CN1759331A - 波长滤波器以及波长监视装置 - Google Patents

Abstract

一种波长滤波器，包括：透过光的固体材料；被形成在固体材料上的大致平行相对的平面；用粘接剂在大致平行相对的平面以外的面上保持固体材料，并具有比上述固体材料的刚性更强的保持材料，该波长滤波器使光在大致平行相对的平面间共振，周期性选择由相对平面间的光路长度确定的波长，其特征在于：固体材料是双折射材料，同时其光学轴与大致平行相对的平面的法线具有规定的角度。因而，即使在固体材料被保持在保持材料上的状态下，也可以得到稳定的波长鉴别特性。

Description

波长滤波器以及波长监视装置

技术领域

本发明涉及在波分多路复用传送(以下，称为WDM)方式等中使用的选择从半导体激光模块输出的激光的波长的波长滤波器以及使用该波长滤波器测定激光的振荡波长的波长监视装置。

背景技术

作为检测半导体激光器的输出波长的波长监视装置，有使用标准滤波器(etalon filter)的方式。标准滤波器由2个平行的反射面构成，具有通过在该反射面之间使光共振而使特定的波长透过或者反射的特征。特别是固体(solid)标准滤波器因为可以构成为使用光学性透明材料在光的入射射出端面上涂抹反射膜，所以可以用1个部件构成。以下，说明使用了该固定标准滤波器时的波长监视装置。

如上所述，标准滤波器因为具有根据波长而透过率不同的特性，所以通过使激光通过标准滤波器可以得到把波长信息变换为强度信息的波长鉴别信号。此时，相对于环境温度变化等外部环境变化其波长鉴别特性不变化成为高精度监视波长的重要条件。但是，该波长鉴别特性的温度依赖性由标准滤波器的材料特性决定，可以使用折射率的温度变化dn/dT以及线膨胀系数α表示为式(1)。

$\frac{\mathrm{d\λ}}{\mathrm{dT}}=\frac{\mathrm{dn}/\mathrm{dT}+\mathrm{\α}\·n}{n}\·\mathrm{\λ}...\left(1\right)$

作为一般使用的标准材料可以列举玻璃，而在目前已知的玻璃中，式(1)的右边的分子不为零。因此，作为标准材料的玻璃存在因温度变化而波长鉴别特性变化的问题。

因而，至今仍在继续对标准滤波器的无温度依赖化进行各种研究。作为实现该标准滤波器的无温度依赖化的1个以往例子，有使用对线膨胀系数相对于折射率的温度的变化率进行补偿那样的材料的方法(例如，参照专利文献1)。图1是展示记载在该专利文献1中的标准滤波器的轴构造和入射轴方向的图。在此，作为补偿线膨胀系数的折射率相对于温度的变化率那样的材料，标准滤波器100例如使用双折射结晶LiSAF(Li Sr Al F₆)。而后，在该标准滤波器100的激光入射表面以及射出面上安装反射镜机构。LiSAF晶体因为是一轴性双折射晶体，所以表现出光学性各向异性，具有光学轴(以下称为c轴)、与该c轴相比折射率以及线膨胀系数不同的2个轴(以下，称为a轴、b轴)。因而，如果把相对于c轴的激光入射角度设置为θ，则可以用式(2)表示因温度变化产生的标准滤波器100的光学长度变化。

$\frac{\mathrm{dnL}}{\mathrm{d\ΔT}}=\frac{d}{\mathrm{d\ΔT}}\sqrt{{[(n_c+d{n}_c\·\mathrm{\ΔT})\·\cos \left(\mathrm{\θ}\right)]}^2+{[(n_{\mathrm{ab}}+d{n}_{\mathrm{ab}}\·\mathrm{\ΔT})\·\sin \left(\mathrm{\θ}\right)]}^2}\·\sqrt{{[(1+d{n}_c\·\mathrm{\ΔT})\·\cos \left(\mathrm{\θ}\right)]}^2+{[(1+d{n}_{\mathrm{ab}}\·\mathrm{\ΔT})\·\sin \left(\mathrm{\θ}\right)]}^2}...\left(2\right)$

在此，nL是光学长度，n_c是具有与由c轴和光轴方向形成的面平行的偏振光面的激光所产生的折射率，n_ab是具有和与n_c垂直的面同样的偏振光面的激光所产生的折射率，AT是温度变化量，dn_c是每单位温度变化的折射率n_c的变化量，dn_ab是每单位温度变化的折射率n_ab的变化量。在此，改变相对于c轴的激光入射角度θ而式(2)为零的光学长度nL成为不随温度变化的条件，即成为波长鉴别特性不随温度变化而变化的条件。在该以往例子中，标准滤波器材料使用LiSAF晶体，通过设定在θ＝36.55°，满足标准滤波器100的无温度依赖化条件。

专利文献1：美国专利第6,452,725号说明书

但是，在把该标准滤波器100安装到波长监视装置或具有该波长监视装置的半导体激光模块的设备内时，由于被固定因而标准滤波器100的主体的光学特性变化。其结果是从标准滤波器100的无温度依赖化条件偏离，当作为波长监视装置使用的情况下，存在因温度变化波长鉴别信号变化的问题。

此外，由于相对于上述c轴的激光入射角度θ引起的温度特性的变化因为在满足标准滤波器100的无温度依赖化条件的角度θ附近变化大，所以还存在因入射激光的微细的角度变化容易引起从无温度依赖化条件偏离的问题。

发明内容

本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于：即使在被固定在支持物上的情况下，也可以得到满足无温度依赖化条件的波长滤波器以及使用了该波长滤波器的波长监视装置。

本发明的波长滤波器，包括：使光透过的固体材料；被形成在上述固体材料上的大致平行相对的平面；在上述大致平行相对的平面以外的面上用粘接剂保持上述固体材料，具有比上述固体材料更强的刚性的保持材料，并且在上述大致平行相对的平面间使光共振，周期性选择用相对平面间的光路长度确定的波长，其特征在于：上述固体材料是双折射材料，同时其光学轴与上述大致平行相对的平面的法线具有规定的角度。

此外，本发明的波长监视装置，包括：具有透过激光的固体材料、被形成在上述固定材料上的大致平行相对的平面，在上述大致平行相对的平面之间使光共振，周期性选择用相对平面间的光路长度确定的波长的波长滤波器；根据上述波长滤波器的透过光测定激光的振荡波长的波长检测部件；在上述波长检测部件和上述大致平行相对的平面以外的面上用粘接剂保持上述波长滤波器，具有比上述固体材料还强的刚性的保持材料，并且检测从半导体激光器输出的激光的波长，其特征在于：上述固定材料是双折射材料，同时其光学轴与上述大致平行相对的平面的法线具有规定的角度。

附图说明

图1是以往的光滤波器的结构的图。

图2是展示本发明的实施例1的波长滤波器的结构图。

图3是本发明的实施例1的滤波器单体状态下的光轴和滤波器的c轴间的角度c和波长特性的温度特性的关系图。

图4是展示本发明的实施例1的标准滤波器单体的温度特性的图。

图5是展示把本发明的实施例1的标准滤波器单体固定在支持物(holder)上时的温度特性的图。

图6是展示本发明的实施例1的光轴和滤波器的c轴间的角度c和波长特性的温度依赖性的放大图。

图7是展示具备本发明的实施例2的波长监视装置的半导体激光器模块的结构的图。

图8是展示本发明的实施例2的标准滤波器单体的光轴和滤波器的c轴间的角度c和波长特性的温度依赖性的图。

图9是展示本发明的实施例2的半导体激光器模块的波长监视信号特性的图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的波长滤波器以及波长监视装置的适宜的实施例。

实施例1

图2是展示本发明的实施例1的波长滤波器的结构图。如该图2所示，波长滤波器具有用粘接剂3把标准滤波器1保持在支持物2上的结构。在本实施例1中，在空间坐标中把激光的前进方向(光轴方向)确定为z轴的方向，把空间中的上方向确定为y轴，把与z轴以及y轴垂直的方向确定为x轴。

标准滤波器1在激光的入射面和射出面上具有反射膜5、6，作为其材料，用1种一轴性双折射晶体(例如，α-BBO(BaB₂O₄)晶体、LiIO₃晶体、CaCO₃晶体、β-BBO晶体)形成。作为标准滤波器1使用的一轴性双折射晶体的c轴使得相对于激光的光轴(z轴)倾斜规定角度_c配置那样被切出，该切出面被配置成和与光轴(z轴)垂直的xy面平行。

支持物2是保持标准滤波器1的基板，比标准滤波器1大，并且用与标准滤波器1相比具有刚性的原料形成。作为这样的支持物2的材料，例如，可以使用CuW基板等。进而，支持物2保持形成有标准滤波器1的反射膜5、6的面以外的面(即，只要是不堵塞标准滤波器1的光路的面则任意的面都可以)。

粘接剂3粘接支持物2和标准滤波器1而固定。作为该粘接剂3的材料，例如可以使用EMERSON公司生产的导电性粘接剂回波粘结(echo bond)SOLDER56C(商品名)等。

在此，与透过了标准滤波器1的激光的波长对应的透过特性与标准滤波器1、粘接剂3以及支持物2的温度变化无关地被保持为一定。

以下，说明用粘接剂3固定在支持物2上的标准滤波器1的无温度依赖化条件。入射到被固定在图2所示的支持物2上的标准滤波器1的入射面5的激光4A假设具有与x轴平行的p偏振光。此外，在标准滤波器1中，一轴性双折射晶体的c轴位于yz平面内，光轴与z轴平行，c轴相对于光轴倾斜规定的角度(以下称为光学轴角度)c。正常光线因为与由c轴和光轴方向形成的面垂直，而且具有与光轴平行的面同样的振动面，所以在这种情况下，激光4A在标准滤波器1内作为正常光线传播。

首先，在说明被固定在支持物2上的状态下的标准滤波器1的温度特性前，说明标准滤波器1单体的温度特性。对于通过标准滤波器1的激光所形成的折射率的温度特性，使用正常光轴折射率n_o，表示为dn_o/dT。此外，如果把α_c设置成与c轴平行的方向的线膨胀系数，把α_a设置成与c轴垂直的方向的线膨胀系数，则如式(3)那样表示光轴方向的线膨胀系数α(_c)。

α(_c)＝α_ccos²_c+α_asin²_c                 ...(3)

如果使用上述dn_o/dT以及α(_c)，则与正常光线对应的波长特性的温度依赖性如式(4)那样表示。

$\frac{\mathrm{d\λ}}{\mathrm{dT}}=\frac{d{n}_o/\mathrm{dT}+\mathrm{\α}\left({\mathrm{\φ}}_c\right)\·n_o}{n_o}\·{\mathrm{\λ}}_0\·\·\·\left(4\right)$

进而，在从标准滤波器1输出的激光4B的偏振光具有与y轴平行的s偏振光的情况下，是激光4A在标准滤波器1内作为异常光线传播的情况。在这种情况下，用c轴和光轴之间的角度_c的函数表示激光所产生的折射率，波长特性的温度依赖性如式(5)那样表示。

$\frac{\mathrm{d\λ}}{\mathrm{dT}}=\frac{\mathrm{dn}\left({\mathrm{\φ}}_c\right)/\mathrm{dT}+\mathrm{\α}\left({\mathrm{\φ}}_c\right)\·n\left({\mathrm{\φ}}_c\right)}{n\left({\mathrm{\φ}}_c\right)}\·{\mathrm{\λ}}_0\·\·\·\left(5\right)$

在此，dn(_c)/dT是异常光线所产生的折射率n(_c)的温度系数，用式(6)表示。

$\frac{\mathrm{dn}\left({\mathrm{\φ}}_c\right)}{\mathrm{dT}}=\frac{d}{\mathrm{dT}}\left(n_o\sqrt{\frac{1+{\tan }^2{\mathrm{\φ}}_c}{1+{(n_o/n_c)}^2\mathrm{ta}{n}^2{\mathrm{\φ}}_c}}\right)\·\·\·\left(6\right)$

图3是展示在作为标准滤波器1的材料使用了CaCO₃晶体时的用式(4)以及式(5)计算出的异常光线和正常光线的光学轴角度_c和波长特性的温度特性的关系的图。对于在该计算中使用的CaCO₃的物理性能常数，异常光折射率n_e是1.4771，正常光折射率n_o是1.6337，异常光轴方向的折射率的温度系数dn_e/dT是1.19×10^-5/K，正常光轴方向的折射率的温度系数dn_o/dT是2.10×10^-6/K，线膨胀系数α_a是-5.70×10^-6/K，线膨胀系数α_c是2.44×10^-6/K。通过该图3可知，通过使光学轴角度_c变化，异常光轴方向可以在从+4pm/℃到+40pm/℃之间，正常光轴方向可以在从-7pm/℃到+40pm/℃之间，自由设定温度特性。例如，使用正常光线时的CaCO₃晶体的无温度依赖化条件可以求出正常光线的温度特性为零这一点，即可以求得光学轴角度_c在63度附近。

以下，说明在用粘接剂3固定在支持物2上的状态下的一轴性双折射晶体单体的标准滤波器1的相对于光学轴角度_c的温度特性。在此，假设认为粘接剂3的厚度非常薄并忽略粘接剂3的热特性的情况。此外，把支持物2的线膨胀系数设置为α₂。因为支持物2比标准滤波器1刚性强，所以用标准滤波器1产生的有效的线膨胀系数α’用式(7)表示。

α’＝α₂-α(_c)......(7)

此外，因为考虑到变形产生的折射率变化(光弹性效应)，所以把正常光线入射时的z轴方向的光弹性常数设置为P_zo，把x轴方向的光弹性常数设置为P_xo(在异常光线入射的情况下，把z轴方向的光弹性常数设置为P_ze，把x轴方向的光弹性常数设置为P_xe)，由热膨胀引起的变形量用标准滤波器1和支持物2的线膨胀系数的差表示，因此由z轴方向的变形引起的折射率的变化在正常光线的情况下，表示为

$\mathrm{\Δ}{n}_{\mathrm{zo}}=-\frac{1}{2}{n_o}^3\·P_{\mathrm{zo}}\·({\mathrm{\α}}_2\·\mathrm{\α}\left({\mathrm{\φ}}_c\right))\·\·\·\left(8\right)$

在异常光线的情况下，表示为

$\mathrm{\Δ}{n}_{\mathrm{zc}}=-\frac{1}{2}n{\left({\mathrm{\φ}}_c\right)}^3\·P_{\mathrm{zc}}\·({\mathrm{\α}}_2-\mathrm{\α}\left({\mathrm{\φ}}_c\right))\·\·\·\left(8^{\′}\right)$

此外，由x轴方向的变形引起的折射率的变化在正常光线的情况下，表示为

$\mathrm{\Δ}{n}_{\mathrm{xo}}=-\frac{1}{2}{n_o}^3\·P_{\mathrm{xo}}\·({\mathrm{\α}}_2{-\mathrm{\α}}_c)\·\·\·\left(9\right)$

在异常光线的情况下，表示为

$\mathrm{\Δ}{n}_{\mathrm{xe}}=-\frac{1}{2}n{\left({\mathrm{\φ}}_c\right)}^3\·P_{\mathrm{xo}}\·({\mathrm{\α}}_z-{\mathrm{\α}}_c)\·\·\·\left(9^{\′}\right)$

如果假设y轴方向的变形小到可以忽略时，则考虑在正常光线的情况下Δn_xo和Δn_zo被加在折射率的温度系数上，正常光轴方向的折射率的温度系数dn’/dT用式(10)表示。

$\frac{d{n}^{\′}}{\mathrm{dT}}=\frac{d{n}_o}{\mathrm{dT}}+\mathrm{\Δ}{n}_{\mathrm{zo}}+\mathrm{\Δ}{n}_{\mathrm{xo}}=\frac{d{n}_o}{\mathrm{dT}}-\frac{1}{2}{n_o}^3\·P_{\mathrm{zo}}\·({\mathrm{\α}}_2-\mathrm{\α}\left({\mathrm{\φ}}_c\right))\·\frac{1}{2}{n_o}^3\·P_{\mathrm{xo}}\·({\mathrm{\α}}_2-{\mathrm{\α}}_c)\·\·\·\left(10\right)$

此外，在异常光轴方向的折射率的温度系数的情况下也同样考虑，用式(11)表示。

$\frac{d{n}^{\′}}{\mathrm{dT}}=\frac{\mathrm{dn}\left({\mathrm{\φ}}_c\right)}{\mathrm{dT}}+\mathrm{\Δ}{n}_{\mathrm{ze}}+\mathrm{\Δ}{n}_{\mathrm{xe}}=\frac{\mathrm{dn}\left({\mathrm{\φ}}_c\right)}{\mathrm{dT}}-\frac{1}{2}n{\left({\mathrm{\φ}}_c\right)}^3\·P_{\mathrm{zc}}\·({\mathrm{\α}}_2-\mathrm{\α}\left({\mathrm{\φ}}_c\right))-\frac{1}{2}n{\left({\mathrm{\φ}}_c\right)}^3\·P_{\mathrm{xo}}\·({\mathrm{\α}}_2-{\mathrm{\α}}_c)\·\·\·\left(11\right)$

根据这些式子，对于将标准滤波器1固定在支持物2上时的波长特性的温度依赖性，在正常光线的情况下可以用式(12)表示。

$\frac{\mathrm{d\λ}}{\mathrm{dT}}=\frac{d{n}^{\′}/\mathrm{dT}+{\mathrm{\α}}^{\′}-n_o}{n_o}\·{\mathrm{\λ}}_0\·\·\·\left(12\right)$

此外，在异常光线的情况下可以用式(13)表示。

$\frac{\mathrm{d\λ}}{\mathrm{dT}}=\frac{d{n}^{\′}/\mathrm{dT}+{\mathrm{\α}}^{\′}\·n\left({\mathrm{\φ}}_c\right)}{n\left({\mathrm{\φ}}_c\right)}\·{\mathrm{\λ}}_0\·\·\·\left(13\right)$

根据这些式(12)以及式(13)，因为波长特性的温度依赖性都是光学轴角度_c的函数，所以通过选择使右边分子成为零那样的光学轴角度_c，可以满足无温度依赖化条件。此外，因为通过调解光学轴角度_c，在标准滤波器1单体中可以在图3所示的范围内自由地变更其温度特性，所以即使在使用了任意的粘接剂3以及支持物2的材料的情况下，也可以在满足无温度依赖化条件或者接近无温度依赖化条件的条件下使标准滤波器1固定。进而，在本实施例1中，其结构是只有标准滤波器1的下面和支持物2连接，但如果与标准滤波器1的连接未堵塞光路，则可以在任何地方连接，例如，也可以设置成相对光轴全部覆盖侧面的支持物形状，可以得到同样的效果。

以上说明了用上述式(12)以及(13)的特性式求出被固定在支持物2上的标准滤波器1的无温度依赖化条件的情况，以下说明不使用上述的式(12)以及式(13)的特性式，而通过实验求出支持物固定时的无温度依赖化条件的方法。

图4展示标准滤波器单体(被固定在支持物上的状态)的温度变化时的波长特性，此外，图5展示同样在把标准滤波器固定在支持物上的状态下的温度变化时的波长特性。在求出这些图的波长特性的实验时，标准滤波器1的材料使用光学轴角度_c＝65.7度，厚度(z轴方向的晶体长度)约3.6mm的CaCO₃晶体，作为支持物2的材料，使用铝基板，作为粘接剂3的材料适用EMERSON公司产的导电性粘接剂回波粘结(echo bond)SOLDER56C(商品名)。根据这些图求得各个温度特性是0.23pm/℃，0.45pm/℃。

图6展示图3中的光学轴角度_c＝66度附近的放大图，和把从图4以及图5得到的温度特性的数据同时曲线化的图。从该图6可知，通过把标准滤波器1固定在支持物2上而满足无温度依赖化条件的光学轴_c偏移。即，通过使光学轴角度从满足用标准滤波器1单体求得的无温度依赖化条件的光学轴角度_c0＝66.0度，向满足固定在支持物2上的标准滤波器1的无温度依赖化条件的光学轴角度_c1＝66.3度偏移，可以得到具有不因温度变化而变化的波长特性的结构的固定在支持物2上的标准滤波器1。

进而，在本实验中，如上所述作为支持物2使用铝基板，作为粘接剂3使用导电性粘接剂，而即使使用由此外的其他材料组成的支持物2和其他的粘接剂3的情况下，通过测定因将标准滤波器1固定到支持物2上引起的波长特性的温度依赖性，如上所述可以求得满足无温度依赖化条件的光学轴角度_c。

此外，在本实施例1中以在标准滤波器1的材料中使用了CaCO₃晶体的情况为例子进行了说明，但也可以使用其他的α·BBO晶体、β·BBO晶体、LiIO₃晶体等的一轴性双折射晶体。在这种情况下也如图3所示，可以求出与光学轴角度c对应的温度依赖性，此外用式(12)以及式(13)可以求出满足将标准滤波器1固定在支持物2上时的无温度依赖化条件的光学轴角度_c。

进而，在本实施例1中展示了使用粘接剂3进行支持物2和标准滤波器1的连接的方法，但作为其他的固定方法，也可以是锡焊固定和YAG焊接固定。在这些情况下，也可以通过在支持物2上调节固定后的标准滤波器1的光学轴角度_c，来实现被固定在支持物2上的标准滤波器1的无温度依赖化。

如上所述，如果采用本实施例1，则通过在标准滤波器1单体的与光学轴角度_c对应的温度特性的变化中，考虑标准滤波器1和支持物2的刚性不同引起的有效的线膨胀系数和因变形引起的光弹性效应产生的折射率变化，可以得到满足在把标准滤波器1固定在支持物2上时的无温度依赖化条件的结构。即，即使在标准滤波器1的固定中使用具有任意线膨胀系数的支持物2的材料和粘接剂3的材料，通过根据在各个组合中被固定的标准滤波器1的温度特性，求出满足无温度依赖化条件的光学轴角度_c，可以得到用该组合固定的标准滤波器1的无温度依赖化条件。由此，即使是在晶体单体的状态下具有温度依赖性的标准滤波器1，也可以成为在被固定在支持物2上的状态下满足无温度依赖化条件的结构。因而，根据这种结构得到的标准滤波器1的波长特性不会受温度变化影响。

进而，在本实施例1中，说明了把来自半导体激光器的激光设定成p偏振光，作为正常光线入射到标准滤波器1的情况，但也可以把来自半导体激光器的激光设定为s偏振光作为异常光线入射。在这种情况下，通过使用满足式(13)的光学轴角度_c，即通过使用满足被固定于支持物2上的状态下的无温度依赖化条件的光学轴角度_c，可以得到同样的效果。

实施例2

在本实施例2中，说明包含安装有被固定在实施例1所述的支持物上的被无温度依赖化后的标准滤波器的波长监视装置的半导体激光模块。

图7是展示具有本发明的实施例2的波长监视装置的半导体激光器模块的概略构成的模式图。进而，在本实施例2中，在空间坐标中把激光的行进方向(光轴方向)确定为z轴方向，把空间中的上方向(在图3中与纸面垂直，向着前面的方向)确定为y轴，把与z轴以及y轴垂直的方向确定为x轴，而后，把设置有半导体激光器10的位置(半导体激光器10的中心位置)确定为z轴的原点。

该半导体激光器模块具有以下这样的结构：把包含被固定于在实施例1中说明的支持物上的标准滤波器1的波长监视装置20、连接在波长监视装置20的下面上的帕耳蒂冷却器(Peltier cooler)16组装到与外部气体隔绝的模块封装17内。

波长监视装置20包括：只使特定的波长透过的标准滤波器1；输出激光的半导体激光器10；被设置在半导体激光器10的前方(z轴正方向)上，调节从半导体激光器10输出的激光(以下把该激光称为光信号)的光束直径的第1透镜11；被设置在半导体激光器10的后方(z轴负方向)上，调节从半导体激光器10输出的激光的光束直径的第2透镜18。

标准滤波器1是把在实施例1中说明了的一轴性双折射晶体作为母材的标准滤波器，例如，用α-BBO晶体、CaCO₃晶体、LiIO₃晶体、β-BBO晶体等形成。此外，被设置成在标准滤波器1的激光射入射出端面上形成反射膜，激光射入射出面与光轴垂直。标准滤波器1的c轴如图2所示位于yz平面内，被设置成相对于光轴倾斜规定的角度_c。

半导体激光器10是可以通过调节注入电流或者温度来改变波长的激光器，例如可以采用在活性层中具有衍射光栅的分布回归型(DFB)激光器、可以通过注入电流或者温度来改变波长的波长可变激光器(DBR激光器，VCSEL等)，或者，可以采用集成了电场吸收元件和激光二极管的EA·LD等。标准滤波器1的光信号的射入射出面被设置成与光轴大致垂直。

此外，波长监视装置20包括：把通过第1透镜11输入的光信号变换为电气信号的第1受光元件12；把通过第1透镜11和标准滤波器1输入的光信号变换为电气信号的第2受光元件13。

这些标准滤波器1、第1透镜11、第1受光元件12、第2受光元件13、第2透镜18被固定在托架(carrier)14上。该托架14比标准滤波器1充分大，而且由刚性强的材料构成，相当于实施例1中的支持物2。

进而，波长监视装置20具有检测温度信号的热敏电阻15。该热敏电阻15被直接固定在托架14上。

帕耳蒂冷却器(Peltier cooler)16与托架14的下面连接。通过使用来自热敏电组15的温度信号驱动蒂耳贴冷却器16，可以对每个托架14进行温度控制。由此，可以改变半导体激光器10的波长。

在模块封装17的壁面上具备把从波长监视装置20内的半导体激光器10输出并通过第2透镜18的激光取出到外部的窗口19。

以下，说明具有这样结构的半导体激光器模块的动作。从半导体激光器10向z轴的正负两方向输出具有在x轴方向振动的偏振面的激光。被输出到z轴正方向的激光(光信号)由第1透镜11调节为平行光。在此，通过半导体激光器10和第1透镜11的中心的轴成为光轴。被输出到另一方向的z轴负方向的激光由第2透镜19调节成平行光，通过窗口19作为信号光输出到模块封装17的外部。以下，说明监视被输出到第1透镜11一侧的光信号的情况。

通过了第1透镜11的激光(光信号)其光束断面的一半(在图7中是从光轴到x轴正方向侧的信号光的区域)直接输入到第1受光元件12。第1受光元件12沿着z轴方向在第1透镜11和标准滤波器1之间被配置成输入光信号的光束断面的一半，并且输入端面相对于光轴倾斜。第1受光元件12接收未通过标准滤波器1的来自半导体激光器10的光信号并检测其强度，输出功率监视信号。因为该功率监视信号与半导体激光器10的输出强度成比例，所以通过使用该信号控制对半导体激光器10的注入电流，可以把从半导体激光器10输出的激光稳定为任意的输出强度。此外，如图所示，因为第1受光元件12与标准滤波器1相比被配置在半导体激光器10一侧，所以其结构为从标准滤波器1输出的具有规定波长特性的透过光不入射到输入端面上。

第2受光元件13被配置在标准滤波器1的后段(z轴正方向)上并且输入端面相对于光轴倾斜。第2受光元件13接收从半导体激光器10输出并且未被第1受光元件接收到的信号光的剩余的光束断面成分中的、通过标准滤波器1的成分。而后，检测其强度，输出波长监视信号。该波长监视信号表示基于已通过的标准滤波器1的波长特性的波长鉴别特性。因而，通过使用根据该波长监视信号求得的波长和希望稳定化的目标波长的误差信号，控制对半导体激光器10的注入电流或者温度，可以使从半导体激光器10输出的激光的波长稳定化。此外，通过用由第1受光元件12输出的功率监视信号对该波长监视信号进行标准化，得到不依赖于来自半导体激光器10的激光强度变化的标准化波长监视信号，通过使用该标准化波长监视信号，可以实现更高精度的从半导体激光器10输出的激光的波长稳定化。

图8是展示作为标准滤波器1使用α-BBO晶体单体时的正常光线和异常光线相对光学轴角度_c的波长特性的温度依赖性的图。对于所使用的物理常数，异常光折射率n_e是1.53003，正常光折射率n_o是1.6502，异常光轴方向的折射率的温度系数dn_e/dT是-1.60×10^-5/K，正常光轴方向的折射率的温度系数dn_o/dT是-9.15×10^-6/K，线膨胀系数α_a是7.17×10^-6/K，线膨胀系数α_c是1.92×10^-6/K。

从该图8可知，通过使α-BBO晶体的光学轴角度_c在yz面内变化0度一90度，异常光轴方向可以在+9.5pm/℃到+21pm/℃，正常光轴方向可以在+2.5pm/℃到+21pm/℃之间，自由设定其温度特性。在以下的说明中，作为标准滤波器1的光学轴角度_c，列举设定在90度的情况的例子。

在本实施例2中，因为入射到标准滤波器1内的激光(光信号)与实施例1一样在标准滤波器1内作为正常光线传播，所以在上述条件下，标准滤波器1的晶体单体具有低至2.5pm/℃的温度特性。此外，因为在该光学轴角度_c(＝90度)下因光学轴角度_c的变化引起的温度依赖性少，所以激光角度偏差引起的温度特性的变化少。进而，标准滤波器1的光学轴角度_c被设定为垂直，并且入射端面也被设置成垂直，因此还可以抑制相对于光轴偏差的波长特性的变化。

此外，通过把标准滤波器1的厚度(z轴方向的晶体长度)设置为约3.6mm，把作为波长特性的周期间隔的FSR(自由光谱间隔)设定为25GHz，可以与ITU·T(International Telecommunication UnionTelecommunication Standardization Sector)栅极的25GHz间隔对应。

进而，因为用粘接剂(例如，EMERSON公司产的导电性粘接剂回波粘结(echo bond)SOLDER56C(商品名))将标准滤波器1固定在托架14上，所以如在实施例1中说明的那样，如果考虑标准滤波器1和托架14的刚性不同引起的有效的线膨胀系数以及因变形引起的光弹性效应产生的折射率变化，则在该状态下处于无温度依赖化条件附近。

即使在用热敏电阻15和帕耳蒂冷却器16把托架14上的部件控制在规定的温度的状态下，使模块封装17外的温度变化，模块封装17的温度也随着外部的温度变化而变化，但在模块封装17内的托架14上，从结构上看理想的是不引起温度变化。但是，实际上因为在热敏电阻15和各部件之间存在热阻抗，所以在各部件上产生微量的温度变化。

在本实施例2的波长监视装置20的构成中，当使外部气体从-20℃变化到+70℃的情况下，在标准滤波器1上产生约2℃的温度变化。因此，当标准滤波器1有温度依赖性的情况下，其波长特性变化，波长监视信号不表示正确的值。

图9是展示把外部气体设置为-20℃、+25℃、+70℃时的波长监视信号的图。被固定在托架14上的标准滤波器1在晶体单体时表现出2.5pm/℃的温度依赖性。但是，如在实施例1中说明的那样，对于被固定在处于无温度依赖化条件附近的托架14上的标准滤波器1，在使外部气体从-20℃变化到+70℃，标准滤波器1自身变化约2℃的情况下，也可以在被固定于托架14上的标准滤波器1全体(即，波长监视装置全体)中只产生小于等于±1pm的波长漂移。

如上所述，如果采样本实施例2，因为使得在把实施例1所示的标准滤波器1粘接在托架14上的状态下消除波长特性的温度依赖性那样地，构成调整作为标准滤波器1的材料的一轴性的双折射率晶体的c轴角度的波长监视装置20，所以该标准滤波器1可以满足无温度依赖化条件或者与其接近的条件。其结果，对波长监视信号可以除去因标准滤波器1的温度引起的变化，成为只依赖于半导体激光器10的振荡波长的高精度的信号。

此外，因为标准滤波器1的α-BBO晶体的光学轴角度_c被设定在90度，所以从图8可知，因为减少在其附近的光学轴角度_c的变化引起的温度特性的变化，所以可以抑制由激光角度偏差产生的温度特性的变化。进而，还可以抑制相对光轴偏差的波长特性的变化。

进而，本实施例2中的标准滤波器1被设置成输入输出端面与光轴垂直，但也可以设置成以不垂直的角度而倾斜。这种情况下，因为标准滤波器1的折射率，所以在标准滤波器1内传播的光轴相对入射光轴倾斜，但考虑到该倾斜只要设定成满足实施例1所述的无温度依赖化条件那样的光学轴角度_c即可。这样当相对于光轴使入射面倾斜而设置了标准滤波器1的情况下，具有来自标准滤波器1的波长特性的反射光不会返回半导体激光器10，可以得到更稳定的激光振荡的效果。此外，因为抑制经由第1透镜11以及半导体激光器10的端面对第1受光元件12以及第2受光元件13的杂散光，所以成为功率监视信号以及波长监视信号也不受上述反射光影响的结构。

进而，因为使第1受光元件12以及第2受光元件13的入射端面相对于光轴倾斜，所以来自第1受光元件12以及第2受光元件13的微量的反射光不会返回到第1透镜11以及半导体激光器10，可以抑制第1受光元件12以及第2受光元件13的各入射端面和第1透镜11或者半导体激光器10之间的标准滤波器效果。因而，可以得到更稳定的功率监视信号以及波长监视信号。

进而除此以外，只要是满足实施例1所述的无依赖化条件的材料，则可以使用CaCO₃晶体、LiIO₃晶体、β-BBO晶体等其他的任意的一轴性双折射晶体。这种情况下，通过改变光学角度_c，可以任意调节晶体单体的温度依赖性，因此使用任意的用于与托架14固定的手段(例如粘接剂3)都可以满足无温度依赖化条件。

进而，在该实施例2中，说明了把来自半导体激光器的激光设定为p偏振光，作为正常光线入射到标准滤波器1的情况，但也可以把来自半导体激光器的激光设定为s偏振光并作为异常光线入射。这种情况下，通过使用满足式(13)的光学轴角度_c，即使用满足在支持物固定状态下的无温度依赖化条件的光学轴角度_c，可以得到同样的效果。

如上所述，如果采用本发明，则通过在相对标准滤波器单体的c轴和光学轴角度_c的温度特性的变化中，考虑因标准滤波器和支持物的刚性不同引起的有效的线膨胀系数和因变形产生的光弹性效果引起的折射率变化，可以得到满足被固定在支持物上的标准滤波器的无温度依赖条件的结构。

本发明用于作为在利用了光纤的波分多路复用传送通信、高密度波分多路复用传送通信中使用的光源的半导体激光器的波长监视装置，此外适用于作为在该波长监视装置中使用的波长滤波器使用的情况。

Claims (12)

1.一种波长滤波器，包括：

透过光的固体材料；

形成在上述固体材料上的大致平行相对的平面；

在上述大致平行相对的平面以外的面上用粘接剂保持上述固体材料，并具有比上述固体材料更强的刚性的保持材料，

并且在上述大致平行相对的平面间使光共振，周期性选择由相对平面间的光路长度确定的波长，其特征在于：

上述固体材料是双折射材料，同时其光学轴与上述大致平行相对的平面的法线具有规定的角度。

2.根据权利要求1所述的波长滤波器，其特征在于：

上述大致平行相对的平面的法线和光学轴之间的规定的角度被设定成在固定上述保持材料和上述双折射材料的状态下，上述平面间的光路长度的温度系数具有规定的值。

3.根据权利要求2所述的波长滤波器，其特征在于：

上述波长滤波器通过设定上述大致平行相对的平面的法线和光学轴的角度，使得上述双折射材料和上述保持材料的线膨胀系数的差与上述双折射材料的折射率的积、上述双折射材料的热光学系数、在上述保持材料和上述双折射材料之间产生的因热变形引起的折射率变化的和的绝对值为最小。

4.根据权利要求3所述的波长滤波器，其特征在于：

上述双折射材料是α-BBO晶体、LiIO₃晶体、CaCO₃晶体、β-BBO晶体之一。

5.根据权利要求4所述的波长滤波器，其特征在于：

入射到上述双折射材料的光使用与正常光轴一致的偏振光，

在双折射材料是CaCO₃晶体的情况下，把光学轴相对于光轴的角度设置为约67度附近，

当双折射材料是α-BBO晶体的情况下，把光学轴相对于光轴的角度设置为约90度附近。

6.一种波长监视装置，检测从半导体激光器输出的激光的波长，包括：具有透过激光的固体材料、被形成在上述固体材料上的大致平行相对的平面，在上述大致平行相对的平面间使光共振，周期性选择由相对平面间的光路长度确定的波长的波长滤波器；根据上述波长滤波器的透过光测定激光的振荡波长的波长检测部件；用粘接剂在上述波长检测部件和上述大致平行相对的面以外的面上保持上述波长滤波器并具有比上述固体材料更强的刚性的保持材料，其特征在于：

上述固体材料是双折射材料，同时其光学轴与上述大致平行相对的平面的法线具有规定的角度。

7.根据权利要求6所述的波长监视装置，其特征在于：

从上述半导体激光器输出的激光在1个方向上被偏振，

上述大致平行相对的平面的法线和光学轴之间的规定角度被设定成在固定上述保持材料和上述双折射材料的状态下，上述平面间的光路长度的温度系数具有规定的值。

8.根据权利要求7所述的波长监视装置，其特征在于：

设定上述大致平行相对的平面的法线和光学轴的角度，使得上述双折射材料和上述保持材料的线膨胀系数的差与上述双折射材料的折射率的积、上述双折射材料的热光学系数、在上述保持材料和上述双折射材料之间产生的因热变形引起的折射率变化的和的绝对值为最小。

9.根据权利要求8所述的波长监视装置，其特征在于：

构成上述波长滤波器的上述双折射材料是α-BBO晶体、LiIO₃晶体、CaCO₃晶体、β-BBO晶体之一。

10、根据权利要求9所述的波长监视装置，其特征在于：

入射到上述双折射材料的光使用与正常光轴一致的偏振光，

在上述双折射材料是CaCO₃晶体的情况下，把其光学轴相对于光轴的角度设置为约67度附近，

当上述双折射材料是α-BBO晶体的情况下，把其光学轴相对于光轴的角度设置为约90度附近。

11.根据权利要求6所述的波长监视装置，其特征在于还包括：

调节从上述半导体激光器射出的激光的光束大小，把经调节后的激光输出到上述波长滤波器的透镜。

12.根据权利要求6所述的波长监视装置，其特征在于：

上述波长检测部件包括：

检测上述波长滤波器的透过光的第1光检测器；

直接检测从上述半导体激光器输出的激光的第2光检测器；

使用上述第1以及第2光检测器的检测信号的比，检测上述激光的振荡波长的波长检测单元。

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