉ
ｎＰ系またはＧａＡｓ系などの混晶の如く、スラブ（Ｓ
ｌａｂ）導波路の形成が可能な物質を用いて形成された
スラブ導波路の基板面上において、３角形状を有するｐ
ｎ接合で形成され、このｐｎ接合部位に印加される電圧
または注入される電流に応じて生じるスラブ導波層の搬
送子の密度変化または電光効果により屈折率が変化す
る。この屈折率変化を利用すれば、スラブ導波路中を伝
搬する光ビームがｐｎ接合の３角形部位に対応する位置
を通過する際に、このｐｎ接合部位に印加される電圧ま
たは電流を用いてビームの屈折角を調節することができ
る。
【００３１】図４は、本発明の第１実施例に係る光偏向
器を用いた波長可変型外部共振器の構成例を説明するた
めの図である。この図に示すように、波長可変型外部共
振器は、いろいろな波長のビームを発生させると共に広
い波長帯域を有する光源であって、Fabry-Perot半導体
レーザであるレーザダイオード３０１と、レーザダイオ
ード３０１から発生したビームを平行にする第１レンズ
３０２ａと、平行ビームに対して一定の入射角３０６を
有する回折格子３０４と、回折されたビームを反射させ
るための反射鏡３０５と、反射鏡３０５と回折格子３０
４との間に配置され、印加される電気信号に応じて屈折
率が調節される３角形状の光偏向器３０９とを基本構成
として含んでいる。
【００３２】このように構成された外部共振器において
は、レーザダイオード３０１から発生したビームは、回
折格子３０４で反射され、第２レンズ３０２ｂを介して
光ファイバ３０３に集束される。ここで、３角形状の光
偏向器３０９は、底辺が反射鏡３０５と平行になるよう
に配置される。
【００３３】レーザダイオード３０１からビームが発生
すると、第１レンズ３０２ａによってビームが平行に集
められ、平行ビームは回折格子３０４によって反射鏡３
０５側に回折される。反射鏡３０５と回折格子３０４と
の間に配置された３角形状の光偏向器３０９に電気信号
が印加されず、周辺３１０と同一の屈折率を有する場合
には、回折格子３０４によって回折されたビームのうち
反射鏡３０５に対して垂直方向に反射される特定波長の
第１ビーム３０７が存在することとなる。この際、第１
ビーム３０７は、反射鏡３０５によって反射され、光偏
向器３０９を再び通過して回折格子３０４に戻る。第１
ビーム３０７は回折格子３０４によってさらに回折さ
れ、第１レンズ３０２ａを介してレーザダイオード３０
１に戻る。
【００３４】図４に示すように、光偏向器３０９の屈折
率が周辺３１０と同一であれば、第１ビーム３０７は反
射鏡３０５から垂直に反射されてレーザダイオード３０
１に戻るが、回折角度の異なる第２ビーム３０８の場合
は、反射鏡３０５から垂直に反射されず、レーザダイオ
ード３０１に戻らない。即ち、第２ビーム３０８に対し
ては共振現象が発生しなくなる。さらに、光偏向器３０
９の屈折率を調節することにより、レーザダイオード３
０１から発生したビームのうち波長の異なる第２ビーム
３０８が反射鏡３０５に向いて垂直に入射されるように
し、この第２ビーム３０８が選択的にレーザダイオード
３０１に戻って共振器の動作が行われる。
【００３５】図４に示す外部共振器を作製する方法例は
以下のとおりである。スラブ導波路からなるＩｎＰ系ま
たはＧａＡｓ系などの如き混晶半導体基板に、回折格子
３０４と反射鏡３０５とをエッチング工程によって形成
し、電圧印加または電流注入可能な３角形状のｐｎ接合
を形成する。この際、ｐｎ接合部位に印加される電圧ま
たは電流に応じて、スラブ導波層の搬送子の密度変化ま
たはＱＣＳＥの如き電光効果による屈折率の変化で、特
定波長のビームを反射鏡に向いて垂直に屈折させること
ができる。ＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰとで形成されたスラ
ブ導波路の場合、搬送子の濃度を５Ｅ１０１８ｃｍ―３
程度変化させること、屈折率を最大０．０５程度まで変
化させ得るものと知られている。このような方法によっ
て外部共振器の主要構成部品である反射鏡、回折格子及
び回折方向制御のための光偏向器などを単一チップに集
積化することができる。
【００３６】図５は本発明の第２実施例に係る光偏向器
を用いた波長可変型外部共振器の構成例を説明するため
の図である。なお、この図において図４に示した構成と
同一の構成要素には同じ符合を付している。
【００３７】図５を参照すると、本発明の第２実施例に
係る波長可変型外部共振器は、図２に示すLitrrow方式
の外部共振器とほぼ同一の基本構成を有するが、光偏向
器３０９がレンズ３０２と回折格子３０４との間に配置
される点が異なる。また、光偏向器３０９は３角形の構
造を取っており、底辺がレンズ３０２と平行になるよう
に配置される。
【００３８】レーザダイオード３０１からビームが発生
すると、レンズ３０２によってビームが平行に集められ
る。レンズ３０２と回折格子３０４との間に配置された
光偏向器３０９に電気信号が印加されず、周辺３１０と
同一の屈折率を有する場合には、レーザダイオード３０
１から発生したビームのうち回折格子によって入射方向
と同一の方向に回折されてレーザダイオード３０１に再
び戻る特定波長の第１ビーム３０７が存在することにな
る。しかし、波長の異なる第２ビーム３０８の場合に
は、回折角度が入射角度と異なってレーザダイオード３
０１に戻らず共振現象が発生しなくなる。この際、光偏
向器３０９の屈折率を調節すると、回折格子３０４によ
って入射角度と異なって回折された第２ビーム３０８が
光偏向器３０９の底辺に向いて垂直に通過する。従っ
て、第２ビーム３０８はレンズ３０２を通過してレーザ
ダイオード３０１に戻ることにより共振現象を生じさせ
るので、波長可変が生ずる。
【００３９】Littman-Metcalf方式及びLitrtrow方式の
外部共振器において波長の可変範囲を広くするために
は、屈折率を充分に変化させることができなければなら
ない。しかし、光偏向器を構成する媒質の物理的特性に
よって、屈折率の変化は理論的にも最大０．１程度に制
限される。このような物理的限界は、図６に示すよう
に、直角３角形状の光偏向部を多段階に配列して構成し
た光偏向器３０９内でビームを多数回にわたって屈折さ
せることにより克服することができる。従って、究極的
には広い範囲の波長領域に対する外部共振器の構成が可
能になる。また、上述したように、３角形状の光偏向器
を多段階に配列する方法は、Littman-Metcalf方式の外
部共振器だけでなく、図７に示すように、Littrow方式
の外部共振器にも同様に適用することができる。
【００４０】図８は、図４に示した構成の外部共振器
の、ビームの波長と屈折率との関係を示す特性グラフで
あり、さらに詳しくは、ＩｎＰ基板上にＩｎＰ／ＩｎＧ
ａＡｓＰ／ＩｎＰスラブ導波路を形成して図４の波長可
変型外部共振器を製作した際、１５２０〜１５８０ｎｍ
の範囲でビームの波長を可変させるのに必要な屈折率の
変化量を計算した結果を示している。
【００４１】屈折率の計算に用いられた主要媒介変数と
して、回折格子の次数は１次と設定し、格子の間隔は１
μｍと設定し、平行光の回折格子に対する入射角は８０
°と設定した。この際、使用されたスラブ導波路の有効
屈折率は３．２７である。また、電気信号によって屈折
率が調節される光偏向器の３角形頂角（反射鏡側の頂
角）は３０°と設定した。
【００４２】図８に示すように、本計算結果によれば、
１５５０ｎｍを中心として６０ｎｍの可変範囲をもつた
めには、屈折率の変化量が約０．１８にならなければな
らない。しかし、実際のＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ／Ｉｎ
Ｐ接合の場合、理論的には搬送子濃度の調節による屈折
率変化量の限界が０．１程度であり、実験的にも０．０
５程度は容易に実現することができるものと知られてい
る。このような物理的限界は、図６及び図７で説明した
ように、直角３角形状の光偏向部を多段階に配列して光
偏向器を構成し、この光偏向器内でビームを多数回にわ
たって屈折させることにより克服することができる。従
って、上記より広い範囲で波長を容易に可変させ得る外
部共振器を実現することができる。
【００４３】図４に示した構成の場合には、光偏向器の
３角形の底辺が反射鏡と平行になるように光偏向器が配
置される。一方、図５に示した構成の場合には、光偏向
器の３角形の底辺がレンズと平行になるように光偏向器
が配置され、光偏向器を通過したビームのうち電気信号
によって調節された屈折率に応じて特定の波長を有する
ビームのみが反射鏡またはレンズに向いて垂直に入射さ
れるようにされる。この場合、特定の波長を有するビー
ムは、光偏向器の直角３角形の底辺から垂直方向に投射
される。
【００４４】ところが、光偏向器を通過するビームのう
ち特定の波長を有するビームが光偏向器の３角形の底辺
から垂直方向でなく所定の屈折角を有するように屈折率
を制御すると、光偏向器の底辺を反射鏡またはレンズと
平行になるように配置しなくても共振器の構成が可能に
なる。
【００４５】図９は、３角形の構造をとっており、電気
信号によって屈折率が制御される光偏向器の他の概念図
である。この図に示すように、電気信号を印加して光偏
向器３０９の屈折率を制御し、これにより屈折率の異な
る周辺３１０から入射されたビーム３０８がＳｎｅｌｌ
の法則に基づいて３角形の底辺から所定の屈折角を有す
る出射ビーム３０８ａとして屈折される現象を用いる。
図９の光偏向器と図３の光偏向器とを比較すると、電気
信号を用いて光偏向器３０９の屈折率を制御する点にお
いて動作原理は同一であるが、特定の波長を有する出射
ビーム３０８ａの屈折角が互いに異なる。即ち、特定の
波長を有するビーム３０７が光偏向器の直角３角形の底
辺から垂直に出射されず、所定の角度で出射されるよう
にする。この際、図示されていないが、光偏向器３０９
は直角３角形の底辺が反射鏡（図示せず）またはレンズ
（図示せず）と一定の角度を有するように配置され、所
定の角度で屈折された出射ビーム３０７ａは反射鏡また
はレンズに向いて垂直に入射される。
【００４６】次に、この原理を、図４に示す波長可変型
外部共振器に適用した例について説明する。
【００４７】図１０は、本発明の第５実施例に係る光偏
向器を用いた波長可変型外部共振器の構造図である。こ
の図を参照すると、本実施例に係る波長可変型外部共振
器の基本構成は、図４に示す波長可変型外部共振器の基
本構成と同一である。即ち、広い波長帯域を有するレー
ザダイオード３０１と、レーザダイオード３０１から発
生したビームを平行にする第１レンズ３０２ａと、平行
ビームを回折させるための回折格子３０４と、回折され
たビームを反射させるための反射鏡３０５と、反射鏡３
０５と回折格子３０４との間に配置され、電気信号に応
じて入射されるビームの屈折率を調節する３角形状の光
偏向器３０９とを含んでいる。ここで、光偏向器３０９
は３角形の底辺が反射鏡３０５と斜めになるように配置
される。
【００４８】レーザダイオード３０１からビームが発生
すると、第１レンズ１０２ａによってビームが平行に集
められる。この平行ビームは回折格子３０４によって反
射鏡３０５側に回折される。電気信号が入力されず、光
偏向器３０９の屈折率が周辺３１０と同一の場合にも、
図４の場合と同様に反射鏡３０５に向いて垂直に入射後
に反射されて回折格子３０４を通過しレーザダイオード
３０１に戻って共振現象を生じさせる第１ビーム３０７
が存在する。
【００４９】この際、図４に示した構成では、光偏向器
３０９の底辺と反射鏡３０５とが平行なので、第１ビー
ム３０７が底辺から垂直に出射されているのに対して、
図１０に示した構成では、光偏向器３０９の底辺が反射
鏡３０５に対して斜めに配置されているので、第１ビー
ム３０７は光偏向器３０９の底辺から垂直でない方向に
出射するが、反射鏡３０５に向かっては垂直に入射す
る。従って、光偏向器３０９と反射鏡３０５間の角度を
考慮し、第１ビーム３０７が光偏向器３０９の底辺から
所定の角度で出射されて反射鏡３０５に向いて垂直に入
射するようにする。
【００５０】反射鏡３０５に垂直でない方向に回折され
て入射されるビームのうち第１ビーム３０７と波長が異
なる第２ビーム３０８については、光偏向器３０９に印
加される電気信号を制御して屈折率を変化させることに
より、出射ビーム３０８ａが反射鏡に対して垂直に入射
されるように制御する。この際の出射ビーム３０８は回
折格子３０４によって再び回折され、第１レンズ３０２
ａを介してレーザダイオード３０１に戻る。これによ
り、第２ビーム３０８が選択的にレーザダイオード３０
１に戻り、共振器としての動作が行われる。
【００５１】結局、光偏向器３０９と反射鏡３０５間の
角度を考慮して電気信号を光偏向器３０９に印加するこ
とにより、光偏向器３０９が反射鏡３０５に対して平行
に配置されなくても、特定の波長を有するビームをレー
ザダイオード３０１に再集束させることができる。ま
た、電気信号を調節して他の波長のビームが連続的に集
束されるようにすることにより、波長可変が行われる。
なお、図１０に示す光偏向器を用いた波長可変型外部共
振器は、Littman-Metcalf方式の外部共振器だけでな
く、Littrow方式の外部共振器にも同一に適用すること
ができる。
【００５２】図１１は、本発明の第６実施例に係る光偏
向器を用いた波長可変型外部共振器の構造図である。図
１１を参照すると、第６実施例に係る波長可変型外部共
振器の基本構成は、図１０に示す波長可変型外部共振器
の基本構成において、直線型の回折格子３０４が凹状の
回折格子３０４ａで置き換えられ、平行光を作るための
レンズ３０２ａが除去される。即ち、広い波長帯域を有
するレーザダイオード３０１と、レーザダイオード３０
１から発生したビームのうち１次以上の回折されたビー
ムは平行ビームにし、０次回折の反射成分は集束される
ようにする凹状の回折格子３０４ａと、回折されたビー
ムを反射させるための反射鏡３０５と、反射鏡と回折格
子３０４ａとの間に配置され、電気信号に応じて入射さ
れるビームの屈折率を調節する３角形状の光偏向器３０
９とを含んでいる。
【００５３】この図に示す外部共振器は、凹状の回折格
子３０４ａとレーザダイオード３０１との間に配置され
たレンズ（図１０の３０２ａ）を除去して外部共振器を
成す部品数を減少させることにより製作工程とコストを
減らすという利点、及び、レーザダイオード３０１を形
成した半導体基板上に凹状の回折格子３０４ａ、反射鏡
３０５及び光偏向器３０９を単一集積化させることが容
易であるという利点をもっている。
【００５４】即ち、ＩｎＰ系またはＧａＡｓ系で形成さ
れたFabry-Perot半導体レーザを再成長の結晶成長技
術、エッチング技術、及び、金属蒸着技術などを活用し
て同一系の半導体スラブ導波路基板に集積化し、反射
鏡、凹状の回折格子及び光偏向器をエッチング技術及び
金属蒸着技術によってスラブ導波路部分に形成すること
により、単一チップに集積化することができる。なお、
図１１に示す光偏向器を用いた波長可変型外部共振器
は、Littman-Metcalf方式の外部共振器だけでなく、Lit
trow方式の外部共振器にも同様に適用することができ
る。
【００５５】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、反射
鏡及び回折格子を固定させた状態で、電気信号に応じて
屈折率が変わる光偏向器を用いて特定の波長に対して共
振条件を満足させ、電気信号の制御によって共振条件を
満足させる波長を可変させることにより、安定的かつ連
続的に波長を可変させることが可能な光源を構成するこ
とができる。
【００５６】また、波長可変型外部共振器をＩｎＰ／Ｉ
ｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰスラブ導波路に適用して実現する
ことによりと、搬送子の寿命時間によって決定される可
変速度を数ｎｓ以下に上昇させ且つ信頼性を向上させる
ことができ、小型化及び製作工程の単純化で製作コスト
を大幅減少させることができる。
【００５７】このように、本発明によれば、電気信号で
波長を可変させることができて、連続的に高速度の波長
可変が可能であり、かつ、電気信号に応じて安定的に動
作する光偏向器を用いた波長可変型外部共振器を提供す
ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のLittman-Metcalf方式の外部共振器の構
成例を説明するための図である。
【図２】従来のLittrow方式の外部共振器の構成例を説
明するための図である。
【図３】本発明の波長可変型外部共振器が備える、電気
信号に応じて屈折率が制御される３角形構造を有する光
偏向器の概念図である。
【図４】本発明の第１実施例に係る光偏向器を用いた波
長可変型外部共振器の構成を説明するための図である。
【図５】本発明の第２実施例に係る光偏向器を用いた波
長可変型外部共振器の構成を説明するための図である。
【図６】本発明の第３実施例に係る光偏向器を用いた波
長可変型外部共振器の構成を説明するための図である。
【図７】本発明の第４実施例に係る光偏向器を用いた波
長可変型外部共振器の構成を説明するための図である。
【図８】図４に示す構成の外部共振器における、ビーム
の波長と屈折率との関係を示す特性グラフである。
【図９】３角形構造を取っており、電気信号によって屈
折率が制御される光偏向器の他の概念図である。
【図１０】本発明の第５実施例に係る光偏向器を用いた
波長可変型外部共振器の構成を説明するための図であ
る。
【図１１】本発明の第６実施例に係る光偏向器を用いた
波長可変型外部共振器の構成を説明するための図であ
る。
【符号の説明】
１０１、３０１ レーザダイオード １０２ａ、１０２ｂ、１０２、３０２ａ、３０２ｂ レ
ンズ １０３、３０３ 光ファイバ １０４、３０４ 回折格子 １０５、３０５ 反射鏡 １０６、３０６ 回折格子入射角度 １０７、３０７ 第１ビーム １０８、３０８ 第２ビーム １０９ 第１ビームの共振条件の基準原点に対する反射
境の角度 １１０ 第２ビームの共振条件の基準原点に対する反射
境の角度 ３０４ａ 凹状の回折格子 ３０８ａ 第２ビームの出射ビーム ３０９ 光偏向器 ３１０ 光偏向器の周辺
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イ ミョンレ 大韓民国 デジョンクァンヨクシ ユソン ク ガジョンドン 236−１ (72)発明者 キム フョンス 大韓民国 ソウルシ ソンブク アンアム ドン ４街 23−６ (72)発明者 ソン ジョンホ 大韓民国 ジェジュド ジェジュシ ヘア ンドン 1899−１ (72)発明者 キム カンホ 大韓民国 ウルサンクァンヨクシ チュン グ テファドン 924−７ Ｆターム(参考） 2K002 AB06 AB07 BA06 CA13 DA05 HA03 5F073 AA63 AA67 AB25 AB27 AB28 AB29 BA02

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 各種の波長を有する光ビームを出射する
    光源と、 前記光源から出射された光ビームを平行光ビームにする
    ためのレンズと、 前記平行光ビームを回折させるための回折格子と、 当該回折格子により回折された回折光ビームを反射する
    ための反射鏡と、 当該反射鏡と前記回折格子との間に配置され、入力され
    た電気信号に応じて屈折率が可変な光偏向器とを備え、 当該光偏向器の屈折率の設定により、前記回折格子から
    の回折光ビームのうちの特定波長の光ビームを前記反射
    鏡に垂直に入射させ、当該特定波長の光ビームを前記光
    源に再集束させることを特徴とする波長可変型外部共振
    器。
  2. 【請求項２】 各種の波長を有する光ビームを出射する
    光源と、 前記光源から出射された光ビームを平行光ビームにする
    ためのレンズと、 前記平行光ビームを回折させるための回折格子と、 当該回折格子と前記レンズとの間に配置され、入力され
    る電気信号に応じて屈折率が可変な光偏向器とを備え、 当該光偏向器の屈折率の設定により、前記レンズを透過
    した平行光ビームのうちの特定波長の光ビームを前記回
    折格子により正反射させ、当該特定波長の光ビームを前
    記光源に再集束させることを特徴とする波長可変型外部
    共振器。
  3. 【請求項３】 各種の波長を有する光ビームを出射する
    光源と、 前記光源から出射された光ビームを平行光ビームとして
    回折または反射させるための凹状回折格子と、 当該凹状回折格子により回折された第１の平行光ビーム
    を反射するための反射鏡と、 前記凹状回折格子により反射された第２の平行光ビーム
    を光ファイバへ集束させるためのレンズと、 前記反射鏡と前記凹状回折格子との間に配置され、入力
    される電気信号に応じて屈折率が可変な光偏向器とを備
    え、 当該光偏向器の屈折率の設定により、前記凹状回折格子
    からの第１の平行光ビームのうちの特定波長の光ビーム
    を前記反射鏡に垂直に入射させ、当該特定波長の光ビー
    ムを前記光源に再集束させることを特徴とする波長可変
    型外部共振器。
  4. 【請求項４】 前記光偏向器は、スラブ導波路を備える
    基板面上に設けられた３角形状のｐｎ接合を有し、 当該ｐｎ接合への印加電圧または注入電流により生じる
    スラブ導波層の搬送子密度変化または電光効果により前
    記光偏向器の屈折率が変化して前記スラブ導波路中を伝
    搬する光ビームの屈折角が制御されることを特徴とする
    請求項１乃至３の何れかに記載の波長可変型外部共振
    器。
  5. 【請求項５】 前記光偏向器が複数の光偏向部の多段階
    配列で構成され、 前記特定波長の光ビームを前記光偏向器内で１回以上屈
    折させることにより前記特定波長の波長選択（可変）範
    囲を広げたことを特徴とする請求項１または２に記載の
    波長可変型外部共振器。
  6. 【請求項６】 前記スラブ導波路が、ＩｎＰ系またはＧ
    ａＡｓ系の混晶により構成されていることを特徴とする
    請求項４に記載の波長可変型外部共振器。
  7. 【請求項７】 前記光源が、Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ半
    導体レーザであることを特徴とする請求項１乃至３の何
    れかに記載の波長可変型外部共振器。
  8. 【請求項８】 前記Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ半導体レー
    ザが、 結晶再成長技術、エッチング技術、及び、金属蒸着技術
    等により、光導波路を備えるＩｎＰ系またはＧａＡｓ系
    の混晶基板上に単一チップ集積化されたものであること
    を特徴とする請求項７に記載の波長可変型外部共振器。
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