JP4780694B2 - Wavelength stabilization laser module and laser light wavelength stabilization method - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は波長安定化レーザモジュール及びレーザ光の波長安定化方法に関し、特に半導体レーザの波長を安定化するための波長安定化レーザモジュール及びレーザ光の波長安定化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ通信システムの光源として、従来から半導体レーザが用いられている。特に数１０ｋｍ以上の光ファイバ通信には波長分散の影響を押さえるためにＤＦＢレーザなどの単一軸モードレーザが用いられている。
例えばＤＦＢレーザでは単一の波長で発振しているが、この発振波長は半導体レーザの温度、或いは動作電流によって変化する。光ファイバ通信システムにおいては、光源の出力強度が一定であることも重要であるので、これまでのシステムにおいては、半導体レーザの温度、及び光出力を一定にするような制御が行われてきた。基本的には光出力を一定にすることで、動作電流も一定になり、半導体レーザの発振波長は一定に保たれる。
しかしながら、半導体レーザの素子が長期使用の後劣化すると、光出力を一定にするための動作電流が上昇し、これに伴って発振波長が変化する。この波長変化量はわずかであるので、従来の光ファイバ通信システムでは問題にならなかった。
近年、一本の光ファイバに多数の波長の光を導入する高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）方式のシステムが主流になりつつあり、ここでは使用される光源の発振波長の間隔が１００ＧＨｚ、或いは５０ＧＨｚと非常に狭くなっている。この場合、光源となる半導体レーザに要求される波長安定度は例えば±５０ｐｍとなり、従来の温度一定、光出力一定という制御による波長安定性では不十分になりつつある。また、素子の温度一定という制御でも、半導体レーザモジュールの環境温度の変化により、わずかに発振波長が変化するという問題もある。
このような半導体レーザの発振波長の変化を抑え、発振波長を安定化する手段として、これまでいくつかの波長安定化装置が開発されている。
【０００３】
特開平１０ー２０９５４６号公報では、図１３(ａ)に示すように、半導体レーザとは別のパッケージに収納するタイプの波長安定化装置28が示されている。
これは、光ファイバ伝送路からカプラ9によってレーザ光の一部を分岐させて、波長安定化装置28に導入するものである。図１３(ａ)に示すように、波長安定化装置28にはバンドパスフィルタとなるフィルタ3が設置されており、その透過光を検出する光検出器11と反射光を検出する光検出器10が設置されている。レーザの発振波長に対して、光検出器10、11では図１３(ｂ)のようにそれぞれ上下が反転した受光強度を示す。図１３(ｂ)に矢印で示した交点で目標の波長となるようにフィルタ、光検出器を調整しておき、二つの光検出器の検出強度が等しくなるように半導体レーザの温度にフィードバックすることで、半導体レーザの発振波長は安定化される。また、フィルタ部分には安定化させる波長を調整するためのスライド調整機構12が設置されている。
まず、この構成は基本的に半導体レーザモジュールとは別のパッケージであるので、新たなスペースが必要であることや、大幅なコストの増加といった問題が生じる。また、信号光の一部を分岐させる構成であるので、その分の光パワーの減衰も避けられない。スライド調整機構12でフィルタ3の位置を調整するだけで安定化する波長の調整を行うことができる点は優れているが、この機構を実現するためには、フィルタの面内で徐々にフィルタの膜厚を変化させることで、面内で透過特性が異なるように加工した非常に特殊で高価なフィルタを用いる必要がある。また、通常、フィルタの透過特性はフィルタの温度によって変化するので、フィルタ3を温度調節するか、温度特性を補償するような特別な電気回路が必要となる。
【０００４】
図１４は第二の従来例として特開平４ー１５７７８０号公報における波長安定化装置の概略図を示す。
基本的な波長安定化の原理は上記、第一の従来例と同様であり、信号光の一部を取り出し、フィルタの透過光と反射光を検出して演算し、半導体レーザの温度にフィードバックするものである。第一の従来例との違いは、安定化する波長を調整するための周波数設定部13として、フィルタ3の角度を調整する方法が示されている点である。しかし、フィルタ3の角度を調整すると、フィルタ3での反射光の方向は変わるので、反射光を検出する検出器10の位置も調整する必要が生じる。フィルタ3の角度を調整する以外にも、フィルタ3の温度を調整する方法、フィルタ3の電気光学効果を変化させる方法などが示されているが、現実的であるとは言えない。このように特定の波長に安定化するための装置を構成するには非常に大きな困難が伴うことが分かる。
【０００５】
図１５は第三の従来例として特開平９ー２１９５５４号公報における波長安定化装置の概略図を示す。
ここでは第一の従来例、および第二の従来例とは異なり、半導体レーザからの光を波長依存性のないビームスプリッタ15で二分し、二分された光を受光する二つの光検出器10と光検出器11の前に、光の波長に対して透過率が増加するフィルタ16と波長に対して透過率が減少するフィルタ17を設置している。
この結果、従来例１、２と同様に二つの光検出器10、11からの信号のバランスを調整することで、半導体レーザ1の波長安定化を行うことができる。
この方法でも特定の波長を合わせるためにフィルタ16、17の角度調節などの手段が必要である。ただし、この方法では二つのフィルタ16、17に対して、いずれも透過光を用いているため、角度調節を行う際、検出器10、11の位置を調整する必要がないことは利点である。しかし、実際にはスペースの限られた半導体レーザモジュール内に図4のようにビームスプリッタ15および光軸の垂直方向にフィルタ17、検出器10を設置するのは困難である。
また、実際には図１５のように半導体レーザ出射光を平行光にするような光学系を用いないと波長安定化を行うために十分なフィルタ透過光を得ることが困難となる。この理由は、半導体レーザは比較的大きな放射角で光を出射しているので、半導体レーザ端面から光検出器までの距離が遠くなるにつれて光検出強度は著しく低下することがあげられる。また、検出強度を上げるために、光検出器4の受光面積を大きくすると、光検出器4に入射する光にはフィルタ3への光の入射角に大きな幅を持つ。この時、フィルタ透過光は受光強度の波長依存性が小さくなるか、波長依存性がなくなってしまう傾向にある（本発明の原理の中で詳しく説明）。
この問題を回避するために図１６のようにレンズ2を用いて半導体レーザからの出射光を平行光にする場合は部品点数が増加し、レンズ2、フィルタ16、17、ビームスプリッタ15、光検出器10、11といった、それぞれの部品位置調整も困難であり、製作コストが増大することが懸念される。
【０００６】
図１７は第四の従来例として特開平１０ー７９７２３号公報における波長安定化装置の概略図を示す。
この方法では上記、第一から第三の従来例と同じような、波長に対して透過率が増加する信号と、波長に対して透過率が減少する信号を得るために、半導体レーザ1からの出射光をレンズ2である放射角度になるように調整し、その光を傾斜させたフィルタ3に光を入射させ、それを二つの受光部分を有する光検出器4で検出するという構成となっている。受光部分5と光受光部分6に到達する光ではフィルタ3に入射するときの角度が異なり、これによって一枚のフィルタで異なる透過特性を得ることができる。
しかし、二つの受光部分5、6で得られるフィルタ透過光の特性は、レンズ2の位置変化による半導体レーザ光の放射角度の変化、フィルタ3の角度変化、光検出器4の位置によって複雑に変化する。つまり、受光部分5と受光部分6へ入射するときのフィルタ透過特性を独立に制御し、特定の波長に安定化させるためには、上記の各部品の位置をそれぞれ高精度に設定する必要がある。例えば、フィルタ3の角度を調整するだけでは任意の波長を安定化するように調整することができないため、実際の装置製作上大きな問題が生じる。
【０００７】
図１８は第五の従来例として特開平９ー１２１０７０号公報における波長安定化装置の概略図を示す。
この方法では半導体レーザ1からの後方出射光をビームスプリッタ15によって分岐し、一方の光はフィルタを通さずに、直接光検出器10に到達し光強度検出用に用いており、もう一方の光はフィルタ3を通して光検出器11に到達し波長検出用に用いている。
【０００８】
図１９（図９(ｂ)）はフィルタの透過率の波長依存性、或いは光検出器11での光電流の波長依存性を示す。フィルタを通さない光を検出する光検出器10の光電流を一定になるように制御することで半導体レーザ1の出力を一定に制御できる。
図１９（図９(ｂ)）のような波長検出用の信号となる光検出器11からの光電流をある一定値Ioに安定化することで、発振波長、および光出力の一定制御が可能となる。しかし、ビームスプリッタを用いて半導体レーザモジュール内に光学系を組むのはスペース的に困難である。また第三の従来例と同じように、半導体レーザ出射光を平行光にするような光学系を用いないと波長安定化を行うために十分なフィルタ透過光を得ることが困難となる。
この問題を回避するためにレンズを用て半導体レーザからの出射光を平行光にする場合は部品点数が増加し、レンズ、フィルタ、ビームスプリッタ、検出器といった、それぞれの部品位置調整も困難であり、製作コストが増大することが懸念される。
【０００９】
図２０は第六の従来例として特願２０００-０６７６０６号における波長安定化装置の概略図を示す。
この方法は半導体レーザ、コリメート用のレンズ、フィルタ、二つの受光部分を有するデュアルＰＤとからなる。
この方法では、半導体レーザからの後方出射光をレンズで平行光とし、光束の一部の光はフィルタを通さずに直接一つの光検出器に導き光強度を検出し、残りの光はフィルタを通してもう一つの光検出器に導き波長を検出する。結局、得られる信号特性は第5の従来例と同一となるが、ビームスプリッタを必要としないため、部品点数低減、省スペースに有効である。しかしながら、この方法では、光強度を検出する検出器側に波長フィルタの影響がでないように、フィルタの横方向の微妙な位置調整が必要となり、フィルタの組み立てに困難が生じる可能性がある。また、フィルタが厚い場合、フィルタのエッジで平行光の進路が変わるなど、悪影響が懸念される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の波長安定化装置は部品点数が多くなり、サイズが大きくなり、従来の半導体レーザモジュール内に集積させることが困難である点、安定化する波長の設定が非常に困難であり製作コストが増大する点が課題である。
本発明では、従来の半導体レーザモジュール内に構成できる、非常にコンパクトで、部品点数が少なく、製作時には安定化する波長を決定するフィルタの透過ピーク波長を非常に容易に、かつ高精度に設定することができ、低コストな波長安定化装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記本発明の目的は、下記の特徴により達成できる。
１：半導体レーザと、半導体レーザの温度調節装置と、半導体レーザの出射光を平行光から僅かに広がりを持つ光線に変換するレンズと、波長に対して透過率が連続的に増加または減少する特性を持つフィルタと、前記フィルタを透過した光線の中央部分を受光して信号を得るための第１の受光部分と、前記フィルタを透過した光線の中央から外れた部分を受光して信号を得るための第２の受光部分とからなる光検出器と、からなることを特徴とする。
２：半導体レーザと、半導体レーザの温度調節装置と、半導体レーザの出射光を平行光から僅かに広がりを持つ光線に変換するレンズと、波長に対して透過率が連続的に増加、または減少する特性を持つフィルタと、前記フィルタを透過した光線の中央部分を受光して信号を得るための第１の受光部分と、前記フィルタを透過した光線の中央から外れた部分を受光して信号を得るための第２の受光部分とからなる光検出器とが、光ファイバを光出力手段として持つパッケージに収納された装置となっていることを特徴とする。
３：前記１または２において、半導体レーザへの反射戻り光が生じないように、光軸に対して、傾斜させて光検出器を実装する、ことを特徴とする。
４：前記１または２において、前記光検出器の第１の受光部分は、光軸の中央付近に位置させ、前記第２の受光部分は様々な角度成分を持つレーザ光を受光するために比較的大きい受光部分とし、光軸の中心から外れた位置に配置する、ことを特徴とする。
５：前記１〜４のいずれかにおいて、前記第１の受光部分では波長に依存する信号が得られ、波長の検出に用い、また、前記第２の受光部分では波長に依存しない信号が得られ、光出力の検出に用いる、ことを特徴とする。
６：前記１〜５のいずれかにおいて、前記第１の受光部分の信号が一定になるようにレーザ温度を制御し、この状態で前記第２の受光部分の信号が一定になるようにレーザ電流を制御する、ことを特徴とする。
７：前記１または２において、前記フィルタは、一定波長間隔で透過率が高い部分と低い部分を繰り返すエタロン型フィルタである、ことを特徴とする。
８：前記１または２において、前記フィルタは、透過率が高いか、或いは低い単峰性の透過特性を有することを特徴とする。
９：前記１〜４のいずれかにおいて、前記光検出器は、３つの受光部分を有し、そのうちの一つがフィルタを透過した光線の中央部分を受光し、残りの二つが電気的に並列に接続されており、フィルタを透過した光線の中央から外れた部分を受光する、ことを特徴とする。
１０：前記１〜４のいずれかにおいて、前記光検出器は、受光部分が上下に分割されており、一つはフィルタを透過した光線の中央に小さく配置され、もう一つは横方向に広がりを持った形状をしている、ことを特徴とする。
１１：前記１〜４のいずれかにおいて、前記光検出器は、横方向に少なくとも４つ以上に分割されている多チャンネル型のアレイ形状をしている、ことを特徴とする。
１２：前記１または２において、前記レンズは収差の大きい球面レンズである、ことを特徴とする。
１３：前記１〜１２のいずれかにおいて、前記半導体レーザは、電界吸収型の半導体光変調器が集積された素子構造を特徴とする。
１４：半導体レーザから出射された光を平行光から僅かに広がりを持つ状態にして光フィルタに入射させる手段と、該フィルタの出射光の中央部分の光を受光して第１の信号を出力する第１の受光手段と、光線の中央から外れた部分であって比較的大きい受光部分で受光して第２の信号を出力する第２の受光手段と、前記第１及び第２の信号により半導体レーザの温度と注入電流をフィードバック制御する手段とからなり、半導体レーザの発振波長と光出力とを安定化する、ことを特徴とするレーザ光の波長安定化方法。
１５：前記１４において、前記第１の信号は前記第１の受光部分の信号が一定になるようにレーザ温度を制御し、この状態で前記第２の受光部分の信号が一定になるようにレーザ電流を制御する、ことを特徴とする。
１６：前記１４または１５において、前記第１の信号は波長に依存する信号であり、また、前記第２の信号は波長に依存しない信号である、ことを特徴とする。
【００１２】
（本発明の原理）
本発明では半導体レーザから出射された光をレンズによって平行光から僅かに広がりを持つ状態にし、光フィルタに入射させる。フィルタの後方には、少なくとも二つの受光部分を有する光検出器を配置し、一つの受光部分を光線の中央付近に配置し、それ以外を光線の中央から外れた部分に配置し、なおかつ比較的大きい受光部分とする。光線の中央に配置した光検出器からはフィルタの透過特性を反映して波長に依存する信号が得られる。
一方、光線の中央から外れた部分に配置した光検出器では受光部分が大きく、あらゆる角度成分を持つ光線を受光することになるので、各角度成分の透過特性が足し合わされた結果として波長依存性のない信号が得られることになる。これら二つの信号を用いて適切なフィードバック回路で半導体レーザの温度と注入電流を制御することにより、半導体レーザの発振波長と光出力が高精度に安定化される。
【００１３】
本発明の最大の利点は、波長に依存した信号、波長に依存しない信号という二つの信号を得るためにビームスプリッタなどを用いていないため、部品点数が少なくなり、コストが低減できる点と、フィルタの調整が非常に容易となる点である。
【００１４】
安定化させる波長を調整するためには、フィルタの角度を調整し透過ピーク波長をシフトさせることが必要であるが、本発明の構成ではフィルタの透過光だけを用いているため、フィルタの角度を調整する際に、光検出器の位置など他の部品の調整をする必要がなく、容易に波長の設定を行うことができる。
【００１５】
光検出器の受光部分が上下に分割されており、そのうちの一つが光線の中央に小さく配置され、もう一つが横方向に広がりを持った配置の場合は、横方向に広がりを持った受光部分が多数の光線の角度成分を受光し、波長に依存しない信号を得るのが容易になる。
【００１６】
光検出器の受光部分が３つある場合は受光する光線の角度成分が広がり波長に依存しない信号が得やすいだけでなく、光強度の検出感度を高めることができる。
【００１７】
また、光検出器の受光部分を横方向に分割し、そのうちの一つの受光部を波長検出用に、それ以外の全ての部分から得られる信号を光強度検出用に用いる場合は、目的の波長特性を得るために、フィルタの角度調整をする必要がなく、適切な受光信号を選択するだけでよいという利点がある。フィルタを高い角度精度で希望の角度に実装することは高度な技術を要するが、この方法によればフィルタの微調整が不要となり、フィルタ固定が容易となる。
【００１８】
これまで述べたように、本発明では波長安定化レーザモジュールが非常にコンパクトに構成できるので、従来のレーザモジュールパッケージである、光ファイバから光出力を取り出すためのパッケージ内に収納することができる。これにより、光伝送装置内において、波長モニタ／波長安定化用のスペースを確保することなく、波長安定化機能を導入することが可能となる。
【００１９】
半導体レーザは、電界吸収形の半導体光変調器が集積された素子構造であっても、本発明の波長安定化レーザモジュールを適用することが可能であり、従来の変調器集積型レーザモジュールを波長安定化動作型に置き換えていくことができ、システムの拡張が容易となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の第一の実施例を示す図である。
ＤＦＢレーザなどの単一軸モード半導体レーザ1の後方出射光はレンズ2によって平行光から僅かに広がりを持つ状態に調整される。ここで、レンズは出射光を僅かに広がりを持たせるので、収差の大きい球面レンズなどを用いてもよい。
この僅かに広がった光を受光できるように図２のように二つの受光部分5、6を持つアレイ状の光検出器4を半導体レーザの後方に設置する。ここでは半導体レーザへの反射戻り光が生じないように、光軸に対して、傾斜させて光検出器4を実装する。ここで図２に示すように、光検出器4の一つの受光部分6は、直径100ミクロン程度とし光軸の中央付近に位置するようにする。もう一つの受光部分5は様々な角度成分を持つレーザ光を受光するために比較的大きい受光部分とし、光軸の中心から外れた位置に配置する。波長に対して透過率が急峻に変化する波長フィルタとしてここではエタロン30をレンズ2と光検出器4の間に挿入する。光検出器4の二つの受光部分5、6ではどちらもフィルタを透過した光を受光することになる。
【００２１】
後述するように、受光部分5では波長に依存しない信号が得られ、光出力の検出に用いる。また、受光部分6では波長に依存する信号が得られ、波長の検出に用いる。波長安定化動作は、受光部分5の信号が一定になるようにレーザ電流を制御し、この状態で受光部分6の信号が一定になるようにレーザ温度を制御する。これによって光出力と波長が一定に制御される。フィルタは安定化したい波長付近でフィルタ透過率の変化が大きくなるように調整して実装する。
【００２２】
面積の大きい受光部分5では、波長フィルタを透過した光を受光するにもかかわらず、波長依存性のない信号が得られることが本発明の特徴であり、この原理について以下に詳しく説明する。
ＤＷＤＭ（高密度波長分割多重）通信システムで用いる半導体レーザに要求される波長安定度はピコメートルのオーダーである。この要求を満たす波長安定度を実現するためには、急峻な透過特性変化を示す、いわゆる狭帯域の波長フィルタが必要となる。このようなフィルタは一般的に光の入射角の変化により透過特性が大きく変化する。
例えば、周期的な透過特性を示すエタロンフィルターでは、図３のように、光の入射角を大きくすると、透過特性は短波長側へシフトする。
図４はエタロンフィルターの角度変化に対する波長変化量を表したグラフを示す。
エタロンフィルターの設置角度が大きいほど、角度変化に対する透過特性の波長変化は大きくなる。つまりフィルタに対する入射角度の変化に対して波長特性の変化は大きい。
【００２３】
一方、フィルタを透過する光が完全な平行光でない場合、図５(ａ)のように透過光を受光する受光部分上には面内の位置によって異なる角度でフィルタを透過した光が到達することになる。よって、上に述べた透過波長特性のフィルタ角度依存性を考慮すると、図５(ｂ)のように受光部分の位置により受光する光の波長特性は異なる。実際に得られる信号は全ての角度成分が足しあわされた形となる。
つまり受光部分が大きく、受光している光の角度成分の幅が大きい場合、実際に得られる透過特性の波長依存性はフィルタ自身の透過特性よりも波長感度が鈍ったものになり、ある条件の場合、波長変化に対して透過率の変化しない平坦な透過特性が得られることになる。
単純に受光部分が小さければ受光する光線の角度成分が少なく波長成分が少ないのに対して、受光部分が大きければ受光する光線の角度成分が多く波長成分が多くなり波長依存性が失われることになる。
【００２４】
これらの原理の計算例を図６に示した。
受光部分の大きい場合と、小さい場合について、下側に光線の各角度成分の透過特性をプロットし、上側にこれらを足し合わせて実際に受光部分で得られる信号特性をプロットしている。図６の左上に示したように、受光する波長幅が狭い場合、得られる信号はフィルタ自身の透過特性と大きな違いはない。
一方、右上のように、波長幅が広い場合、全ての成分を足し合わせると平坦になることから、得られる信号は波長依存性のないものとなる。
さらに広がりを持つ光線では、光線の中央付近の方が周辺よりも角度成分が少ない。よって波長依存性を得るための受光部分は光線の中央に配置するのが望ましい。反対に、光線の外側部分では角度成分が多いためより簡単に波長依存性のない信号を得ることができる。
上記の原理により、本発明では波長に依存する信号と波長に依存しない信号を一つのフィルタ透過光から得ることができる。
【００２５】
図７では上記の構造をパッケージに搭載した例を示した。
上記の部品は外部から温度制御可能な基板7に搭載され、半導体レーザ1の温度を制御して発振波長を調整するとともに、すべての光学部品を一定の温度に制御する。実際のモジュールは基板上にファイバ結合用レンズ18、アイソレータ27、温度検出用サーミスタ29などが搭載され、これがパッケージケースに収まり、光ファイバ14から光を取り出す構成となっている。
このように本発明の波長安定化装置は従来の半導体レーザモジュールのパッケージに収納可能な非常にコンパクトな構成である。
【００２６】
図８は本発明の第二の実施例を示す図である。
第一の実施例との違いは波長依存性のある信号を得るためのフィルタとして誘電体多層膜がガラス基板に形成されているものを用いる点だけであり、モジュール製作方法、動作状態は全く同様である。多層膜フィルタを用いる場合、ガラス基板の厚さを任意に設定することができるので、基板を薄くして、コンパクトな構成にできることが利点である。
【００２７】
図９は本発明の第三の実施例を示す図である。
第一の実施例との違いは光検出器4の受光部分が３つあることである。
外側の二つの受光部分31、32は電気的に並列に接続されている。光強度検出用の受光部分5は光線の外側に配置されるが、光線の外側は光密度が小さく強度が弱い。
図９のように光強度検出用の受光部分31、32を波長検出用の受光部分33をはさんで両側に配置し、面積を大きくすることで受光感度を稼ぐことが可能となる。さらに、受光部分の面積が大きくなることで受光する波長成分が広がり波長無依存の信号が得られやすくなる。
【００２８】
図１０(ａ)は本発明の第四の実施例を示す図である。
第一の実施例との違いは光検出器の受光部分が図１０(ｂ)のように上下方向に分割されていることである。中央の小さい受光部分が波長検出用のものとなり、横方向に広がった長方形のものが光強度検出用のものとなる。横方向に広がった受光部分では入射角の成分が多く、受光する波長幅が広がり波長無依存の信号が得られやすい。
【００２９】
図１１(ａ)は本発明の第五の実施例を示す図である。
第一の実施例との違いは受光部分が横方向に分割された4チャンネル以上のアレイ受光部34となっている点である。
図１１(ｂ)にアレイ受光部を正面から見たところを示す。
チャンネルセレクター35は任意のチャンネルの信号、及び複数の任意のチャンネルの信号を足し合わせた信号を得ることができる。
図１１にはチャンネル数が８である例を示したが、ここで、例えば中央のチャンネル4を波長信号として用い、その他のチャンネルの信号を足し合わせたものを光強度信号として用いることで、事実上、上記第三の実施例と同様の構成となる。
受光部分を多チャンネルのアレイ構造にする最大の利点は波長信号として用いる受光部分の位置を後から選択することができる点である。本発明では半導体レーザ出射光を平行光から僅かに広がった状態にしているので、受光部分の位置により光の入射角度は異なっている。つまり受光部分の位置により得られるフィルタの波長特性は異なり、波長信号として用いるチャンネルを選ぶことで最適な波長特性を得ることができる。これまでの述べているように、波長フィルタ透過波長特性の光入射角度依存性は非常に大きいので、僅かな角度変化により波長特性は大きく変化する。このため、これまで波長フィルタの実装には高い角度精度が必要であった。本発明の多チャンネルの光検出器4を用いることで、最終的な波長特性の合わせこみはチャンネルの選択で行うため、フィルタのマウント精度を緩めることができる。このフィルタ実装の容易化により組み立てコストは大幅に低減する。
【００３０】
図１２は本発明の第六の実施例を示す図である。
第一の実施例との違いは半導体レーザとして、電界吸収型の半導体変調器が集積化された半導体レーザ光源を用いている点だけであり、モジュール製作方法、動作状態は全く同様である。変調器集積型の半導体レーザ光源はコンパクトで良好な特性を示すことから、近年、広く光伝送システムの光源部分に用いられており、このモジュールに対し、全く同一のパッケージで波長安定制御のオプションを導入できることは大きな利点となる。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜１６に係る本願発明は下記記載の効果Ａ〜Ｃを奏する。
効果Ａ：波長安定化半導体レーザモジュールを構成するにあたり、ビームスプリッタなどの光を分岐する手段が不要であることである。このために、部品点数が減少するだけでなく、他の部品を実装する際の位置調整も容易になる。
その理由は、平行光から僅かに広がった光線の幅を利用して、一つの光線から二種類の信号を検出できるような部品配置にしているからである。
効果Ｂ：安定化するための波長の調整、すなわち、フィルタ透過ピーク波長の調整をフィルタ実装時に容易、かつ高精度に行うことができることである。このため、設定する波長毎に特別に設計したフィルタを用意する必要もなくコスト低減につながる。さらに、実装の容易さから、スループットの向上、コストの低減につながる。
その理由は、波長に依存する信号を、フィルタの透過光だけから取得しているため、フィルタの角度を調整して透過ピーク波長を調整する際に、光検出器など他の部品の位置調整が不要となるからである。
効果Ｃ：モジュールを非常にコンパクトに構成することができることである。このため、従来の半導体レーザモジュールと全く同一のパッケージにおいて、波長安定化レーザモジュールを構成することができるのである。
その理由は、本発明のモジュールではビームスプリッタなどを用いず、部品点数が非常に少ないシンプルな構造となっているからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態による波長安定化レーザモジュールを示す図である。
【図２】アレイ型の光検出器を示した図である。
【図３】エタロンフィルタの角度変化に対してフィルタの透過特性の変化を示した図である。
【図４】フィルタの設置角度からの変動角度と波長特性の変化について示した図である。
【図５】広がりを持った光線がフィルタを透過して光検出器に至る様子を示した図である。
【図６】受光部分の大きさにより信号特性が異なるという、本発明の原理を説明する図である。
【図７】本発明の第一の実施の形態による波長安定化レーザモジュールをパッケージに登載した構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第二の実施の形態による波長安定化レーザモジュールの構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第三の実施例の形態による波長安定化レーザモジュールの構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第四の実施の形態による波長安定化レーザモジュールの構成を示し、（ａ）はそのブロック図，（ｂ）はこの形態に用いた光検出器を正面から見た図である。
【図１１】本発明の第五の実施の形態による波長安定化レーザモジュールの構成を示し、（ａ）はブロック図，アレイ受光部を正面から見た図である。
【図１２】本発明の第六の実施の形態による波長安定化レーザモジュールの構成を示すブロック図である。
【図１３】第一の従来例の構成を示し、(ａ)はそのブロック図、(ｂ)は上下が反転した受光強度を示す。
【図１４】第二の従来例の構成を示すブロック図である。
【図１５】第三の従来例の構成を示すブロック図である。
【図１６】第三の従来例を改良した構成を示すブロック図である。
【図１７】第四の従来例の構成を示すブロック図である。
【図１８】第五の従来例の構成を示すブロック図である。
【図１９】フィルタの透過率の波長依存性、或いは光検出器での光電流の波長依存性を示す図である。
【図２０】第六の従来例の構成を示すブロック図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wavelength stabilization laser module and a laser beam wavelength stabilization method, and more particularly to a wavelength stabilization laser module and a laser beam wavelength stabilization method for stabilizing the wavelength of a semiconductor laser.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, semiconductor lasers have been used as light sources for optical fiber communication systems. In particular, a single axis mode laser such as a DFB laser is used for optical fiber communication of several tens of kilometers or more in order to suppress the influence of chromatic dispersion.
For example, a DFB laser oscillates at a single wavelength, but this oscillation wavelength varies depending on the temperature of the semiconductor laser or the operating current. In an optical fiber communication system, it is also important that the output intensity of the light source is constant. Therefore, in the systems so far, control has been performed so as to make the temperature of the semiconductor laser and the optical output constant. Basically, by making the optical output constant, the operating current is also constant, and the oscillation wavelength of the semiconductor laser is kept constant.
However, when the semiconductor laser element deteriorates after long-term use, the operating current for keeping the light output constant increases, and the oscillation wavelength changes accordingly. Since the amount of change in wavelength is small, there has been no problem in the conventional optical fiber communication system.
In recent years, DWDM systems that introduce multiple wavelengths of light into a single optical fiber are becoming mainstream, where the oscillation wavelength interval of the light source used is 100 GHz or 50 GHz. And it is very narrow. In this case, the wavelength stability required for the semiconductor laser as the light source is, for example, ± 50 pm, and the conventional wavelength stability by the control of constant temperature and constant light output is becoming insufficient. In addition, there is a problem that the oscillation wavelength slightly changes due to a change in the ambient temperature of the semiconductor laser module even under the control of the element temperature being constant.
As a means for suppressing the change in the oscillation wavelength of the semiconductor laser and stabilizing the oscillation wavelength, several wavelength stabilization devices have been developed so far.
[0003]
In Japanese Patent Laid-Open No. 10-209546, as shown in FIG. 13A, a wavelength stabilizing device 28 of a type that is housed in a package different from a semiconductor laser is shown.
In this method, a part of the laser light is branched from the optical fiber transmission line by the coupler 9 and introduced into the wavelength stabilizing device 28. As shown in FIG. 13 (a), the wavelength stabilizing device 28 is provided with a filter 3 serving as a bandpass filter. The photodetector 11 detects the transmitted light and the photodetector 10 detects the reflected light. Is installed. With respect to the oscillation wavelength of the laser, the photodetectors 10 and 11 show the received light intensity that is inverted up and down as shown in FIG. 13B. The filter and the photodetector are adjusted so that the target wavelength is obtained at the intersection indicated by the arrow in FIG. 13B, and feedback is performed to the temperature of the semiconductor laser so that the detection intensities of the two photodetectors are equal. As a result, the oscillation wavelength of the semiconductor laser is stabilized. Further, a slide adjusting mechanism 12 for adjusting the wavelength to be stabilized is installed in the filter portion.
First, since this configuration is basically a package different from the semiconductor laser module, there arises a problem that a new space is required and the cost is greatly increased. In addition, since a part of the signal light is branched, it is inevitable that the optical power is attenuated accordingly. The slide adjustment mechanism 12 is excellent in that the wavelength to be stabilized can be adjusted simply by adjusting the position of the filter 3, but in order to realize this mechanism, the filter gradually moves in the plane of the filter. By changing the film thickness, it is necessary to use a very special and expensive filter processed so that the transmission characteristics are different in the plane. Further, since the transmission characteristics of the filter usually change depending on the temperature of the filter, a special electric circuit that adjusts the temperature of the filter 3 or compensates for the temperature characteristics is required.
[0004]
FIG. 14 shows a schematic diagram of a wavelength stabilizing device in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-157780 as a second conventional example.
The basic principle of wavelength stabilization is the same as that of the first conventional example described above. A part of the signal light is extracted, the transmitted light and reflected light of the filter are detected, calculated, and fed back to the temperature of the semiconductor laser. Is. The difference from the first conventional example is that a method for adjusting the angle of the filter 3 is shown as the frequency setting unit 13 for adjusting the wavelength to be stabilized. However, when the angle of the filter 3 is adjusted, the direction of the reflected light at the filter 3 changes, so that the position of the detector 10 that detects the reflected light also needs to be adjusted. In addition to adjusting the angle of the filter 3, a method of adjusting the temperature of the filter 3, a method of changing the electro-optic effect of the filter 3, and the like are shown, but this is not practical. It can be seen that it is very difficult to construct an apparatus for stabilizing at a specific wavelength.
[0005]
FIG. 15 shows a schematic diagram of a wavelength stabilizing device in Japanese Patent Laid-Open No. 9-219554 as a third conventional example.
Here, unlike the first conventional example and the second conventional example, two light detectors 10 that divide the light from the semiconductor laser by the beam splitter 15 having no wavelength dependency and receive the bisected light; In front of the photodetector 11, a filter 16 that increases the transmittance with respect to the wavelength of light and a filter 17 that decreases the transmittance with respect to the wavelength are installed.
As a result, the wavelength of the semiconductor laser 1 can be stabilized by adjusting the balance of the signals from the two photodetectors 10 and 11 as in the conventional examples 1 and 2.
This method also requires means such as adjusting the angles of the filters 16 and 17 in order to match a specific wavelength. However, since this method uses transmitted light for the two filters 16 and 17, it is advantageous that the positions of the detectors 10 and 11 do not need to be adjusted when the angle is adjusted. However, in practice, it is difficult to install the beam splitter 15 and the filter 17 and the detector 10 in the direction perpendicular to the optical axis in the semiconductor laser module with limited space as shown in FIG.
Moreover, in practice, it is difficult to obtain sufficient filter-transmitted light for wavelength stabilization unless an optical system that collimates the light emitted from the semiconductor laser as shown in FIG. 15 is used. The reason for this is that since the semiconductor laser emits light at a relatively large radiation angle, the light detection intensity significantly decreases as the distance from the semiconductor laser end face to the photodetector increases. Further, when the light receiving area of the photodetector 4 is increased in order to increase the detection intensity, the light incident on the photodetector 4 has a large width in the incident angle of the light to the filter 3. At this time, the filter-transmitted light has a tendency that the wavelength dependency of the received light intensity becomes smaller or disappears (explained in detail in the principle of the present invention).
In order to avoid this problem, when the light emitted from the semiconductor laser is converted into parallel light using the lens 2 as shown in FIG. 16, the number of parts increases, and the lens 2, the filters 16, 17, the beam splitter 15, and the light detection It is also difficult to adjust the position of each component such as the containers 10 and 11, and there is a concern that the manufacturing cost will increase.
[0006]
FIG. 17 shows a schematic diagram of a wavelength stabilizing device in Japanese Patent Laid-Open No. 10-79723 as a fourth conventional example.
In this method, as in the first to third conventional examples, in order to obtain a signal whose transmittance increases with respect to the wavelength and a signal whose transmittance decreases with respect to the wavelength, The emitted light is adjusted to have a radiation angle that is the lens 2, the light is incident on a filter 3 that is inclined, and the light is detected by a photodetector 4 having two light receiving portions. Yes. The light that reaches the light receiving portion 5 and the light receiving portion 6 has a different angle when entering the filter 3, whereby different transmission characteristics can be obtained with one filter.
However, the characteristics of the filter transmitted light obtained by the two light receiving portions 5 and 6 change in a complicated manner depending on the change in the emission angle of the semiconductor laser light due to the change in the position of the lens 2, the change in the angle of the filter 3, and the position of the photodetector 4. To do. In other words, in order to independently control the filter transmission characteristics when entering the light receiving portion 5 and the light receiving portion 6 and to stabilize the filter at a specific wavelength, it is necessary to set the positions of the above components with high accuracy. . For example, since it is not possible to adjust so as to stabilize an arbitrary wavelength only by adjusting the angle of the filter 3, a great problem arises in actual device manufacture.
[0007]
FIG. 18 shows a schematic diagram of a wavelength stabilizing device in Japanese Patent Laid-Open No. 9-121070 as a fifth conventional example.
In this method, the backward emitted light from the semiconductor laser 1 is branched by the beam splitter 15, and one light reaches the photodetector 10 directly without passing through the filter and is used for detecting the light intensity. Reaches the photodetector 11 through the filter 3 and is used for wavelength detection.
[0008]
FIG. 19 (FIG. 9B) shows the wavelength dependence of the transmittance of the filter or the wavelength dependence of the photocurrent in the photodetector 11. FIG. The output of the semiconductor laser 1 can be controlled to be constant by controlling the photocurrent of the photodetector 10 that detects light not passing through the filter to be constant.
By stabilizing the photocurrent from the photodetector 11 that is a signal for wavelength detection as shown in FIG. 19 (FIG. 9B) to a certain constant value Io, the oscillation wavelength and the optical output can be controlled constantly. It becomes. However, it is difficult in terms of space to assemble an optical system in a semiconductor laser module using a beam splitter. Further, as in the third conventional example, it is difficult to obtain sufficient filter transmitted light for wavelength stabilization without using an optical system that makes the semiconductor laser emission light parallel light.
In order to avoid this problem, when using a lens to collimate the light emitted from the semiconductor laser, the number of components increases, and it is difficult to adjust the position of each component such as the lens, filter, beam splitter, and detector. There is a concern that the production cost will increase.
[0009]
FIG. 20 shows a schematic diagram of a wavelength stabilizing device in Japanese Patent Application No. 2000-0667606 as a sixth conventional example.
This method comprises a semiconductor laser, a collimating lens, a filter, and a dual PD having two light receiving portions.
In this method, the backward emitted light from the semiconductor laser is converted into parallel light by a lens, a part of the light beam is guided directly to one photodetector without passing through the filter, and the light intensity is detected through the filter. Lead to another photodetector to detect the wavelength. Eventually, the obtained signal characteristics are the same as those of the fifth conventional example, but since a beam splitter is not required, it is effective in reducing the number of parts and saving space. However, in this method, it is necessary to finely adjust the position of the filter in the lateral direction so that the wavelength filter is not affected by the detector that detects the light intensity, which may cause difficulty in assembling the filter. In addition, when the filter is thick, there is a concern about adverse effects such as changing the path of parallel light at the edge of the filter.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional wavelength stabilization device has a large number of parts, a large size, and is difficult to integrate in a conventional semiconductor laser module, and it is very difficult to set a wavelength to be stabilized. There is a problem that the production cost increases.
In the present invention, the transmission peak wavelength of a filter that can be configured in a conventional semiconductor laser module, is very compact, has a small number of parts, and determines the wavelength to be stabilized at the time of manufacture is set very easily and with high accuracy. An object of the present invention is to provide a low-cost wavelength stabilization device.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The object of the present invention can be achieved by the following features.
1: a semiconductor laser, a temperature control device for the semiconductor laser, a lens for converting the emitted light of the semiconductor laser from a parallel light into a light having a slight spread, and a characteristic of continuously increasing or decreasing the transmittance with respect to the wavelength And a central portion of the light beam that has passed through the filter. Trust Receiving a first light receiving portion for obtaining a signal and a portion off the center of the light beam transmitted through the filter. Trust And a second light receiving portion for obtaining a signal.
2: Semiconductor laser, semiconductor laser temperature control device, lens for converting the emitted light of the semiconductor laser from parallel light to light having a slight spread, and transmittance continuously increasing or decreasing with respect to wavelength A filter having characteristics and a central portion of the light beam that has passed through the filter. Trust Receiving a first light receiving portion for obtaining a signal and a portion off the center of the light beam transmitted through the filter. Trust The light detector comprising the second light receiving portion for obtaining the signal is a device housed in a package having an optical fiber as a light output means.
3: In the above 1 or 2, the photodetector is mounted inclined with respect to the optical axis so as not to generate reflected return light to the semiconductor laser.
4: In the above 1 or 2, the first light receiving portion of the photodetector is positioned near the center of the optical axis, and the second light receiving portion is compared to receive laser light having various angular components. It is characterized in that it is a light receiving portion that is large enough to be disposed at a position off the center of the optical axis.
5: In any one of 1 to 4, the first light receiving portion depends on the wavelength. Do Signal is obtained, wavelength Used for detection of light and depending on the wavelength at the second light receiving portion. do not do Signal is obtained, Light output It is used for detection of.
6: In any one of 1 to 5, the laser is used so that the signal of the first light receiving portion is constant. temperature The laser is controlled so that the signal of the second light receiving portion becomes constant in this state. Current Control Do It is characterized by that.
7: In the above 1 or 2, the filter is an etalon type filter that repeats a portion having a high transmittance and a portion having a low transmittance at a constant wavelength interval.
8: In the above 1 or 2, the filter has a unimodal transmission characteristic with high or low transmittance.
9: In any one of the above 1 to 4, the photodetector has three light receiving portions, one of which receives the central portion of the light beam that has passed through the filter, and the other two are electrically in parallel. A portion that is connected and that is off the center of the light beam that has passed through the filter is received.
10: In any one of the above 1 to 4, in the photodetector, the light receiving part is divided into upper and lower parts, one is arranged small at the center of the light beam that has passed through the filter, and the other is spread laterally. It is characterized by having a shape.
11: In any one of the above 1 to 4, the photodetector has a multi-channel array shape that is divided into at least four in the lateral direction.
12: In the above 1 or 2, the lens is a spherical lens having a large aberration.
13: In any one of 1 to 12, the semiconductor laser is Electroabsorption type It features an element structure in which the semiconductor optical modulators are integrated.
14: means for causing the light emitted from the semiconductor laser to slightly spread from the parallel light and entering the optical filter, and receiving the light at the central portion of the emitted light from the filter and outputting the first signal A first light receiving means; a second light receiving means for receiving a light at a relatively large light receiving portion that is off the center of the light beam and outputting a second signal; and a semiconductor based on the first and second signals. It consists of means for feedback control of the laser temperature and injection current, and stabilizes the oscillation wavelength and optical output of the semiconductor laser. The The wavelength stabilization method of the laser beam characterized by the above-mentioned.
15: In the above 14, the first signal is a laser so that the signal of the first light receiving portion is constant. temperature The laser is controlled so that the signal of the second light receiving portion becomes constant in this state. Current Control Do It is characterized by that.
16: In 14 or 15, the first signal depends on the wavelength. Do The second signal is wavelength dependent do not do It is a signal.
[0012]
(Principle of the present invention)
In the present invention, the light emitted from the semiconductor laser is slightly expanded from the parallel light by the lens and is incident on the optical filter. A light detector having at least two light receiving portions is disposed behind the filter, one light receiving portion is disposed near the center of the light beam, and the other light is disposed in a portion off the center of the light beam. A large light receiving part. From the photodetector arranged at the center of the light beam, a signal depending on the wavelength is obtained reflecting the transmission characteristics of the filter.
On the other hand, the photodetector placed in the part off the center of the light beam has a large light receiving part and receives light with all angle components, so that the wavelength dependence depends on the transmission characteristics of each angle component. A signal with no signal is obtained. By controlling the temperature and injection current of the semiconductor laser with an appropriate feedback circuit using these two signals, the oscillation wavelength and optical output of the semiconductor laser are stabilized with high accuracy.
[0013]
The greatest advantage of the present invention is that a beam splitter or the like is not used to obtain two signals of a wavelength-dependent signal and a wavelength-independent signal, so that the number of components can be reduced and the cost can be reduced. It is a point that the adjustment of is very easy.
[0014]
In order to adjust the wavelength to be stabilized, it is necessary to adjust the angle of the filter and shift the transmission peak wavelength. However, in the configuration of the present invention, only the transmitted light of the filter is used. When adjusting, it is not necessary to adjust other parts such as the position of the photodetector, and the wavelength can be easily set.
[0015]
If the light receiving part of the photodetector is divided vertically, one of them is placed small in the center of the light beam and the other is spread horizontally, the light receiving part spread horizontally However, it is easy to receive a wavelength-independent signal by receiving angular components of a large number of rays.
[0016]
When there are three light receiving portions of the photodetector, not only the angle component of the received light beam spreads but a signal independent of the wavelength is easily obtained, but also the detection sensitivity of the light intensity can be increased.
[0017]
In addition, when the light receiving part of the photodetector is divided in the horizontal direction, one of the light receiving parts is used for wavelength detection, and signals obtained from all other parts are used for light intensity detection, the target wavelength In order to obtain the characteristics, there is an advantage that it is not necessary to adjust the angle of the filter, and it is only necessary to select an appropriate received light signal. Although mounting a filter at a desired angle with high angular accuracy requires advanced technology, this method eliminates the need for fine adjustment of the filter and facilitates filter fixing.
[0018]
As described above, in the present invention, the wavelength-stabilized laser module can be configured in a very compact manner, and thus can be accommodated in a conventional laser module package for extracting optical output from an optical fiber. This makes it possible to introduce a wavelength stabilization function without securing a space for wavelength monitoring / wavelength stabilization in the optical transmission apparatus.
[0019]
Semiconductor lasers are electro-absorption semiconductor light modulation Even if the device structure is integrated, the wavelength-stabilized laser module of the present invention can be applied, and the conventional modulator-integrated laser module can be replaced with a wavelength-stabilized operation type. System expansion becomes easy.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.
The backward emitted light of the single-axis mode semiconductor laser 1 such as a DFB laser is adjusted by the lens 2 so as to have a slight spread from the parallel light. Here, since the lens slightly spreads the emitted light, a spherical lens having a large aberration may be used.
In order to receive this slightly spread light, an array-like photodetector 4 having two light receiving portions 5 and 6 as shown in FIG. 2 is installed behind the semiconductor laser. Here, the photodetector 4 is mounted so as to be inclined with respect to the optical axis so as not to generate reflected return light to the semiconductor laser. Here, as shown in FIG. 2, one light receiving portion 6 of the photodetector 4 has a diameter of about 100 microns and is positioned near the center of the optical axis. The other light receiving portion 5 is a relatively large light receiving portion for receiving laser light having various angle components, and is disposed at a position off the center of the optical axis. Here, an etalon 30 is inserted between the lens 2 and the photodetector 4 as a wavelength filter whose transmittance changes sharply with respect to the wavelength. Both of the two light receiving portions 5 and 6 of the photodetector 4 receive the light transmitted through the filter.
[0021]
As will be described later, the light receiving portion 5 obtains a signal that does not depend on the wavelength, and is used to detect the optical output. Further, the light receiving portion 6 obtains a wavelength-dependent signal and uses it for wavelength detection. In the wavelength stabilization operation, the laser current is controlled so that the signal of the light receiving portion 5 is constant, and the laser temperature is controlled so that the signal of the light receiving portion 6 is constant in this state. As a result, the light output and the wavelength are controlled to be constant. The filter is mounted by adjusting so that the change in the filter transmittance increases near the wavelength to be stabilized.
[0022]
The light receiving portion 5 having a large area is characterized by the fact that a signal having no wavelength dependency can be obtained even though the light transmitted through the wavelength filter is received. This principle will be described in detail below.
The wavelength stability required for semiconductor lasers used in DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) communication systems is on the order of picometers. In order to realize wavelength stability that satisfies this requirement, a so-called narrow-band wavelength filter that exhibits a sharp change in transmission characteristics is required. In general, the transmission characteristics of such a filter greatly change depending on the change in the incident angle of light.
For example, in an etalon filter exhibiting periodic transmission characteristics, as shown in FIG. 3, when the incident angle of light is increased, the transmission characteristics shift to the short wavelength side.
FIG. 4 is a graph showing the wavelength change amount with respect to the angle change of the etalon filter.
The larger the installation angle of the etalon filter, the larger the wavelength change of the transmission characteristic with respect to the angle change. That is, the change of the wavelength characteristic is large with respect to the change of the incident angle to the filter.
[0023]
On the other hand, when the light transmitted through the filter is not completely parallel light, the light transmitted through the filter at different angles depending on the position in the plane reaches the light receiving portion that receives the transmitted light as shown in FIG. become. Therefore, considering the filter angle dependency of the transmission wavelength characteristic described above, the wavelength characteristic of the received light differs depending on the position of the light receiving portion as shown in FIG. The signal actually obtained is in the form of all the angle components added together.
In other words, if the light receiving part is large and the width of the angle component of the light being received is large, the wavelength dependence of the actually obtained transmission characteristic is less wavelength-sensitive than the transmission characteristic of the filter itself. In this case, a flat transmission characteristic in which the transmittance does not change with respect to the wavelength change can be obtained.
If the light receiving part is simply small, the angle component of the received light beam is small and the wavelength component is small. Become.
[0024]
A calculation example of these principles is shown in FIG.
For the cases where the light receiving portion is large and small, the transmission characteristics of each angle component of the light beam are plotted on the lower side, and the signal characteristics actually obtained at the light receiving portion are plotted on the upper side by adding them. As shown in the upper left of FIG. 6, when the wavelength range for receiving light is narrow, the obtained signal is not significantly different from the transmission characteristics of the filter itself.
On the other hand, as shown in the upper right, when the wavelength width is wide, since all the components are flattened, the obtained signal has no wavelength dependency.
In the light beam having a further spread, the angle component in the vicinity of the center of the light beam is smaller than that in the periphery. Therefore, it is desirable to arrange the light receiving portion for obtaining the wavelength dependency at the center of the light beam. On the contrary, since there are many angle components in the outer portion of the light beam, a signal having no wavelength dependency can be obtained more easily.
According to the above principle, in the present invention, a wavelength-dependent signal and a wavelength-independent signal can be obtained from a single filtered light.
[0025]
FIG. 7 shows an example in which the above structure is mounted on a package.
The above components are mounted on a substrate 7 whose temperature can be controlled from the outside, and the temperature of the semiconductor laser 1 is controlled to adjust the oscillation wavelength, and all the optical components are controlled to a constant temperature. In an actual module, a fiber coupling lens 18, an isolator 27, a temperature detection thermistor 29, and the like are mounted on a substrate, which are housed in a package case and take out light from the optical fiber 14.
As described above, the wavelength stabilization device of the present invention has a very compact configuration that can be accommodated in a package of a conventional semiconductor laser module.
[0026]
FIG. 8 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.
The only difference from the first embodiment is that a filter in which a dielectric multilayer film is formed on a glass substrate is used as a filter for obtaining a wavelength-dependent signal, and the module manufacturing method and operation state are exactly the same. It is. In the case of using a multilayer filter, the thickness of the glass substrate can be arbitrarily set. Therefore, it is an advantage that the substrate can be made thin to have a compact configuration.
[0027]
FIG. 9 is a diagram showing a third embodiment of the present invention.
The difference from the first embodiment is that there are three light receiving portions of the photodetector 4.
The two outer light receiving portions 31 and 32 are electrically connected in parallel. The light receiving portion 5 for detecting the light intensity is disposed outside the light beam, but the outside of the light beam has a low light density and a low intensity.
As shown in FIG. 9, the light receiving portions 31 and 32 for light intensity detection are arranged on both sides of the light receiving portion 33 for wavelength detection, and the light receiving sensitivity can be increased by increasing the area. Furthermore, when the area of the light receiving portion is increased, the wavelength component to be received is widened, and a wavelength-independent signal is easily obtained.
[0028]
FIG. 10A is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
The difference from the first embodiment is that the light receiving portion of the photodetector is divided in the vertical direction as shown in FIG. A small light receiving portion at the center is for wavelength detection, and a rectangular shape spreading in the horizontal direction is for light intensity detection. The light receiving portion that spreads in the horizontal direction has many incident angle components, and the wavelength width for receiving light is widened, making it easy to obtain a wavelength-independent signal.
[0029]
FIG. 11A shows a fifth embodiment of the present invention.
The difference from the first embodiment is that the light receiving portion is an array light receiving portion 34 having four or more channels divided in the horizontal direction.
FIG. 11B shows the array light-receiving part as viewed from the front.
The channel selector 35 can obtain an arbitrary channel signal and a signal obtained by adding a plurality of arbitrary channel signals.
FIG. 11 shows an example in which the number of channels is eight. Here, for example, the center channel 4 is used as a wavelength signal, and the sum of signals from other channels is used as a light intensity signal. The configuration is the same as that of the third embodiment.
The greatest advantage of making the light receiving portion a multi-channel array structure is that the position of the light receiving portion used as the wavelength signal can be selected later. In the present invention, since the emitted light of the semiconductor laser is slightly expanded from the parallel light, the incident angle of light differs depending on the position of the light receiving portion. That is, the wavelength characteristics of the filter obtained depending on the position of the light receiving portion are different, and an optimum wavelength characteristic can be obtained by selecting a channel used as a wavelength signal. As described so far, the dependence of the wavelength filter transmission wavelength characteristic on the light incident angle is very large, so that the wavelength characteristic changes greatly due to a slight change in angle. For this reason, high angular accuracy has been required for mounting wavelength filters. By using the multi-channel photodetector 4 of the present invention, the final wavelength characteristics are adjusted by selecting the channel, so that the filter mounting accuracy can be relaxed. This ease of filter mounting greatly reduces assembly costs.
[0030]
FIG. 12 is a diagram showing a sixth embodiment of the present invention.
The only difference from the first embodiment is that a semiconductor laser light source in which an electroabsorption semiconductor modulator is integrated is used as the semiconductor laser, and the module manufacturing method and operation state are exactly the same. Since the modulator integrated semiconductor laser light source is compact and exhibits good characteristics, it has been widely used in the light source part of optical transmission systems in recent years. Being able to introduce is a big advantage.
[0031]
【The invention's effect】
As described above in detail, the present invention according to claims 1 to 16 has the following effects A to C.
Effect A: In constructing the wavelength-stabilized semiconductor laser module, means for branching light such as a beam splitter is unnecessary. For this reason, not only the number of parts is reduced, but also position adjustment when other parts are mounted is facilitated.
The reason is that the arrangement of components is such that two kinds of signals can be detected from one light beam by utilizing the width of the light beam slightly spread from the parallel light.
Effect B: The adjustment of the wavelength for stabilization, that is, the adjustment of the filter transmission peak wavelength can be performed easily and with high accuracy when the filter is mounted. For this reason, it is not necessary to prepare a filter specially designed for each wavelength to be set, leading to cost reduction. Furthermore, the ease of mounting leads to an improvement in throughput and a reduction in cost.
The reason for this is that the wavelength-dependent signal is obtained only from the transmitted light of the filter, so when adjusting the transmission peak wavelength by adjusting the angle of the filter, the position of other components such as photodetectors can be adjusted. This is because it becomes unnecessary.
Effect C: The module can be configured very compactly. Therefore, the wavelength stabilized laser module can be configured in the same package as the conventional semiconductor laser module.
The reason is that the module of the present invention does not use a beam splitter or the like and has a simple structure with a very small number of parts.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a wavelength stabilized laser module according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an array type photodetector.
FIG. 3 is a diagram showing a change in transmission characteristics of the filter with respect to a change in angle of the etalon filter.
FIG. 4 is a diagram showing a variation angle and a change in wavelength characteristics from a filter installation angle.
FIG. 5 is a diagram showing a state in which a light beam having a spread passes through a filter and reaches a photodetector.
FIG. 6 is a diagram for explaining the principle of the present invention that signal characteristics differ depending on the size of a light receiving portion.
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration in which the wavelength stabilized laser module according to the first embodiment of the present invention is mounted on a package.
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a wavelength stabilized laser module according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a wavelength stabilized laser module according to a third embodiment of the present invention.
FIGS. 10A and 10B show a configuration of a wavelength stabilized laser module according to a fourth embodiment of the present invention, where FIG. 10A is a block diagram and FIG. 10B is a front view of a photodetector used in the embodiment. It is.
FIG. 11 shows a configuration of a wavelength stabilized laser module according to a fifth embodiment of the present invention, in which (a) is a block diagram and a view of an array light receiving unit as seen from the front.
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a wavelength stabilized laser module according to a sixth embodiment of the present invention.
FIGS. 13A and 13B show a configuration of a first conventional example, in which FIG. 13A is a block diagram and FIG.
FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of a second conventional example.
FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of a third conventional example.
FIG. 16 is a block diagram showing an improved configuration of the third conventional example.
FIG. 17 is a block diagram showing a configuration of a fourth conventional example.
FIG. 18 is a block diagram showing a configuration of a fifth conventional example.
FIG. 19 is a diagram showing the wavelength dependency of the transmittance of the filter or the wavelength dependency of the photocurrent in the photodetector.
FIG. 20 is a block diagram showing a configuration of a sixth conventional example.
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