JP3450180B2 - Tunable laser - Google Patents

Tunable laser

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JP3450180B2
JP3450180B2 JP12393398A JP12393398A JP3450180B2 JP 3450180 B2 JP3450180 B2 JP 3450180B2 JP 12393398 A JP12393398 A JP 12393398A JP 12393398 A JP12393398 A JP 12393398A JP 3450180 B2 JP3450180 B2 JP 3450180B2
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light
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、連続的な発振波長
可変動作を可能とし、安定したシングルモード発振を行
うため波長可変レーザーの技術に関する。 【0002】 【従来の技術】近年盛んに行われている、1本のファイ
バに複数の波長の光を伝送する波長多重伝送では、光源
用として複数の異なる波長のレーザー光源を必要として
いる。またこれらの光源は、良好な伝送品質を確保する
ために極めて正確に制御する必要がある。 【0003】現状、これらの光源は、レーザー素子の共
振器長を変えることで製造を行っているが、製造歩留ま
りの悪いこと、波長が固定されているために保守対応時
に再度レーザー素子を製造する必要があるなどの問題点
が存在する。上記の問題点は、外部共振器型レーザーを
用いることにより解決する。外部共振器型レーザーの従
来例を図9に示す。 【0004】上記従来例では、半導体レーザー素子1a
の外部に、回折格子1bを配置し、回折格子1bを回転
させることで、波長選択を行い、レーザーの発振波長を
可変させている。ここで、1cはレンズ、1dは光ファ
イバを示している。 【0005】しかしながら、この従来例では、波長の選
択分解能が回折格子1bのピッチに依存し、段階的な波
長可変動作となるため、無段階の波長可変動作を行うこ
とは不可能である。更に波長可変範囲を大きく設定する
場合、回折格子1bの大きさが大きくなるために小型
化、低価格化が困難となる欠点がある。 【0006】これらの問題を解決するために、マイクロ
マシン技術で形成した可変ミラーを用いた可変共振器型
波長可変レーザーが提案されている(Optonews
(1997)No.2,p122)。提案されている構
成を図9に示す。 【0007】上記提案では、マイクロマシンで形成した
可変ミラー(反射ミラー)2bをレーザー素子2aの後
方に素子端面と平行に配置し外部共振器を形成してい
る。可変ミラー2bを中心軸方向に前後に動かすこと
で、共振器長が変わり、レーザーの発振波長が変化す
る。ここで、2cはレンズ、2dは光ファイバをそれぞ
れ示している。 【0008】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記提
案では、可変ミラー2bとレーザー素子2aの端面とを
平行に配置する必要があるため、製造が困難であるこ
と、外部共振器での損失が大きく、高出力が得られない
欠点がある。 【0009】本発明は、かかるべき従来例の欠点を克服
し、小型で製造容易、かつ広範な波長可変範囲で高出力
を得ることが可能な波長可変レーザーを実現することを
課題とする。 【0010】 【課題を解決するための手段】請求項1に記載の波長可
変レーザーは、レーザー素子からの出射光を光ファイバ
に結合させる光路上に、レーザー素子からの出射光を平
行光に変換するレーザ側レンズと、その平行光の透過中
心波長調整機構を持つ波長可変光バンドパスフィルタ
と、その波長可変光バンドパスフィルタからの入射光の
一部を反射してレーザー素子へ帰還させるハーフミラー
とを含む外部共振器を配置した波長可変レーザーであっ
て、ハーフミラーと光ファイバとの間に、ハーフミラー
からの入射光を光ファイバに結合する像変換用のファイ
バ側レンズを配置し、波長可変光バンドパスフィルタ
に、ファブリ・ペロー型マイクロマシン光波長可変フィ
ルタを用い、波長可変光バンドパスフィルタは、透過中
心波長調整機構を持つ狭帯域の光バンドパスフィルタで
あり、互いに間隔を有するように配置された絶縁体から
なる弾性支持薄膜と、それら弾性支持薄膜の中央部に形
成された反射部と、その反射部に形成されたファブリ・
ペロー開口部、複数の駆動用電極、及び変位センサ用電
極と、ファブリ・ペロー開口部に形成され、互いに間隔
を有する形態で平行配置された誘電体多層膜による一対
の反射ミラーと、その一対の反射ミラーの間隔を保持す
るために配置されたギャップ保持用スペーサとを備え、
駆動用電極に電圧を印加することによりクーロン力を発
生させ、印加電圧に基づいて一対の反射ミラー間の間隔
を制御することにより透過中心波長を変化させる機能を
有し、反射迷光抑圧のために、入射光の中心軸に対して
所定の角度だけ傾斜するように配置され、変位センサ用
電極間の静電容量を測定する手段と、その測定値に基づ
いて反射ミラー間のギャップ長をモニタし、目的とする
ギャップ長となるように駆動用電極に対する印加電圧を
制御する手段とを含み、光ファイバの端面は、入射光の
反射を抑制するために、入射光の中心軸に対して所定の
角度の斜面となるように研磨され、端面には誘電体多層
膜による反射防止コートが施され、光ファイバの偏光保
持面とレーザー素子の出射偏光とは一致しており、光フ
ァイバを導波する入射光の偏光状態は直線偏光が保持さ
れることを特徴とする。 【0011】 【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の好
適な実施の形態について説明する。図1は、本実施の形
態に係る波長可変レーザーの全体構成図であり、図2は
ファブリベロー型光波長可変フィルタの分解斜視図、図
3は同ファブリベロー型光波長可変フィルタの断面図、
図4は印可電圧とフィルタ中心波長の関係を示すグラフ
である。 【0012】(実施の形態1)本実施の形態に係る波長
可変レーザーは、連続的な発振波長可変動作を可能と
し、かつ安定したシングルモード発振を行える構成とし
ている。具体的には図1に示すように、中心軸5上にレ
ーザー素子1、レーザー側レンズ10、波長可変光バン
ドパスフィルタ2、ハーフミラー3、ファイバ側レンズ
11、ファイバ4が配置された構成である。 【0013】レーザー素子1は、マルチモード発振型の
ファブリ・ペロー型レーザーであり、レーザー側レンズ
10は、レーザー素子1からの出射光を平行光に変換す
る。光バンドパスフィルタ2は、透過中心波長調整機構
を持つ狭帯域の光バンドパスフィルタであり、図1に示
すとおり中心軸5に対して斜めに配置されている。ハー
フミラー3は、入射光の一部を反射、大部分を透過する
素子であり、中心軸5に対して垂直に配置されている。
レンズ11は、平行光をファイバ4へ結合し、結合した
光はファイバ4へ入射する。 【0014】レーザー素子1から出射した光は、レーザ
ー側レンズ10にて平行光に変換された後、波長可変フ
ィルタ2にて波長選択される。波長選択された光の一部
はハーフミラー3にて反射し、再び波長可変フィルタ2
を透過し、レーザー側レンズ10を経て、レーザー素子
1に帰還される。 【0015】帰還した光はレーザー素子1の内部にて光
増幅され、再び出射する。これを繰り返すことで、上記
の光学系の間で外部共振器が形成され、レーザー素子1
からの出射光は、波長可変光バンドパスフィルタ2の透
過中心波長にてシングルモード発振となる。シングルモ
ード発振した光は、ハーフミラー3にて大部分が透過
し、ファイバ側レンズ11にて像変換された後、ファイ
バ4に結合する。 【0016】波長可変光バンドパスフィルタ2の透過中
心波長を変化させることで、レーザー素子1の発振中心
波長は変化し、ファイバ4へ出射される光の波長も変化
するため、波長可変レーザーとして機能する。 【0017】さらに、より具体的な実施の形態について
説明する。レーザー素子1は、インジウム・ガリウム・
砒素・リン系化合物半導体にて製造した、1550nm
を中心にマルチモード発振するファブリ・ペロー型レー
ザーである。 【0018】レーザー側レンズ10は、レーザー素子1
からの出射光をビーム径300μmの平行光に像変換
し、ファイバ側レンズ11は平行光をファイバ4へ結合
するための像変換レンズである。本実施の形態では波長
変化による結合効率の低下を防ぐために、これらのレン
ズに非球面レンズを用いている。 【0019】光バンドパスフィルタ2は、透過中心波長
調整機構を持つ狭帯域の光バンドパスフィルタであり、
バンドパスフィルタからの反射迷光抑圧のために、中心
軸5に対して3度傾斜して配置されている。本実施の形
態では小型化、広範囲での波長可変を実現するために、
波長可変光バンドパスフィルタ2に、シリコンマイクロ
マシン技術にて製造したファブリ・ペロー型マイクロマ
シン光波長可変フィルタを用いている。マイクロマシン
光波長可変フィルタの構成の一例を図2、図3に示す。 【0020】図2は、本光波長可変フィルタの分解斜視
図である。本フィルタは絶縁体である弾性支持薄膜20
1、反射部202に形成されたファブリ・ペロー開口部
203、駆動用電極204、変位センサ用電極205、
ギャップ保持用スペーサ206にて構成される。ファブ
リ・ペロー開口部203には誘電体多層膜による反射ミ
ラー207(図3参照)が形成されている。 【0021】図3は、本光波長可変フィルタの断面図で
ある。両対面の反射ミラー207はギャップ保持用スペ
ーサ206にて約7μmの間隔を持つように保持されて
いる。また、反射ミラー207の反射率は99%であ
る。駆動用電極204に電圧を加えないときのフィルタ
中心波長は1600nm、フィルタの半値全幅は、レー
ザー素子1のモード間隔よりも狭い0.4μmである。
またファブリ・ペローの次モードとの共振周期(FS
R)は、レーザー素子の発振範囲よりも広く、約200
nmである。本光波長可変フィルタの透過特性を図7に
示す。 【0022】ハーフミラー3は、入射光の一部を反射、
大部分を透過する素子であり、中心軸5に対して垂直に
配置されている。本実施の形態では厚さ0.5mmの平行
平板ガラスに誘電体多層膜によってハーフミラー3を形
成している。ハーフミラー3の反射率は8%、透過率は
92%である。 【0023】ファイバ4は、偏光保持型シングルモード
・ファイバで、ファイバ端面は反射を抑制するために中
心軸に対して5度の斜面となるように研磨されており、
端面には誘電体多層膜による反射防止コートが施されて
いる。ファイバ4の偏光保持面とレーザー素子1の出射
偏光は一致しており、ファイバ4を導波する光の偏光状
態は直線偏光が保持される。 【0024】(動作の説明)はじめに、本発明のシング
ルモード発振動作についての詳細を図1を用いて説明す
る。レーザー素子1から出射した光101は、レーザー
側レンズ10にて平行光に変換された後、波長可変光バ
ンドパスフィルタ2を透過する際に、フィルタ透過中心
波長近傍の発振モードのみ透過する。その他の発振モー
ドはフィルタ2にて反射され、迷光105となる。 【0025】波長可変光バンドパスフィルタ2を透過し
た光102は、ハーフミラー3にて、その光の一部が反
射する。反射した光104は、再び波長可変光バンドパ
スフィルタ2を透過し、レーザー側レンズ10によって
像変換され、レーザー素子1に帰還する。帰還した光1
04は、レーザー素子1の内部で光増幅され、レーザー
素子1の端面より再び光101として出射される。 【0026】これを繰り返すことで、レーザー素子1と
ハーフミラー3までの光学系によって外部共振器が形成
されるため、光102はフィルタ中心波長にて、きわめ
て線幅の細いシングルモード発振の光となる。シングル
モード発振の光103は、ハーフミラー3にてその大部
分が透過し、ファイバ側レンズ11にて像変換された
後、ファイバ4に結合する。 【0027】次に、波長可変動作について図2、3を用
いて説明する。図3の駆動用電極(1)、(2)に電圧
を加えると、2つの駆動用電極(1)、(2)間にクー
ロン力が発生する。発生するクーロン力の方向は、2つ
の電極間の間隔が狭くなる方向である。よって電圧を加
えることにより、2つのミラーの間隔は狭くなる。 【0028】印加電圧と2つのミラーの間隔変化(変位
量)は、下記(1)式(クーロンの法則)より、電圧の
自乗に比例し、電極の間隔の自乗に反比例する。 クーロン力:F=aV^2/G^2=kδG (1) V:印加電圧 G:電極間隔 δG:変位量 a、k:定数 【0029】一方、2つのミラーの間隔とフィルタ透過
中心波長の変動量は下記(2)〜(4)式(ファブリ・
ペロー共振の式)より線形であり、ミラーの間隔が狭く
なると中心波長は短波長側にシフトする。 m=int(2Lcosθ/λc) (2) FSR=2Lcosθ/m(m+1) (3) λp=2Lcosθ/m (4) λp:フィルタ透過中心波長 m:発振モード L:ミラーの間隔 θ:図1における中心軸5と光フィルタ中心軸との傾斜
角(図示例では3度) λc:波長可変帯域の中心波長((最小波長+最大波
長)/2) 【0030】本実施の形態(FSR=200nm:ミラ
ーの間隔=約7μm)は、1500nm〜1600nm
における波長可変動作の実現を目標としており、その際
に必要なミラー可動量は、上記(2)式より、1/4波
長(本実施の形態の場合は約0.4μm)である。これ
はミラーの間隔と比較して十分小さいため、無視して考
えることができる。 【0031】上記前提条件においては上記(1)、
(4)式から、フィルタ透過中心波長変動量は印加電圧
の2乗に比例して変化する。印加電圧とフィルタ中心波
長の関係を図4に示す。 【0032】駆動用電極への電圧印加によってフィルタ
の透過中心波長が変化すると、前述の外部共振器におけ
る共振波長が変化するため、ファイバ4に結合される光
の波長も変化し、波長可変フィルタとして動作する。 【0033】なお、本実施の形態においては波長可変光
バンドパスフィルタ2の透過中心波長、すなわち2つの
反射ミラー207の間隔が発振波長を決定付けるため、
環境変化などによる反射ミラー207の間隔の変化がな
いようにする必要がある。 【0034】そこで、本実施の形態では駆動用電極20
4の脇に取り付けられた2つの変位センサ用電極205
の間の静電容量を測定することでギャップ長をモニタ
し、フィードバックループを形成することで、発振波長
を安定に保持することが可能である。 【0035】(実施の形態2)次に、本発明の他の実施
の形態について、図5を参照して説明する。本実施の形
態では、波長可変光バンドパスフィルタにマイクロマシ
ン型ファブリ・ペロー光フィルタに代わり、誘電体多層
膜にて形成される狭帯域光バンドパスフィルタ21と、
その狭帯域光バンドパスフィルタ21を回転駆動するた
めの駆動部22から構成されている。 【0036】狭帯域光バンドパスフィルタ21は、厚さ
0.3mmのガラス上に誘電体多層膜にて狭帯域光バン
ドパスフィルタを形成したもので、フィルタの中心波長
は、フィルタへの光線の入射角が5度のときに1600
nm、半値全幅は0.4nmである。 【0037】駆動部22は、モータを用いた回転機構及
びロータリーエンコーダを用いた回転角検出機構からな
り、狭帯域光バンドパスフィルタ21の光線入射角を5
度から50度まで可変させる機能を持つ。また、ロータ
リーエンコーダーにて光線入射角を検出することが可能
である。 【0038】誘電体多層膜にて形成した狭帯域光バンド
パスフィルタ21の光線入射角とフィルタ中心波長の関
係は、下記(5)式で表わされる。 λp=xcosθ λp:フィルタ中心波長 θ:光線入射角 x:定数 【0039】本実施の形態では、1500nm〜160
0nmにおける波長可変動作の実現を目標としており、
その際に必要な入射角変動量は、本実施の形態で用いた
誘電体多層膜の場合、約38度であった。 【0040】狭帯域光バンドパスフィルタ21への光線
入射角と中心波長の関係の一例を図6に示す。なお、狭
帯域光バンドパスフィルタ21の中心波長を変化させる
ことによるレーザー発振波長の変化の動作については、
マイクロマシン型ファブリ・ペロー光フィルタを用いた
場合と同一である。 【0041】 【発明の効果】本発明の第1の技術的効果は、波長可変
範囲が広範であるにも関わらず小型であり、かつ連続的
な波長可変動作が可能であることである。その理由は、
波長選択素子に、マイクロマシンを用いたファブリ・ペ
ロー型波長可変フィルタを用いているからである。 【0042】第2の技術的効果は、高出力なことであ
る。その理由は、外部共振器を形成している光学系の中
に、像変換用のレンズが含まれており、共振器部分での
光学的損失が小さいためである。 【0043】第3の技術的効果は、製造が容易なことで
ある。その理由は、波長選択素子に透過型の光フィルタ
を用いているために、光学素子の位置、角度ずれによる
損失増加が少ないためである。 【0044】第4の技術的効果は、環境変化に対して波
長シフトが発生しないことである。その理由は、波長可
変フィルタの透過中心波長について、位置検出によるメ
カニカルなフィードバックをかけることが可能なためで
ある。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION [0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a technology of a wavelength tunable laser for enabling continuous oscillation wavelength tunable operation and performing stable single mode oscillation. 2. Description of the Related Art In recent years, wavelength multiplexing transmission for transmitting light of a plurality of wavelengths to one fiber requires laser light sources of a plurality of different wavelengths as light sources. Also, these light sources need to be controlled very accurately to ensure good transmission quality. At present, these light sources are manufactured by changing the length of the resonator of the laser element. However, the laser element is manufactured again at the time of maintenance due to poor manufacturing yield and a fixed wavelength. There are problems such as necessity. The above problems can be solved by using an external cavity laser. FIG. 9 shows a conventional example of an external cavity laser. In the above conventional example, the semiconductor laser device 1a
The diffraction grating 1b is arranged outside the above, and the wavelength is selected by rotating the diffraction grating 1b, thereby varying the laser oscillation wavelength. Here, 1c denotes a lens and 1d denotes an optical fiber. [0005] However, in this conventional example, since the wavelength selection resolution depends on the pitch of the diffraction grating 1b and becomes a stepwise variable wavelength operation, it is impossible to perform a stepless variable wavelength operation. Further, when the wavelength variable range is set to be large, there is a drawback that it is difficult to reduce the size and the cost because the size of the diffraction grating 1b becomes large. In order to solve these problems, a tunable resonator type tunable laser using a tunable mirror formed by a micromachine technology has been proposed (Optonews).
(1997) No. 2, p122). The proposed configuration is shown in FIG. In the above proposal, a variable mirror (reflection mirror) 2b formed by a micromachine is arranged behind the laser element 2a in parallel with the element end face to form an external resonator. By moving the variable mirror 2b back and forth in the central axis direction, the length of the resonator changes, and the oscillation wavelength of the laser changes. Here, 2c indicates a lens, and 2d indicates an optical fiber. However, in the above proposal, since the variable mirror 2b and the end face of the laser element 2a need to be arranged in parallel, it is difficult to manufacture the mirror and the external resonator. There is a drawback that loss is large and high output cannot be obtained. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to overcome the drawbacks of the prior art and to realize a tunable laser that is compact, easy to manufacture, and capable of obtaining high output in a wide tunable range. According to a first aspect of the present invention, there is provided a wavelength tunable laser for converting light emitted from a laser element into parallel light on an optical path for coupling light emitted from the laser element to an optical fiber. Tunable optical bandpass filter with a laser-side lens, a parallel light transmission center wavelength adjustment mechanism, and a half mirror that reflects part of the incident light from the tunable optical bandpass filter and returns it to the laser element A wavelength tunable laser having an external resonator including: a half mirror and an optical fiber, and a fiber-side lens for image conversion for coupling incident light from the half mirror to the optical fiber, A Fabry-Perot micromachined wavelength tunable filter is used as the tunable optical bandpass filter. A narrow band optical band-pass filter having an adjusting mechanism, an elastic supporting thin film made of an insulator arranged so as to be spaced apart from each other, a reflecting portion formed at the center of the elastic supporting thin film, and the reflecting portion Fabri formed in
A pair of reflective mirrors formed of dielectric multilayer films formed in the Fabry-Perot openings and arranged in parallel with each other, and a pair of the mirrors; A gap holding spacer arranged to hold the interval between the reflection mirrors,
It has the function of generating Coulomb force by applying a voltage to the driving electrode and changing the transmission center wavelength by controlling the distance between a pair of reflecting mirrors based on the applied voltage. A means for measuring the capacitance between the displacement sensor electrodes, which is disposed so as to be inclined by a predetermined angle with respect to the central axis of the incident light, and monitoring the gap length between the reflecting mirrors based on the measured value. Means for controlling a voltage applied to the driving electrode so as to have a target gap length, and the end face of the optical fiber is provided with a predetermined angle with respect to the central axis of the incident light in order to suppress reflection of the incident light. The surface is polished so as to have an inclined surface, and the end surface is coated with an anti-reflection coating by a dielectric multilayer film, and the polarization maintaining surface of the optical fiber and the emission polarization of the laser element are coincident, and guided through the optical fiber. The polarization state of Shako is characterized in that linearly polarized light is maintained. Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a wavelength tunable laser according to the present embodiment, FIG. 2 is an exploded perspective view of a Fabry-Bellowe type optical wavelength tunable filter, FIG.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the applied voltage and the filter center wavelength. (Embodiment 1) The wavelength tunable laser according to the present embodiment is configured to enable continuous oscillation wavelength tunable operation and stable single mode oscillation. Specifically, as shown in FIG. 1, a laser element 1, a laser-side lens 10, a wavelength-variable optical bandpass filter 2, a half mirror 3, a fiber-side lens 11, and a fiber 4 are arranged on a central axis 5. is there. The laser element 1 is a multimode oscillation type Fabry-Perot laser, and the laser-side lens 10 converts light emitted from the laser element 1 into parallel light. The optical bandpass filter 2 is a narrow band optical bandpass filter having a transmission center wavelength adjusting mechanism, and is arranged obliquely with respect to the central axis 5 as shown in FIG. The half mirror 3 is an element that reflects part of incident light and transmits most of the light, and is arranged perpendicular to the central axis 5.
The lens 11 couples the parallel light to the fiber 4 and the combined light enters the fiber 4. The light emitted from the laser element 1 is converted into parallel light by the laser-side lens 10, and then the wavelength is selected by the wavelength variable filter 2. A part of the wavelength-selected light is reflected by the half mirror 3 and is again returned to the wavelength tunable filter 2.
Through the laser-side lens 10 and returned to the laser element 1. The returned light is amplified inside the laser element 1 and emitted again. By repeating this, an external resonator is formed between the above optical systems, and the laser element 1
Is emitted as a single mode oscillation at the transmission center wavelength of the tunable optical bandpass filter 2. Most of the light oscillated in the single mode is transmitted through the half mirror 3, image-converted by the fiber-side lens 11, and then coupled to the fiber 4. By changing the transmission center wavelength of the tunable optical bandpass filter 2, the oscillation center wavelength of the laser element 1 changes and the wavelength of the light emitted to the fiber 4 also changes. I do. Further, more specific embodiments will be described. The laser element 1 is made of indium gallium
1550nm manufactured with arsenic / phosphorus compound semiconductor
This is a Fabry-Perot type laser that oscillates in multimode with a focus on. The laser-side lens 10 includes the laser element 1
Is converted into parallel light having a beam diameter of 300 μm, and the fiber side lens 11 is an image conversion lens for coupling the parallel light to the fiber 4. In this embodiment, an aspheric lens is used for these lenses in order to prevent a decrease in coupling efficiency due to a change in wavelength. The optical band pass filter 2 is a narrow band optical band pass filter having a transmission center wavelength adjusting mechanism.
In order to suppress reflected stray light from the band-pass filter, it is arranged at an angle of 3 degrees with respect to the central axis 5. In this embodiment, in order to realize downsizing and wavelength tunability over a wide range,
As the tunable optical bandpass filter 2, a Fabry-Perot micromachined tunable optical filter manufactured by silicon micromachine technology is used. FIGS. 2 and 3 show an example of the configuration of the micromachine light wavelength tunable filter. FIG. 2 is an exploded perspective view of the present variable wavelength filter. This filter is an elastic supporting thin film 20 which is an insulator.
1. Fabry-Perot opening 203 formed in reflecting section 202, driving electrode 204, displacement sensor electrode 205,
It is composed of a gap holding spacer 206. In the Fabry-Perot opening 203, a reflection mirror 207 (see FIG. 3) made of a dielectric multilayer film is formed. FIG. 3 is a sectional view of the present wavelength tunable filter. The reflecting mirrors 207 on both sides are held by a gap holding spacer 206 so as to have an interval of about 7 μm. The reflectance of the reflection mirror 207 is 99%. The center wavelength of the filter when no voltage is applied to the driving electrode 204 is 1600 nm, and the full width at half maximum of the filter is 0.4 μm, which is smaller than the mode interval of the laser element 1.
In addition, the resonance period with the next mode of Fabry-Perot (FS
R) is wider than the oscillation range of the laser element, and is approximately 200
nm. FIG. 7 shows the transmission characteristics of the present wavelength tunable filter. The half mirror 3 reflects a part of the incident light,
It is an element that transmits most of the light, and is arranged perpendicular to the central axis 5. In the present embodiment, the half mirror 3 is formed by a dielectric multilayer film on a parallel plate glass having a thickness of 0.5 mm. The half mirror 3 has a reflectance of 8% and a transmittance of 92%. The fiber 4 is a polarization-maintaining single-mode fiber, and the fiber end face is polished so as to have a slope of 5 degrees with respect to the central axis in order to suppress reflection.
The end face is coated with an anti-reflection coating made of a dielectric multilayer film. The polarization maintaining surface of the fiber 4 and the outgoing polarization of the laser element 1 match, and the polarization state of the light guided through the fiber 4 is maintained as linear polarization. (Explanation of Operation) First, the details of the single mode oscillation operation of the present invention will be described with reference to FIG. The light 101 emitted from the laser element 1 is converted into parallel light by the laser-side lens 10 and then passes only through the oscillation mode near the filter transmission center wavelength when passing through the tunable optical bandpass filter 2. Other oscillation modes are reflected by the filter 2 and become stray light 105. The light 102 transmitted through the tunable optical bandpass filter 2 is partially reflected by the half mirror 3. The reflected light 104 again passes through the wavelength tunable optical bandpass filter 2, undergoes image conversion by the laser-side lens 10, and returns to the laser element 1. Light 1 returned
The laser light 04 is amplified inside the laser element 1 and emitted again from the end face of the laser element 1 as light 101. By repeating this, an external resonator is formed by the optical system up to the laser element 1 and the half mirror 3, so that the light 102 is a single mode oscillation light having a very narrow line width at the filter center wavelength. Become. Most of the single mode oscillation light 103 is transmitted by the half mirror 3, image-converted by the fiber side lens 11, and then coupled to the fiber 4. Next, the tunable operation will be described with reference to FIGS. When a voltage is applied to the driving electrodes (1) and (2) in FIG. 3, a Coulomb force is generated between the two driving electrodes (1) and (2). The direction of the generated Coulomb force is a direction in which the interval between the two electrodes is reduced. Therefore, by applying a voltage, the distance between the two mirrors is reduced. From the following equation (1) (Coulomb's law), the applied voltage and the change in the distance between the two mirrors (displacement) are proportional to the square of the voltage and inversely proportional to the square of the distance between the electrodes. Coulomb force: F = aV ^ 2 / G ^ 2 = kδG (1) V: applied voltage G: electrode spacing δG: displacement a, k: constant On the other hand, the distance between two mirrors and the filter transmission center wavelength The amount of fluctuation is expressed by the following equations (2) to (4)
It is linear from the equation of Perot resonance), and the center wavelength shifts to the shorter wavelength side when the distance between the mirrors becomes smaller. m = int (2Lcosθ / λc) (2) FSR = 2Lcosθ / m (m + 1) (3) λp = 2Lcosθ / m (4) λp: Filter transmission center wavelength m: Oscillation mode L: Mirror interval θ: FIG. The inclination angle between the central axis 5 and the central axis of the optical filter (3 degrees in the illustrated example) λc: the central wavelength of the variable wavelength band ((minimum wavelength + maximum wavelength) / 2) This embodiment (FSR = 200 nm: Mirror spacing = about 7 μm) is 1500 nm to 1600 nm
Is aimed at realizing the wavelength variable operation in the above, and the mirror movable amount required at that time is 1 / wavelength (about 0.4 μm in the case of the present embodiment) from the above equation (2). Since this is sufficiently smaller than the distance between the mirrors, it can be ignored. In the above preconditions, the above (1),
From equation (4), the filter transmission center wavelength fluctuation amount changes in proportion to the square of the applied voltage. FIG. 4 shows the relationship between the applied voltage and the center wavelength of the filter. When the transmission center wavelength of the filter changes due to the application of a voltage to the driving electrode, the resonance wavelength of the external resonator changes, so that the wavelength of the light coupled to the fiber 4 also changes. Operate. In the present embodiment, the transmission center wavelength of the tunable optical bandpass filter 2, that is, the interval between the two reflection mirrors 207 determines the oscillation wavelength.
It is necessary to prevent a change in the interval between the reflection mirrors 207 due to an environmental change or the like. Therefore, in the present embodiment, the driving electrode 20
Four displacement sensor electrodes 205 attached to the side of No. 4
The gap length is monitored by measuring the capacitance between the two, and the oscillation wavelength can be stably maintained by forming the feedback loop. (Embodiment 2) Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, instead of a micromachine type Fabry-Perot optical filter as a wavelength variable optical bandpass filter, a narrow band optical bandpass filter 21 formed of a dielectric multilayer film,
It comprises a drive unit 22 for driving the narrow band optical bandpass filter 21 to rotate. The narrow-band optical band-pass filter 21 is formed by forming a narrow-band optical band-pass filter with a dielectric multilayer film on a glass having a thickness of 0.3 mm. 1600 when the incident angle is 5 degrees
nm, full width at half maximum is 0.4 nm. The driving section 22 is composed of a rotation mechanism using a motor and a rotation angle detection mechanism using a rotary encoder.
It has a function to change from 50 degrees to 50 degrees. Further, it is possible to detect the light incident angle with a rotary encoder. The relationship between the light incident angle of the narrow band optical bandpass filter 21 formed of a dielectric multilayer film and the center wavelength of the filter is expressed by the following equation (5). λp = xcos θ λp: Filter center wavelength θ: Light incident angle x: Constant In this embodiment, 1500 nm to 160
The aim is to realize a wavelength tunable operation at 0 nm,
The incident angle variation required at that time was about 38 degrees in the case of the dielectric multilayer film used in the present embodiment. FIG. 6 shows an example of the relationship between the incident angle of light rays on the narrow band optical bandpass filter 21 and the center wavelength. The operation of changing the laser oscillation wavelength by changing the center wavelength of the narrowband optical bandpass filter 21 is described below.
This is the same as when a micro-machine type Fabry-Perot optical filter is used. The first technical effect of the present invention is that despite its wide wavelength tunable range, it is small and can perform continuous wavelength tunable operation. The reason is,
This is because a Fabry-Perot type wavelength tunable filter using a micromachine is used for the wavelength selection element. The second technical effect is a high output. The reason is that the optical system forming the external resonator includes a lens for image conversion, and optical loss at the resonator portion is small. A third technical effect is that manufacturing is easy. The reason is that, since a transmission type optical filter is used for the wavelength selection element, the loss increase due to the position and angle shift of the optical element is small. A fourth technical effect is that a wavelength shift does not occur in response to an environmental change. The reason is that mechanical feedback by position detection can be applied to the transmission center wavelength of the tunable filter.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の実施の形態1に係る波長可変レーザー
の全体構成図である。 【図2】本発明の実施の形態1に係る波長可変レーザー
のファブリ・ペロー型光波長可変フィルタの分解斜視図
である。 【図3】本発明の実施の形態1に係る波長可変レーザー
のファブリ・ペロー型光波長可変フィルタの断面図であ
る。 【図4】本発明実施の形態1に係る波長可変レーザーの
印加電圧とフィルタ中心波長の関係を示すグラフであ
る。 【図5】本発明の実施の形態2に係る波長可変レーザー
の全体構成図である。 【図6】本発明の実施の形態2に係る波長可変レーザー
の光線入射角とフィルタ中心波長の関係を示すグラフで
ある。 【図7】本発明の実施の形態1に係るファブリ・ペロー
型光波長可変フィルタの透過特性の一例を示すグラフで
ある。 【図8】従来の波長可変レーザーの一例を示す構成図で
ある。 【図9】従来の波長可変レーザーの別の一例を示す構成
図である。 【符号の説明】 1 レーザー素子 2 波長可変光バンドパスフィルタ 3 ハーフミラー 4 光ファイバ 5 中心軸 10 レーザー側レンズ 11 ファイバ側レンズ 21 狭帯域光バンドパスフィルタ 22 駆動部 101 レーザー素子からの出射光 102 バンドパスフィルタを透過した光 103 ハーフミラーを透過した光 104 ハーフミラーで反射した光 105 バンドパスフィルタで反射した光 201 弾性支持薄膜 202 反射部 203 ファブリ・ペロー 204 駆動用電極 205 変位センサ用電極 206 ギャップ保持用スペーサ 1a レーザー素子 1b 回折格子 1c レンズ 1d 光ファイバ 2a レーザー素子 2b 反射ミラー 2c レンズ 2d 光ファイバ
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an overall configuration diagram of a wavelength tunable laser according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an exploded perspective view of a Fabry-Perot type optical wavelength tunable filter of the wavelength tunable laser according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a sectional view of a Fabry-Perot type optical wavelength tunable filter of the wavelength tunable laser according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a graph showing a relationship between an applied voltage of the wavelength tunable laser according to Embodiment 1 of the present invention and a filter center wavelength. FIG. 5 is an overall configuration diagram of a tunable laser according to a second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a graph showing a relationship between a light incident angle and a filter center wavelength of the wavelength tunable laser according to the second embodiment of the present invention. FIG. 7 is a graph showing an example of transmission characteristics of the Fabry-Perot type optical wavelength tunable filter according to the first embodiment of the present invention. FIG. 8 is a configuration diagram showing an example of a conventional tunable laser. FIG. 9 is a configuration diagram showing another example of a conventional tunable laser. [Description of Signs] 1 Laser element 2 Wavelength variable optical bandpass filter 3 Half mirror 4 Optical fiber 5 Central axis 10 Laser side lens 11 Fiber side lens 21 Narrow band optical bandpass filter 22 Driving unit 101 Light emitted from laser element 102 Light transmitted through a bandpass filter 103 Light transmitted through a half mirror 104 Light reflected by a half mirror 105 Light reflected by a bandpass filter 201 Elastic supporting thin film 202 Reflecting portion 203 Fabry-Perot 204 Driving electrode 205 Displacement sensor electrode 206 Gap maintaining spacer 1a Laser element 1b Diffraction grating 1c Lens 1d Optical fiber 2a Laser element 2b Reflection mirror 2c Lens 2d Optical fiber

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 レーザー素子からの出射光を光ファイバ
に結合させる光路上に、前記レーザー素子からの出射光
を平行光に変換するレーザ側レンズと、その平行光の透
過中心波長調整機構を持つ波長可変光バンドパスフィル
タと、その波長可変光バンドパスフィルタからの入射光
の一部を反射して前記レーザー素子へ帰還させるハーフ
ミラーとを含む外部共振器を配置した波長可変レーザー
であって、 前記ハーフミラーと光ファイバとの間に、前記ハーフミ
ラーからの入射光を前記光ファイバに結合する像変換用
のファイバ側レンズを配置し、 前記波長可変光バンドパスフィルタに、ファブリ・ペロ
ー型マイクロマシン光波長可変フィルタを用い、 前記波長可変光バンドパスフィルタは、透過中心波長調
整機構を持つ狭帯域の光バンドパスフィルタであり、互
いに間隔を有するように配置された絶縁体からなる弾性
支持薄膜と、それら弾性支持薄膜の中央部に形成された
反射部と、その反射部に形成されたファブリ・ペロー開
口部、複数の駆動用電極、及び変位センサ用電極と、前
記ファブリ・ペロー開口部に形成され、互いに間隔を有
する形態で平行配置された誘電体多層膜による一対の反
射ミラーと、その一対の反射ミラーの間隔を保持するた
めに配置されたギャップ保持用スペーサとを備え、前記
駆動用電極に電圧を印加することによりクーロン力を発
生させ、前記印加電圧に基づいて前記一対の反射ミラー
間の間隔を制御することにより透過中心波長を変化させ
る機能を有し、反射迷光抑圧のために、前記入射光の中
心軸に対して所定の角度だけ傾斜するように配置され、 前記変位センサ用電極間の静電容量を測定する手段と、
その測定値に基づいて前記反射ミラー間のギャップ長を
モニタし、目的とするギャップ長となるように前記駆動
用電極に対する印加電圧を制御する手段とを含み、 前記光ファイバの端面は、前記入射光の反射を抑制する
ために、前記入射光の中心軸に対して所定の角度の斜面
となるように研磨され、前記端面には誘電体多層膜によ
る反射防止コートが施され、前記光ファイバの偏光保持
面と前記レーザー素子の出射偏光とは一致しており、前
記光ファイバを導波する前記入射光の偏光状態は直線偏
光が保持されることを特徴とする波長可変レーザー。
(1) A laser-side lens for converting light emitted from the laser element into parallel light on an optical path for coupling light emitted from the laser element to an optical fiber; A wavelength tunable optical bandpass filter having a light transmission center wavelength adjusting mechanism, and an external resonator including a half mirror that reflects a part of incident light from the wavelength tunable optical bandpass filter and returns the reflected laser light to the laser element. A wavelength tunable laser disposed, wherein a fiber-side lens for image conversion for coupling incident light from the half mirror to the optical fiber is disposed between the half mirror and the optical fiber; A Fabry-Perot micromachined optical wavelength variable filter is used as the pass filter, and the wavelength variable optical bandpass filter has a transmission center wavelength adjusting mechanism. A band-pass optical band-pass filter, an elastic supporting thin film made of an insulator arranged at a distance from each other, a reflecting portion formed at the center of the elastic supporting thin film, and a fabric formed at the reflecting portion. A pair of reflection mirrors made of a dielectric multilayer film formed in the Fabry-Perot opening, and arranged in parallel with each other, with a Perot opening, a plurality of driving electrodes, and a displacement sensor electrode; A gap holding spacer arranged to hold an interval between the pair of reflecting mirrors, generating a Coulomb force by applying a voltage to the driving electrode, and based on the applied voltage, the pair of reflecting mirrors. Has a function of changing the transmission center wavelength by controlling the interval between them, and is inclined by a predetermined angle with respect to the center axis of the incident light to suppress reflected stray light. Are arranged to, means for measuring the capacitance between the displacement sensor electrode,
Means for monitoring the gap length between the reflection mirrors based on the measured value, and controlling a voltage applied to the driving electrode so as to have a target gap length, wherein the end face of the optical fiber is In order to suppress the reflection of the emitted light, it is polished so as to form a slope at a predetermined angle with respect to the central axis of the incident light, and the end face is provided with an anti-reflection coating by a dielectric multilayer film, A wavelength tunable laser, wherein a polarization maintaining surface and emission polarization of the laser element coincide with each other, and the polarization state of the incident light guided through the optical fiber is maintained as linear polarization.
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