DE60117670T2 - Wellenlängenstabilisiertes Lasermodul - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein wellenlängenstabilisiertes Lasermodul, das eine Wellenlängen stabilisierende Einheit verwendet, und insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein wellenlängenstabilisiertes Lasermodul, das eine Wellenlängen stabilisierende Einheit verwendet, die eine Wellenlänge emittierten Laserlichts mit hoher Genauigkeit zu stabilisieren vermag, wobei eine Struktur derselben vereinfacht und eine Größe derselben reduziert wird.
  • 2. Beschreibung der bekannten Technik
  • Ein Halbleiterlaser ist als Lichtquelle eines faseroptischen Kommunikationssystems verwendet worden. Insbesondere ist ein Halbleiterlaser mit einer einzigen axialen Mode, wie zum Beispiel ein DFB-(distributed feedback)-Laser, zur faseroptischen Kommunikation über Strecken von mehreren zehn Kilometern oder mehr verwendet worden, um Wellenlängenstreuung zu begrenzen. Auch wenn der DFB-Laser bei einer einzigen Wellenlänge oszilliert, wird seine Oszillationswellenlänge jedoch abhängig von der Temperatur der Halbleiterlaservorrichtung und/oder injizierten Stroms geändert. Außerdem wird bei dem faseroptischen Kommunikationssystem, bei dem es wichtig ist, die Stärke der Lichtausgabe einer Halbleiterlaserlichtquelle auf einem konstanten Niveau zu halten, die Steuerung herkömmlicher Weise so durchgeführt, dass die Temperatur der Halbleiterlaservorrichtung bzw. die Ausgabelichtstärke der Halbleiterlaserlichtquelle auf konstanten Niveaus gehalten werden. Indem die Temperatur der Halbleiterlaservorrichtung und der injizierte Strom auf konstanten Niveaus gehalten werden, kann im Grundsatz die Lichtausgabe und die Oszillationswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung konstant gehalten werden. Wenn jedoch die Qualität der Halbleiterlaservorrichtung aufgrund langzeitiger Nutzung verschlechtert ist, steigt der injizierte Strom an, der nötig ist, um die Lichtausgabe auf konstantem Niveau zu halten, wobei verursacht wird, dass sich die Oszillationswellenlänge ändert. Bei dem herkömmlichen faseroptischen Kommunikationssystem ist im Wesentlichen jedoch kein Problem aufgetreten, weil ein Umfang der Änderung der Oszillationswellenlänge gering ist.
  • In den letzten Jahren ist ein dichtes Wellenlängendivisionsmultiplex-(DWDM; engl.: dense wavelength division multiplexing)-Verfahren, bei dem mehrere Teile Licht, die jeweils eine unterschiedliche Wellenlänge haben, in eine optische Faser gemultiplext werden, zur Hauptströmung bei dem herkömmlichen faseroptischen Kommunikationssystem geworden, und das Intervall zwischen einer Mehrzahl von für das DSDM-System verwendeten Oszillationswellenlängen ist 100 GHz oder 50 GHz schmal geworden. In diesem Fall beträgt das Maß einer Wellenlängenstabilisierung, die für die Halbleiterlaservorrichtung, die als die Lichtquelle verwendet wird, gefordert wird, zum Beispiel eine Wellenlängenänderung innerhalb von ± 1 nm für eine Verwendung von 2 × 105 Stunden (etwa 25 Jahre). Daher ist die herkömmliche Wellenlängenstabilisierung durch Verwendung der herkömmlichen Steuerung für konstante Bauelementtemperatur und konstanter Lichtausgabe nicht ausreichend, um das gewünschte Maß an Wellenlängenstabilisierung zu erhalten. Auch wenn die Temperatur des Halbleiterlasers selbst erfolgreich gesteuert wird, so dass sie konstant bleibt, wird außerdem die Oszillationswellenlänge leicht geändert, wenn sich die Umgebungstemperatur um die Halbleiterlaservorrichtung herum ändert, und ein Umfang einer solchen leichten Änderung der Oszillationswellenlänge kann bei dem jüngsten herkömmlichen faseroptischen Kommunikationssystem zu einem Problem werden.
  • Um eine solche Änderung in der Oszillationswellenlänge des Halbleiterlaserlichts zu begrenzen, um dadurch die Oszillationswellenlänge zu stabilisieren, sind einige wellenlängenstabilisierte Vorrichtungen vorgeschlagen worden, wie zum Beispiel in JP H10-209546 A (japanisches Patent Nr. 2989775), JP H4-157780 A (japanisches Patent Nr. 2914748), JP H9-219554 A, JP H10-79723 und JP H9-121070. Jede der vorgeschlagenen wellenlängenstabilisierten Vorrichtungen benötigt jedoch eine große Anzahl an Teilen und viel Bauraum, so dass es schwierig wird, die wellenlängenstabilisierte Vorrichtung in dem im Allgemeinen verwendeten Gehäuse des herkömmlichen Halbleiterlasermoduls unterzubringen. Außerdem ist die Einstellung einer zu stabilisierenden Referenzwellenlänge schwierig und die Herstellungskosten werden hoch.
  • Andererseits schlägt die japanische Patentanmeldung Nr. 2000-67606, die dem Anmelder der vorliegenden Anmeldung übertragen wurde, die der europäischen Patentanmeldung Nr. 01250079.9 entspricht und im Folgenden als „frühere Anmeldung" bezeichnet wird, ein wellenlängenstabilisiertes Lasermodul vor, das die obigen Probleme zu lösen vermag. 10A zeigt ein Beispiel eines Aufbaus eines wellenlängenstabilisierten Lasermoduls, das in der früheren Anmeldung vorgeschlagen ist, und 10B zeigt einen Teil desselben in vergrößertem Maßstab. Das in 10A und 10B gezeigte wellenlängenstabilisierte Lasermodul weist einen Halbleiterlaser 801, der in einem Gehäuse 809 untergebracht ist, eine Linse 802, um von dem Halbleiterlaser emittiertes, in Rückwärtsrichtung streuendes Licht in ein paralleles Lichtbündel umzuwandeln, ein erstes photoelektrisches Umwandlungsbauteil 805, das einen Teil des durch die Linse 802 hindurch geführten parallelen Lichtbündels unmittelbar empfängt und den Lichtteil in ein elektrisches Signal umwandelt, ein Etalon-Filter 831, das einen anderen Teil des durch die Linse 802 hindurch geführten parallelen Lichtbündels empfängt, und ein zweites photoelektrisches Umwandlungsbauteil 806 auf, das durch das Etalon-Filter 831 hindurch geführtes Licht in ein elektrisches Signal umwandelt.
  • Der Halbleiterlaser 801 ist auf einem Substrat 807 befestigt, das mit einem Peltier-Element ausgestattet ist, so dass die Temperatur desselben während des Betriebs geregelt werden kann. Ein Lichteinfallswinkel des Etalon-Filters 831 kann durch einen winkelregelnden Mechanismus geregelt werden, der nicht gezeigt ist. Das erste photoelektrische Umwandlungsbauteil 805 und das zweite photoelektrische Umwandlungsbauteil 806 sind auf einem Trägersubstrat 849 parallel angeordnet, um einen Array-artigen optischen Detektor 804 zu bilden. Der optische Detektor 804 ist relativ zu einer optischen Achse des einfallenden Lichts geneigt, um zu verhindern, dass Licht zu dem Halbleiterlaser zurück reflektiert wird.
  • Das wie oben aufgebaute, wellenstabilisierte Lasermodul ist sehr genau, weist eine geringe Anzahl an Teilen auf, weist ein gutes Raumnutzungsvermögen auf und hat eine Größe, die klein genug ist, um in einem Gehäuse des Halbleiterlasermoduls untergebracht zu werden, das üblicherweise verwendet worden ist. Weil der Zusammenbau des wellenlängenstabilisierten Lasermoduls und die Positionsregulierung desselben einfach sind, können ferner die Herstellungskosten desselben bedeutsam verringert werden.
  • Wie oben erwähnt, ist es festgestellt worden, dass die bedeutsamen Wirkungen durch das in der früheren Anmeldung vorgeschlagene, wellenlängenstabilisierte Lasermodul erreicht werden können. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch verschiedene Experimente an dem vorgeschlagenen wellenlängenstabilisierten Lasermodul durchgeführt und festgestellt, dass das letztere wellenlängenstabilisierte Lasermodul einige zu verbessernde Stellen hat.
  • Die zu verbessernden Stellen werden im Einzelnen unter Bezugnahme auf 12 beschrieben, die graphische Darstellungen zeigt, die Verhältnisse einer Oszillationswellenlänge λ eines Halbleiterlasers auf der Abszisse und auf der Ordinate Ströme Im einer Stärke überwachenden PD (Photodiode), wenn von dem Halbleiterlaser emittiertes Laserlicht unmittelbar auf das photoelektrische Umwandlungsbauteil fällt, und eine Wellenlängen überwachenden PD veranschaulichen, wenn das abgegebene Licht auf das photoelektrische Umwandlungsbauteil fällt, nachdem es durch ein vorbestimmtes Filter hindurch durchgeführt wurde, wie zum Beispiel ein Etalon-Filter. Ferner, wie in der früheren Anmeldung beschrieben, wird die Oszillationswellenlänge des Halbleiterlasers nicht nur in Abhängigkeit einer Änderung der Temperatur des photoelektrischen Umwandlungsbauteils, sondern auch einer Änderung des injizierten Stroms des Halbleiterlasers geändert, wie in 13A und 13B gezeigt. Dem gegenüber wird die Lichtabgabe nicht nur durch eine Änderung des injizierten Stroms, sondern auch durch eine Änderung der Temperatur geändert, wie in den gleichen Figuren gezeigt. Betrachtet man einen Fall, bei dem die Oszillationswellenlänge des Halbleiterlasers auf eine Referenzwellenlänge λ0 gesteuert wird, während die optische Ausgabe desselben konstant gehalten wird, ist es auf der Grundlage der in 12 gezeigten graphischen Darstellung möglich, gleichzeitig die Oszillationswellenlänge und ausgegebenes Licht des Halbleiterlasers zu steuern, indem der von der Stärke überwachenden PD detektierte Strom Ipd1 und der von der Wellenlängen überwachenden PD detektierte Strom Ipd2 gesteuert wird, so dass (Ipd1 + Ipd2) und (Ipd1 – Ipd2) jeweils konstant werden. Diese Steuerung kann umgesetzt werden, indem wenigstens einer des injizierten Stroms und der Temperatur des Halbleiterlasers gesteuert werden, wie aus 12 ersichtlich wird.
  • Gemäß verschiedenen von den vorliegenden Erfindern durchgeführten Experimenten ist es jedoch festgestellt worden, dass die Stabilität der Oszillationswellenlänge des in 10 gezeigten, wellenlängenstabilisierten Lasermoduls weiter verbessert werden kann. Das heißt, der Strom des ersten photoelektrischen Umwandlungsbauelements 805 bei dem in 10 gezeigten wellenlängenstabilisierten Lasermodul, das heißt, die Stärke überwachende PD, wie von den Bereichen Q1 bis Q4 gezeigt. Davon ausgehend ist es festgestellt worden, dass, wenn die Wellenlängenabhängigkeit des Stroms des ersten photoelektrischen Umwandlungsbauelements (PD) stärker an die Wellenlängenabhängigkeit der Stärke überwachenden PD, die abhängig von der Wellenlänge eine instabile Änderung zeigte, die wie in 12 durch die durchgezogene Linie gezeigt ist, angepasst wird, die Oszillationswellenlängensteuerung sehr genau durchgeführt werden kann. Auf der Grundlage dieses Wissens, ist die Ursache des Auftretens der instabilen Bereiche Q1 bis Q4 untersucht werden, und es wurde festgestellt, dass die instabile Wellenlängenabhängigkeit des Stroms der Stärke überwachenden PD, wie durch Q1 bis Q4 in 12 gezeigt, aufgrund von Streulicht auftritt, das auf das erste photoelektrische Umwandlungsbauelement 805 einfällt, welches Reflexionslicht 850, das ein Teil des Lichtbündels ist, das auf eine Seitenfläche 833 des Filters 831 einfällt und von der Seitenfläche 833 des photoelektrischen Umwandlungsbauelements 805 reflektiert wird, und gemultiplextes Reflexionslicht 852 enthält, das ein Licht ist, das auf die Seitenfläche 833 einfällt und vom photoelektrischen Umwandlungsbauelement 805 reflektiert wird, nachdem es mehrmals innerhalb des Filters 831 reflektiert wurde.
  • In dem Dokument JP 58 056539 ist eine Wellenlängen stabilisierende Einheit offenbart, die einen Halbleiterlaser, ein erstes und ein zweites photoelektrisches Umwandlungsbauelement, die beide einen Teil eines Laserlichts erhalten, das ausgehend von einer vorbestimmten Emissionsstelle des Halbleiterlasers emittiert wird, ein Wellenlängenfilter, das einen Teil des von dem Halbleiterlaser emittierten Laserlichts erhält, und ein zweites photoelektrisches Umwandlungsbauelement umfasst, das durch das Wellenlängenfilter hindurch geführtes Licht empfängt Aus dem Dokument EP 0 390 525 ist Festkörperlaservorrichtung bekannt, bei der eine Halbleiterlaservorrichtung zum optischen Pumpen verwendet wird. Die Halbleiterlaservorrichtung ist auf einem Temperaturregler befestigt. Erste und zweite Photodetektoren sind an der Rück seite der Halbleiterlaservorrichtung angeordnet, wobei die Oberflächennormale der Photodetektoren unter einem Winkel zu der optischen Achse dieser Vorrichtung orientiert ist. Der erste Photodetektor empfängt das von der Halbleiterlaservorrichtung emittierte Licht unmittelbar, wohingegen der zweite Photodetektor das Licht durch eine Filterplatte erhält, die an einer Licht empfangenden Oberfläche desselben vorgesehen ist. Auf der Grundlage der Ausgabe der Photodetektoren wird die Temperatur der Halbleiterlaservorrichtung geregelt, um die Wellenlänge des von der Halbleiterlaservorrichtung emittierten Laserlichts einzustellen.
  • JP 58 056539 offenbart nicht, dass ein Wellenlängenfilter so angeordnet ist, dass Streulicht, das Licht enthält, das auf eine Seitenfläche des Wellenlängenfilters einfällt und von der Seitenfläche reflektiert wird, und Licht enthält, das auf die Seitenfläche des Wellenlängenfilters einfällt und innerhalb des Wellenlängenfilters mehrmals reflektiert wird, davon abgehalten wird, durch das Wellenlängenfilter auf ein erstes photoelektrisches Umwandlungsbauelement zu fallen.
  • Sowohl in JP 58 056539 als auch in EP 0 390 525 ist es nicht offenbart, dass Seitenflächen des Wellenlängenfilters aufgeraut sind, um die Seitenflächen irregulär zu machen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben genannten Probleme zu lösen, und hat eine Aufgabe, um ein wellenlängenstabilisiertes Lasermodul unter Verwendung einer kostengünstigen Wellenlängen stabilisierenden Einheit bereitzustellen, das in der Lage ist, eine Oszillationswellenlänge eines Halbleiterlasers mit größerer Genauigkeit zu stabilisieren, indem Strom eines photoelektrischen Umwandlungsbauelements zum Überwachen der Stärke von Laserlicht stabilisiert wird, indem darauf einfallendes Streulicht beschränkt wird, die Größe desselben auf eine Größe zu reduzieren, die klein genug ist, in einem Gehäuse eines konventionellen Halbleiterlasermoduls eingeschlossen zu werden, die Anzahl von Teilen zu reduzieren und sehr einfach und sehr genau eine Referenzwellenlänge einzustellen, bei der die Oszillationswellenlänge zu stabilisieren ist.
  • Um die obige Aufgabe zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung ein wellenlängenstabilisiertes Lasermodul gemäß Anspruch 1 bereit. Spezielle Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Die oben genannte Wellenlängen stabilisierende Einheit und das wellenlängenstabilisierte Lasermodul, das die Wellenlängen stabilisierende Einheit verwendet, gemäß der vorliegenden Erfindung sind mit einer minimalen Anzahl an Teilen aufgebaut und können einfach gesteuert werden. Daher ist es möglich, das vorliegende wellenlängenstabilisierte Lasermodul auch in ein kleines Gehäuse für ein herkömmliches Halbleiterlasermodul zu integrieren, das keine Wellenlängen stabilisierende Einheit aufweist.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1A zeigt eine Hauptkonstruktion einer Wellenlängen stabilisierenden Einheit gemäß einer ersten veranschaulichenden Ausführungsform;
  • 1B zeigt einen Bereich P1 in 1A in vergrößertem Maßstab;
  • 2A zeigt eine Modifikation der Hauptkonstruktion der in 1A gezeigten Wellenlängen stabilisierenden Einheit;
  • 2B zeigt einen Bereich P2 in 2A in vergrößertem Maßstab;
  • 3 zeigt ein Beispiel eines wellenlängenstabilisierten Lasermoduls, das aufgebaut wird, indem die Wellenlängen stabilisierende Einheit gemäß der ersten veranschaulichenden Ausführungsform und eine LD in einem einzelnen Gehäuse integriert werden;
  • 4A zeigt eine Hauptkonstruktion der Wellenlängen stabilisierenden Einheit gemäß einer zweiten veranschaulichenden Ausführungsform;
  • 4B zeigt einen Bereich P3 in 4A in vergrößertem Maßstab;
  • 5A zeigt eine Modifikation der Hauptkonstruktion der Wellenlängen stabilisierenden Einheit gemäß der zweiten veranschaulichenden Ausführungsform;
  • 5B zeigt einen Bereich P4 in 5A in vergrößertem Maßstab;
  • 6A zeigt eine weitere Modifikation der Hauptkonstruktion der Wellenlängen stabilisierenden Einheit gemäß der zweiten veranschaulichenden Ausführungsform;
  • 6B ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Wellenlängenfilters, der bei der Wellenlängen stabilisierenden Einheit gemäß der zweiten veranschaulichten Ausführungsform verwendet wird;
  • 7A zeigt in Querschnitten entlang der Linien X-X' und Y-Y' in 6B eine Modifikation mit Seitenflächen des Wellenlängenfilters, die mittels eines Beschichtungsfilms eines vorbestimmten Materials beschichtet sind, eine Modifikation, die nicht in den Umfang der unabhängigen Ansprüche fällt;
  • 7B zeigt Querschnitte entlang der Linien X-X' und Y-Y' in 6B mit den aufgerauten Seitenflächen des Wellenlängenfilters;
  • 8 zeigt eine weitere Modifikation der Hauptkonstruktion der Wellenlängen stabilisierenden Einheit gemäß der zweiten veranschaulichenden Ausführungsform, eine Modifikation, die nicht in den Umfang der unabhängigen Ansprüche fällt;
  • 9A zeigt ein Beispiel eines wellenlängenstabilisierten Lasermoduls, das aufgebaut wird, indem die Wellenlängen stabilisierende Einheit gemäß der zweiten veranschaulichten Ausführungsform und eine LD in einem einzelnen Gehäuse integriert werden, bei dem die Wellenlängen stabilisierende Einheit in 4A gezeigt ist.
  • 9B zeigt ein Beispiel eines wellenlängenstabilisierten Lasermoduls, das aufgebaut wird, indem die Wellenlängen stabilisierende Einheit gemäß der zweiten veranschaulichten Ausführungsform und eine LED in einem einzelnen Gehäuse integriert werden, bei dem die Wellenlängen stabilisierende Einheit in 6A gezeigt ist.
  • 10A zeigt einen Aufbau des in der früheren Anmeldung offenbarten wellenlängenstabilisierten Lasermoduls;
  • 10B zeigt einen Bereich E in 10A in vergrößertem Maßstab;
  • 11 ist eine Aufsicht eines in 10A gezeigten optischen Detektors;
  • 12 ist eine graphische Darstellung, die ein Verhältnis zwischen Strömen einer Stärke überwachenden PD und einer Wellenlängen überwachenden PD von Laserlicht und Wellenlänge des Laserlichts eines Halbleiterlasers zeigt;
  • 13A ist eine graphische Darstellung zum Erläutern von Gründen für eine Variation einer optischen Ausgabe und Wellenlängen eines Halbleiterlasers, die dessen Abhängigkeit von injiziertem Strom zeigt;
  • 13B ist eine graphische Darstellung zum Erläutern von Gründen für eine Variation einer optischen Ausgabe und Wellenlängen eines Halbleiterlasers, die dessen Temperaturabhängigkeit zeigt;
  • 14 ist eine perspektivische Ansicht eines Etalon-Filters, die eine grundlegende Struktur desselben zeigt;
  • 15 ist ein Transmissionsspektrums eines Etalon-Filters, das ein Verhältnis zwischen Wellenlänge und Transmission zeigt;
  • 16 ist ein Transmissionsspektrum eines Etalon-Filters, das die Wellenlängen stabilisierende Funktion des Etalon-Filters zeigt.
  • 17 ist ein Transmissionsspektrums eines Etalon-Filters, das Transmissionscharakteristika des Etalon-Filters zeigt;
  • 18A bis 18E sind ein Transmissionsspektrum eines Etalon-Filters, das eine Variation von Spitzenwellenlängen zeigt;
  • 19 veranschaulicht eine Parallelität von durch eine optische Linse hindurch geführtem Licht;
  • 20 ist eine graphische Darstellung, die ein Verhältnis zwischen einem Ablenkungswinkel eines Lichtstrahls und einer empfangenden Lichtwellenlängenbreite pm zeigt;
  • 21 ist ein Transmissionsspektrum eines Etalon-Filters, das die Temperaturabhängigkeit von Transmissionscharakteristika des Etalon-Filters zeigt; und
  • 22 ist ein Transmissionsspektrum eines Etalon-Filters, das die Temperaturabhängigkeit von Transmissionscharakteristika des Etalon-Filters zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die vorliegende Erfindung wird im Einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind gleiche konstruktive Komponenten jeweils durch gleiche Bezugszeichen angegeben und werden bei ihrem ersten Auftreten beschrieben.
  • Eine detaillierte Beschreibung derselben beim nachfolgenden Auftreten wird jedoch weggelassen, um Wiederholung zu vermeiden.
  • 1A bis 2B zeigen Konstruktionen von Wellenlängen stabilisierenden Einheiten, bei denen Laserdioden (LDs), die hier nicht gezeigt sind, in weiteren Modulen integriert sind und von den LDs emittiertes Licht jeweils durch optische Fasern 14 zu den Wellenlängen stabilisierenden Einheiten geführt sind.
  • Bezugnehmend auf 1A, umfasst eine Wellenlängen stabilisierende Einheit 110 gemäß einer ersten veranschaulichten Ausführungsform ein Wellenlängenfilter 31 mit einer Lichttransmission, die abhängig von der Wellenlänge von Laserlicht kontinuierlich geändert wird, und einen optischen Detektor 4. Das Wellenlängenfilter 31 und der optische Detektor 4 sind auf einem Substrat 71 befestigt und einem Gehäuse 91 untergebracht. Der optische Detektor 4 weist einen Aufbau auf, der mit dem optischen Detektor 804, der in 11 gezeigt ist, vergleichbar ist, und weist ein erstes photoelektrisches Umwandlungsbauelement 5 und ein zweites photoelektrisches Umwandlungsbauelement 6 auf, die parallel auf einem abstützenden Substrat 49 angeordnet sind, um einen Array-artigen optischen Detektor zu bilden. Das erste photoelektrische Umwandlungsbauelement 5 empfängt einen Teil des Lichts 56 unmittelbar, dass divergierend von einer emittierenden Stelle 58 eines Halbleiterlasers emittiert wird, der in einem Endbereich der optischen Faser 14, die in das Gehäuse 91 geführt ist, angeordnet ist, und wandelt es in ein elektrisches Signal A um. Das zweite photoelektrische Umwandlungsbauelement 5 empfängt einen anderen Teil des Lichts 56, nachdem er durch das Wellenlängenfilter 31 hindurch gegangen ist, und wandelt es in ein elektrisches Signal B um. Ein Arbeitsstromkreis 8 verarbeitet die elektrischen Signale A und B. Ein Einfallswinkel von auf das Wellenlängenfilter 31 einfallenden Lichts kann mittels eines Winkel regulierenden Mechanismus, der nicht gezeigt ist, geregelt werden und ein seitlicher Stirnflächenbereich P1 des Wellenlängenfilters 31 ist so hergestellt, dass die seitlichen Stirnflächen eine gerade Linie nicht kreuzen, die die Licht emittierende Stelle 58 und einen Randbereich 317 einer Einfallsoberfläche 311 des Wellenlängenfilters 31, wie in 1B gezeigt, verbindet. Im Einzelnen, ist, wenn man annimmt, dass der Winkel zwischen der geraden Linie, die die Licht emittierende Stelle 58 und den Randbereich der Einfallsoberfläche 311 verbindet, α Grad beträgt und ein Winkel zwischen der seitlichen Stirnfläche 313 und der Einfallsoberfläche 311 β Grad beträgt, wie in 1B gezeigt, die seitliche Stirnfläche 313 zum Beispiel durch Polieren so gefertigt, dass eine Gleichung (180 – α) ≥ β erfüllt wird. Eine solche Bearbeitung wird auch wenigstens für einen Bereich der anderen seitlichen Stirnflächen durchgeführt, die mit dem emittierten Licht 56 bestrahlt werden.
  • Das Wellenlängenfilter 31 und der optische Detektor 4 sind in geneigtem Verhältnis zu einer Ebene senkrecht zu der optischen Achse des emittierten Lichts 56 angeordnet, um Licht zu beseitigen, das von der Licht emittierenden Stelle 58 zurück reflektiert wird. Wenn die seitlichen Stirnflächen 313 des Wellenlängenfilters 31 die optische Achse des emittierten Lichts 56 nicht kreuzen, können das Wellenlängenfilter 31 und der optische Detektor 4 parallel zu der Ebene senkrecht zu der optischen Achse des emittierten Lichts 56 angeordnet sein.
  • Bei der Wellenlängen stabilisierenden Einheit 110 gemäß dieser Ausführungsform wird von einer LD (nicht gezeigt) emittiertes Licht durch die optische Faser zu dem Gehäuse 91 geführt und ausgehend von der Licht emittierenden Stelle 58 als das emittierte Licht 56 in dem Gehäuse 91 divergierend emittiert. Ein Teil des emittierten Lichts 56 fällt unmittelbar auf das erste photoelektrische Umwandlungsbauelement 6 und wird dadurch in das elektrische Signal A umgewandelt. Ein anderer Teil des emittierten Lichts 56 fällt auf das Wellenlängenfilter 31. Das Wellenlängenfilter 31 gibt Licht mit einer Stärke aus, die von der Wellenlänge des einfallenden Lichts abhängt, und das ausgegebene Licht fällt auf das zweite photoelektrische Umwandlungsbauelement 6 und wird dadurch in das elektrische Signal B umgewandelt. Daher trägt das elektrische Signal A eine Information über die optische Ausgabe der LD zu diesem Zeitpunkt und trägt das elektrische Signal B eine Information, die die Information über die optische Ausgabe der LD zu diesem Zeitpunkt und die Information über die Wellenlänge des Lichts von der LD zu diesem Zeitpunkt enthält. Indem der Winkel der Einfallsoberfläche 311 des Wellenlängenfilters 31 relativ zu der optischen Achse geeignet geregelt wird, kann das elektrische Signal B eine Information über eine Wellenlängenvariation innerhalb eines Bereichs übertragen, der eine mittlere Wellenlänge aufweist, die der Referenzwellenlänge λ0 entspricht, die ein angestrebter Wert ist, bei dem die Wellenlänge stabilisiert werden soll.
  • Bei der Wellenlängen stabilisierenden Einheit 110 werden die elektrischen Signale A und B dem Arbeitsstromkreis 8 zugeführt. Der Arbeitsstromkreis 8 detektiert einen Variation der Lichtausgabe der LD und eine Variation der Oszillationswellenlänge aus einer Summe der elektrischen Signale A und B und einer Differenz zwischen dem elektrischen Signal A und dem elektrischen Signal B und führt kontinuierlich ein Steuersignal 85 zu wenigstens einer einer Vorrichtung zum Regeln von injiziertem Strom und einer Vorrichtung zur Temperaturregelung für die LD zurück, die nicht gezeigt sind, so dass die Lichtausgabe und die Oszillationswellenlänge vorbestimmte Werte annehmen, die durch eine gewünschte Lichtausgabe und die Referenzwellenlänge λ0 festgelegt sind, um die Lichtausgabe der LD und die Oszillationswellenlänge zu stabilisieren.
  • Die Wellenlängen stabilisierende Einheit 110 gemäß dieser Ausführungsform benötigt keinen derartigen Teil, wie einen Strahlteiler, der herkömmlicher Weise verwendet wird, um ein wel lenlängenabhängiges Signal und ein wellenlängenunabhängiges Signal zu erhalten, so dass die Anzahl an Teilen gering ist und der Raumnutzungsgrad hoch ist. Daher kann die Größe der wellenlängen stabilisierenden Einheit klein genug gemacht werden, um in einem Gehäuse des herkömmlichen Halbleiterlasermoduls untergebracht zu werden. Weil die Arbeit zum Zusammenbau derselben und die Justage während der Herstellung der Wellenlängen stabilisierenden Einheit einfach und leicht sind, gibt es ferner einen Vorzug dahingehend, dass die Herstellungskosten der Wellenlängen stabilisierenden Einheit bedeutsam verringert werden können. Weil, wie zuvor erwähnt, wenigstens ein Teil der seitlichen Stirnfläche des Wellenlängenfilters 31, der mit dem emittierten Licht 56 bestrahlt wird, so bearbeitet ist, dass die Seitenfläche, die gerade Linie, die die Licht emittierende Stelle 58 und den Randbereich der Einfallsoberfläche 311 des Wellenlängenfilters 31 verbindet, nicht kreuzt, gibt es ferner kein Streulicht, das von der seitlichen Stirnfläche reflektiertes Licht, das auf die seitliche Stirnfläche des Wellenlängenfilters einfällt und mehrmals innerhalb des Wellenlängenfilters reflektiert wird, so dass die Lichtausgabe und die Oszillationswellenlänge mit höherer Genauigkeit stabilisiert werden können.
  • Nun wird eine Modifikation dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf 2A und 2B beschrieben. Die in 2A gezeigte, Wellenlängen stabilisierende Einheit 110a, die zur Modifikation der ersten veranschaulichten Ausführungsform ist, weist ein Wellenlängenfilter 32 auf. Das Wellenlängenfilter 32 ist so angeordnet, dass ein Abstand h1 zwischen einem ersten Randbereich 327 nahe einer optischen Achse des emittierten Lichts 56 und der Licht emittierenden Stelle 58 entlang der optischen Achse größer als ein Abstand h2 zwischen einem zweiten Randbereich 328 entfernt von der optischen Achse und der Licht emittierenden Stelle 58 entlang der optischen Achse ist, wie in 2B gezeigt. Wenn seitliche Stirnflächen einschließlich einer seitlichen Stirnfläche 323 des Wellenlängenfilters 32 relativ zu einer Einfallsoberfläche 321 des Wellenlängenfilters 32 im rechten Winkel gefertigt sind, wird daher wenigstens die seitliche Stirnfläche 323 eine gerade Linie nicht schneiden, die die Licht emittierende Stelle 58 und den Randbereich der Einfallsoberfläche 321 des Wellenlängenfilters 32 verbindet, was zu einem mit dem bei der Wellenlängen stabilisierenden Einheit 110 erreichbaren, vergleichbaren Effekt führt.
  • 3 zeigt ein wellenlängenstabilisiertes Lasermodul 100, das zusammen mit der Wellenlängen stabilisierenden Einheit 110 und einer LD 1 in einem Gehäuse 92 untergebracht ist. Es ist in diesem Fall natürlich auch möglich, die Wellenlängen stabilisierende Einheit 110a anstelle der Wellenlängen stabilisierenden Einheit 100 ersatzweise einzusetzen. Bezug nehmend auf 3, erhält das erste photoelektrische Umwandlungselement 5 unmittelbar einen Teil des Lichts 56, das divergierende von einer Licht emittierenden Stelle 58L emittiert wird, die ein Ausgabeende der LD ist, und wandelt es in ein elektrisches Signal A um, und das zweite pho toelektrische Umwandlungsbauelement 6 erhält einen anderen Teil des emittierten Lichts 56, das durch das Wellenlängenfilter 31 hindurch gegangen ist, und wandelt es in ein elektrisches Signal B um. Die LD 1 ist auf einem Substrat 72 befestigt, das zum Beispiel mit einem Peltier-Element ausgestattet ist, so dass eine Betriebstemperatur desselben geregelt werden kann. Das Wellenlängenfilter 31 und der optische Detektor 4 sind relativ zu einer Ebene senkrecht zu der optischen Achse des emittierten Lichts 56 geneigt angeordnet, so dass von dem Wellenlängenfilter 31 und dem optischen Reflektor 4 reflektiertes Licht nicht unmittelbar zurück zu der Licht emittierenden Stelle 58L gerichtet wird, in diesem Fall die LD 1.
  • Ferner sind eine optische Faserkopplungslinse 18, ein optischer Isolator 27 und ein Thermistor 29 zur Temperaturdetektion, etc. auf dem gleichen Substrat 72 befestigt. Das diese Komponenten darauf aufweisende Substrat 72 ist in das Gehäuse 92 integriert, das eine zu der des Gehäuses des herkömmlichen Halbleiterlasermoduls vergleichbare Größe haben kann, zusammen mit der LD 1 und der Wellenlängen stabilisierenden Einheit 110, und ein Signallicht zur optischen Kommunikation wird von einer optischen Faser 114 zugeführt, die mit dem Gehäuse verbunden ist. Wie erwähnt, ist die Temperatur des Substrats 92 durch das darauf befestigte Peltier-Element steuerbar, so dass die Temperatur der LD 1 gesteuert wird, um eine Oszillationswellenlänge der LD 1 zu stabilisieren und um alle optischen Elemente in dem Gehäuse 92 auf eine konstante Temperatur zu steuern. Weil der Oszillationswellenlängen stabilisierende Betrieb des wellenlängenstabilisierten Lasermoduls 100 der gleiche wie der der Wellenlängen stabilisierenden Einheit 110 ist, werden Einzelheiten desselben abgesehen davon weggelassen, dass das Steuersignal 85 zu einer Vorrichtung zur Regelung injizierten Stroms und dem Peltier-Element als der Temperatur regelnden Vorrichtung der LD 1, die nicht gezeigt sind, zurückgeführt wird.
  • Das wellenlängenstabilisierte Lasermodul, das aufgebaut ist, indem die LD 1 und die Wellenlängen stabilisierende Einheit 110 integriert werden, kann die optische Ausgabe und die Oszillationswellenlängen desselben mit höherer Genauigkeit stabilisieren ohne Notwendigkeit, Teile zu verwenden, wie der Strahlteiler, der üblicherweise verwendet wird, um ein wellenlängenabhängiges Signal und ein wellenlängenunabhängiges Signal zu erhalten. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es daher möglich, die Anzahl an Teilen des wellenlängenstabilisierten Lasermoduls zu reduzieren und eine gute Raumausnutzung zu erhalten, so dass die Größe des wellenlängenstabilisierten Moduls klein genug gemacht werden kann, um auch in dem Gehäuse des herkömmlichen Halbleiterlasermoduls aufgenommen zu werden, weil die Arbeit zum Zusammenbau und die Justage während der Fertigung desselben einfach sind, können ferner die Herstellungskosten desselben bedeutsam verringert werden.
  • Unter Bezugnahme auf 4A bis 6B wird nun eine zweite Ausführungsform der Wellenlängen stabilisierenden Einheit der vorliegenden Erfindung und Modifikationen derselben beschrieben. Bei jeder der zweiten Ausführungsform und der Modifikationen derselben ist eine LD (nicht gezeigt) in einem separaten Modul integriert und von der LD emittiertes Laserlicht wird wie bei der ersten Ausführungsform über eine optische Faser 14 zu der Wellenlängen stabilisierenden Einheit geführt.
  • Bezugnehmend auf 4A weist die Wellenlängen stabilisierende Einheit 112 der zweiten Ausführungsform eine optische Linse 2 als Lichtbündel parallelisierende Einrichtung zum Umwandeln eines divergenten Lichts 56, das ausgehend von der emittierenden Stelle 58 emittiert wird, in ein paralleles Lichtbündel, ein Wellenlängenfilter 33 mit einer Transmission, die abhängig von der Wellenlänge kontinuierlich geändert wird, und einen optischen Detektor 4 auf, die alle auf einem Substrat 73 befestigt und in einem Gehäuse 93 untergebracht sind. Die optische Linse 2 wirkt, um das divergierende Laserlicht 56, das ausgehend von der emittierenden Stelle 58 emittiert wird, die in einen Endbereich der optischen Faser 14 eingesetzt ist, die in das Gehäuse 93 hineingeführt ist, in ein paralleles Lichtbündel 57 umzuwandeln. Das erste photoelektrische Umwandlungsbauelement 5 empfängt unmittelbar einen Teil des parallelen Lichtbündels 57 und wandelt es in ein elektrisches Signal A um und das zweite photoelektrische Umwandlungsbauelement 6 empfängt einen anderen Teil des parallelen Lichtbündels 57, nachdem es durch das Wellenlängenfilter 33 hindurchgegangen ist, und wandelt es in ein elektrisches Signal B um. Die elektrischen Signale A und B werden einem Arbeitsstromkreis 8 zugeführt. Ein Einfallswinkel von Licht auf das Wellenlängenfilter 33 wird durch einen winkelregulierenden Mechanismus geregelt, der nicht gezeigt ist, und seitliche Stirnflächen des Wellenlängenfilters 33 sind so gefertigt, dass die seitlichen Stirnflächen eine gerade Linie nicht schneiden, die an einem Randbereich einer Einfallsoberfläche 331 des Wellenlängenfilters 33 vorbei verläuft und sich parallel zu einer optischen Achse 55 des parallelen Lichtbündels 57 erstreckt, wie in 4B gezeigt. Im Einzelnen ist, wenn man annimmt, dass ein Winkel zwischen der optischen Achse 55 und der Einfallsoberfläche 331 α Grad beträgt und ein Winkel zwischen der seitlichen Stirnfläche 333 und der Einfallsoberfläche 331 β Grad beträgt, wie in 4B gezeigt, die seitliche Stirnfläche 333 beispielsweise durch Polieren, so gefertigt, dass eine Gleichung (180 – α) ≥ β erfüllt wird. Andere seitliche Stirnflächen als die seitliche Stirnfläche 333, auf die das parallele Lichtbündel 57 einfällt, sind vergleichbar bearbeitet. Das Wellenlängenfilter 33 und der optische Detektor 4 sind relativ zu einer Ebene senkrecht zu der optischen Achse 55 so geneigt angeordnet, dass dadurch reflektiertes Licht nicht zurück zu der Licht emittierenden Stelle 58 gerichtet wird.
  • Die Wellenlängen stabilisierende Einheit 112 dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der Wellenlängen stabilisierenden Einheit 110 der ersten Ausführungsform nur darin, dass die optische Linse 2 zwischen der Licht emittierenden Stelle 58 und dem Wellenlängenfilter 31 der ersten Ausführungsform als die Lichtbündel parallelisierende Einrichtung vorgesehen ist und die seitliche Stirnfläche 333 des Wellenlängenfilters 33 so bearbeitet ist, dass die seitliche Stirnfläche die gerade Linie nicht schneidet, die am Randbereich der Einfallsoberfläche 331 des Wellenlängenfilters 33 vorbei verläuft und sich parallel zu einer optischen Achse 55 des parallelen Lichtbündels 57 erstreckt. Der Betrieb der Wellenlängen stabilisierenden Einheit 112 der zweiten Ausführungsform ist mit dem der ersten Ausführungsform vergleichbar.
  • Das bedeutet, dass bei der Wellenlängen stabilisierenden Einheit 112 der zweiten Ausführungsform das von der LD (nicht gezeigt) emittierte Laserlicht durch die optische Faser 14 in das Gehäuse 93 hineingeführt und in dem Gehäuse 93 ausgehend von der Licht emittierenden Stelle 58 divergierend emittiert wird, wenn das emittierte Licht 56 von der Linse 2 zu dem parallelen Lichtbündel 57 parallelisiert wird. Ein Teil des Lichtbündels 57 fällt unmittelbar auf das erste photoelektrische Umwandlungsbauelement 5 ein und wird dadurch in das elektrische Signal A umgewandelt. Ein anderer Teil des Lichtbündels 57 fällt auf das Wellenlängenfilter 33 ein. Das Wellenlängenfilter 33 gibt Licht mit einer von der Wellenlänge des einfallenden Lichts abhängenden Stärke aus und das ausgegebene Licht fällt auf das zweite photoelektrische Umwandlungsbauelement 6 und wird dadurch in das elektrische Signal B umgewandelt. Daher überträgt das elektrische Signal A eine Information über die optische Ausgabe der LD zu diesem Zeitpunkt und überträgt das elektrische Signal B eine Information, die die Information über die optische Ausgabe der LD zu diesem Zeitpunkt und die Wellenlänge des Lichts von der LD zu diesem Zeitpunkt enthält. Indem der Winkel der Einfallsoberfläche 331 des Wellenlängenfilters 33 relativ zu der optischen Achse geeignet geregelt wird, kann das elektrische Signal B eine Information über eine Wellenlängenvariation innerhalb eines Bereichs mit einer zentralen Wellenlänge übertragen, die der Referenzwellenlänge λ0 entspricht, welche ein angestrebter Wert ist, bei dem die Wellenlänge stabilisiert werden soll.
  • Bei der in 4B gezeigten, Wellenlängen stabilisierenden Einheit 112 werden die elektrischen Signale A und B dem Arbeitsstromkreis 8 zugeführt. Der Arbeitsstromkreis 8 detektiert eine Variation der Lichtausgabe der LD und eine Variation der Oszillationswellenlänge aus einer Summe der elektrischen Signale A und B und einer Differenz zwischen dem elektrischen Signal A und dem elektrischen Signal B und führt ein Steuersignal 85 zu wenigstens einer einer Vorrichtung zum Regulieren injizierten Stroms und einer temperaturregulierenden Vorrichtung der LD, die nicht gezeigt sind, zurück, so dass die Lichtausgabe und die Oszillationswellenlänge der LD vorbestimmte Werte annehmen, um die Lichtausgabe der LD und die Oszillationswellenlänge zu stabilisieren.
  • Die Wellenlängen stabilisierende Einheit 112 gemäß dieser Ausführungsform kann aufgebaut werden, indem nur die Licht parallelisierende Einrichtung, wie zum Beispiel die Linse 2, hinzugefügt wird, um das emittierte Licht 56 zu dem parallelen Lichtbündel der ersten Ausführungsform zu parallelisieren. Daher kann die Größe der Wellenlängen stabilisierenden Einheit klein genug gemacht werden, um in einem Gehäuse des herkömmlichen Halbleiterlasermoduls untergebracht zu werden, wobei die optische Ausgabe konstant gehalten wird und die Oszillationswellenlänge weiter stabilisiert wird, indem Streulicht ausgeschlossen wird. Weil der Zusammenbau derselben und die Justage während der Herstellung der Wellenlängen stabilisierenden Einheit einfach und leicht sind, gibt es ferner einen Vorteil dahingehend, dass die Herstellungskosten bedeutsam verringert werden können. Indem das divergente Licht 56 zu dem parallelen Lichtbündel 57 parallelisiert wird, kann ferner das Signal-Rausch-Verhältnis (S/N-Verhältnis) des elektrischen Signals A sowie B erhöht werden, so dass die Oszillationswellenlänge verglichen mit der ersten Ausführungsform mit höherer Genauigkeit stabilisiert werden kann.
  • Eine erste Modifikation der zweiten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 5A und 5B kurz beschrieben. In 5A und 5B, die eine Wellenlängen stabilisierende Einheit 112a zeigen, die die erste Modifikation der zweiten veranschaulichenden Ausführungsform ist, ist ein Wellenlängenfilter 34 so angeordnet, dass ein Abstand h1 zwischen einem ersten Randbereich 347 nahe einer optischen Achse emittierten Lichts 55 und einer Linse 2 als die Lichtbündel parallelisierende Einrichtung größer als ein Abstand h2 zwischen einem zweiten Randbereich 348 entfernt von der optischen Achse 55 und der Linse 2 ist. Daher schneidet, auch wenn seitliche Stirnflächen einschließlich einer seitlichen Stirnfläche 343 des Wellenlängenfilters 34 relativ zu einer Einfallsoberfläche 341 des Wellenlängenfilters 34, wie üblich, unter einem rechten Winkel hergestellt sind, wenigstens die seitliche Stirnfläche 343 eine gerade Linie nicht, die an einem Randbereich der Einfallsoberfläche 341 des Wellenlängenfilters 34 parallel zu der optischen Achse 55 vorbei geht, was zu einem vergleichbaren Effekt führt, der bei der Wellenlängen stabilisierenden Einheit 112 erreicht werden kann.
  • Eine zweite Modifikation der zweiten veranschaulichenden Ausführungsform ist unter Bezugnahme auf 6a bis 8 beschrieben. Weil ein Aufbau einer Wellenlängen stabilisierenden Einheit 112b der zweiten Modifikation abgesehen von der Struktur des Wellenlängenfilters derselben der gleiche wie die der Wellenlängen stabilisierenden Einheit 112 ist, wird nur eine Struktur des Wellenlängenfilters 35 der zweiten Modifikation beschrieben.
  • Das Wellenlängenfilter 35, das bei der Wellenlängen stabilisierenden Einheit 112b verwendet wird, weist seitliche Stirnflächen auf, die mit Beschichtungsfilmen 380 beschichtet sind, die aus einem vorbestimmten Material hergestellt und darauf angebracht sind, wie in 7A gezeigt, oder, wie von den seitlichen Stirnflächen 353b, 354b, 355b und 356b in 7B gezeigt, aufgeraut sind.
  • In dem Fall, bei dem die seitlichen Stirnflächen die darauf angebrachten Beschichtungsfilme 380 aufweisen, wie in 7A gezeigt, kann der Beschichtungsfilm 380 ein Titanoxid-(TiO2)-Film, ein Siliziumoxid-(SiO2)-Film, ein nicht reflektierender Film einschließlich eines mehrschichtigen Films dieser Filme, ein Reflexionsfilm, wie zum Beispiel ein Aluminium enthaltender, dampfabgeschiedener Metallfilm, und ein Licht absorbierender Film sein, der durch Schwärzen der seitlichen Stirnfläche, zum Beispiel durch anodische Oxidation von Aluminium, erhalten wird. Das in 7B gezeigte Aufrauen der Oberfläche kann zum Beispiel durch Sandstrahlen vorgenommen werden. In einem Fall, bei dem der Reflexionsfilm an der seitlichen Stirnfläche des Wellenlängenfilters angebracht ist und das erste photoelektrische Umwandlungsbauelement 5 möglicherweise mit Reflexionslicht, wie zum Beispiel das in 8 gezeigte Reflexionslicht 571, bestrahlt wird, wird eine seitliche Stirnfläche 353 in 8 bearbeitet, um eine seitliche Stirnfläche 353c zu bilden, um zu verhindern, dass Reflexionslicht ausgehend davon das erste photoelektrische Umwandlungsbauelement 5 bestrahlt. Auch wenn bei der zweiten Modifikation alle der seitlichen Stirnflächen des Wellenlängenfilters 35 mit dem Beschichtungsfilm 380 beschichtet oder aufgeraut sind, kann die Beschichtung oder der Vorgang zum Aufrauen für wenigstens Bereiche der seitlichen Stirnflächen vorgenommen werden, auf die Licht einfällt. Ferner ist es möglich, die ersten und zweiten Modifikationen der zweiten Ausführungsform mit anderen Ausführungsformen und Modifikationen derselben beliebig zu kombinieren.
  • Gemäß der Wellenlängen stabilisierenden Einheit 112, bei der die seitlichen Stirnflächen des Wellenlängenfilters 35 wie erwähnt bearbeitet sind, ist es möglich, von den seitlichen Stirnflächen reflektiertes Licht zu beseitigen oder zufällig reflektiertes Licht bedeutsam zu reduzieren, dass zu dem ersten photoelektrischen Umwandlungsbauelement 5 zurückkehrt. Daher wird es möglich, ohne maschinelle Bearbeitung der seitlichen Stirnflächen, wie zum Beispiel Polieren, Streulicht bedeutsam zu reduzieren.
  • Nun wird ein wellenlängenstabilisiertes Lasermodul 102, das zusammen mit der Wellenlängen stabilisierenden Einheit 112 und einer LD 1 in einem Gehäuse 94 untergebracht ist, unter Bezugnahme auf 9A beschrieben. Tatsächlich kann bei dieser Ausführungsform die Wellenlängen stabilisierende Einheit 112 durch die Wellenlängen stabilisierende Einheit 112a oder 112b mit der gleichen Wirkung ersetzt werden. 9B zeigt das wellenlängenstabilisierte Lasermodul 102, das die in 6A gezeigte Wellenlängen stabilisierende Einheit 112b verwendet. In jedem Fall wird das wellenlängenstabilisierte Lasermodul 102, das die Wellenlängen stabilisierende Einheit 112 aufweist, beschrieben.
  • Bezugnehmend auf 9A, weist das wellenlängenstabilisierte Lasermodul 102 in dem Gehäuse 94 die LD 1 und die Wellenlängen stabilisierende Einheit 112 auf. Das erste photoelektrische Umwandlungsbauelement 5 der Wellenlängen stabilisierenden Einheit 112 erhält unmittelbar einen Teil des parallelen Lichtbündels 57, das erhalten wird, indem mittels der Linse 2 das divergente Laserlicht 56 parallelisiert wird, das ausgehend von einer emittierenden Stelle 58L emittiert wird, die in dem Ausgangsende der LD 1 liegt, und wandelt es in das elektrische Signal A um. Das zweite photoelektrische Umwandlungsbauelement 6 der Wellenlängen stabilisierenden Einheit 112 erhält einen anderen Teil des durch das Wellenlängenfilter 33 hindurch gegangenen Lichtbündels 57 und wandelt ihn in das elektrische Signal B um. Die LD 1 ist auf dem Substrat 74 befestigt, das zum Beispiel ein Peltier-Element aufweist, so dass die Betriebstemperatur desselben geregelt werden kann. Das Wellenlängenfilter 33 und der optische Detektor 4 sind relativ zu einer Ebene senkrecht zu der optischen Achse 55 des parallelen Lichtbündels 57 geneigt angeordnet, so dass reflektiertes Licht nicht zurück zu der Licht emittierenden Stelle 58L, das heißt die LD 1, gerichtet wird.
  • Auf dem Substrat 47 sind auch eine optische Faserkopplungslinse 18, ein optischer Isolator 27 und ein Thermistor 29 zur Temperaturdetektion, etc. befestigt und zusammen mit der LD 1 und der Wellenlängen stabilisierenden Einheit 112 in dem Gehäuse 94 integriert, das eine Größe vergleichbar zu der des herkömmlichen Halbleiterlasermoduls hat. Ein Signallicht zur optischen Kommunikation wird durch die optische Faser 140 zugeführt, die mit dem wellenlängenstabilisierten Lasermodul verbunden ist. Die Temperatur des Substrats 74 kann mittels des Peltier-Elements desselben gesteuert werden. Daher wird die Oszillationswellenlänge durch Steuern der Temperatur der LD 1 stabilisiert und wird die Temperatur aller optischen Teile in dem Gehäuse 94 konstant gehalten. Weil der Betrieb zum Stabilisieren der Oszillationswellenlänge des wellenlängenstabilisierten Lasermoduls 102 der gleiche wie der der oben genannten Wellenlängen stabilisierenden Einheit 112 ist, werden Einzelheiten desselben abgesehen davon weggelassen, dass das Steuersignal 85 zurück zu dem Peltier-Element, das die Temperatur regelnde Vorrichtung der LD 1 ist, und zu der Vorrichtung zum Regeln injizierten Stroms geführt werden, die nicht gezeigt sind.
  • Das wellenlängenstabilisierte Lasermodul 102, das die LD 1 und die Wellenlängen stabilisierende Einheit 112 aufweist, erreicht eine höhere Stabilisierung der Oszillationswellenlänge, wobei die Lichtausgabe konstant gehalten wird, ohne dabei ein Bauteil, wie zum Beispiel ein Strahlteiler, zu benötigen, der herkömmlicher Weise verwendet wird, um ein wellenlängenabhängiges Signal und ein wellenlängenunabhängiges Signal zu erhalten. Daher ist es möglich, die Anzahl an Teilen des wellenlängenstabilisierten Lasermoduls zu verringern und eine gute Raumausnutzung zu erreichen, so dass die Größe des wellenlängenstabilisierten Lasermoduls klein genug gemacht werden kann, um auch in dem Gehäuse des herkömmlichen Halbleiter-LD-Moduls aufgenommen zu werden. Ferner können die Herstellungskosten desselben bedeutsam verringer werden, weil die Arbeit zum Zusammenbau und die Justage während der Fabrikation desselben einfach sind.
  • Bei den beschriebenen Ausführungsformen kann jeder das Wellenlängenfilter 31 bis 36 ein Etalon-Filter, um Licht mit einem sehr schmalen Wellenlängenbereich durch optische Interferenz zu transmittieren, oder ein mehrschichtiger Filter sein, der durch Herstellen eines mehrschichtigen dielektrischen Films auf einem Glassubstrat hergestellt wird. Im Fall des mehrschichtigen Filters kann die Dicke des Glassubstrats beliebig festgelegt werden. Daher kann das Wellenlängenfilter kompakt hergestellt werden, indem die Dicke des Glassubstrats verringert wird.
  • Nun werden das Etalon-Filter und dessen Funktion im Einzelnen beschrieben. Das Etalon-Filter, das manchmal als Fabry-Perot-Interferometer bezeichnet wird, weist Lichttransmissionscharakteristika auf, um Licht mit einer Wellenlänge in einen sehr schmalen Bereich zu transmittieren, der durch Lichtinterferenz festgelegt ist. Wie in 14 gezeigt, ist eine grundlegende Struktur des Etalon-Filters ein paralleles optisches Glas mit einer Dicke d und parallelen Einfalls- und Emissionsoberflächen 350, die mit hoher Genauigkeit oberflächenpoliert sind (in der Größenordnung von 1/100 der Wellenlänge). Licht wird mehrmals innerhalb des Glases reflektiert, das einen Brechungsindex n aufweist. Durch die Interferenz zwischen dem transmittierten und reflektierten Licht innerhalb der Glasplatte, wird die Glasplatte zu einem Wellenlängenfilter mit Transmissionscharakteristika, die abwechselnd Bereiche hoher Transmission und Bereiche geringer Transmission relativ zu der Wellenlänge aufweisen, wie in 15 gezeigt. Weil die Wellenform des optischen Stroms, der durch das photoelektrische Umwandlungsbauelement fließt, wenn das letztere durch das Wellenlängenfilter transmittiertes Licht erhält, vollständig der des Lichts entspricht, wird in der folgenden Beschreibung der dem Transmissionsgrad entsprechende, optische Strom anstelle des Transmissionsgrads verwendet. Ein Intervall zwischen Transmissionsspitzen, das in 15 gezeigt ist, wird als FSR (freier spektraler Bereich; engl.: free spectral range) bezeichnet. Gibt man die Größe des FRS in einer Frequenzeinheit an, ergibt sich die folgende Gleichung: FSR = c/2nd (2)wobei d die Dicke des Etalon-Filters ist, n der Brechungsindex ist und c die Lichtgeschwindigkeit ist und Licht vertikal auf das Etalon-Filter einfällt. Indem der Brechungsindex n des Glases und die Dicke d der Glasplatte geeignet gewählt werden, ist es daher möglich, den FSR des Etalon-Filters beliebig einzustellen.
  • Indem die Wellenlängen stabilisierende Steuerung durchgeführt wird, wird die Referenzwellenlänge λ0, die eine angestrebte Wellenlänge ist, bei der die Wellenlänge stabilisiert werden soll, in einem Wellenlängenbereich festgelegt, in dem die Transmission des Etalon-Filters monoton abfällt oder monoton ansteigt, wie in 16 gezeigt. Eine Lagestelle der Referenzwellenlänge λ0 im Transmissionsspektrum wird als Wellenlängen stabilisierende Stelle S bezeichnet.
  • Wie durch einen Pfeil in 16 gezeigt, wird angenommen, dass die Wellenlängen stabilisierende Stelle S in einem dazwischen liegenden Bereich eines Wellenlängenbereichs auf der rechten Seite einer maximalen spezifischen Durchlässigkeit festgelegt wird, von der aus ausgehend die spezifische Durchlässigkeit monoton abfällt. Nimmt man an, dass die Transmission des Etalon-Filters an der Wellenlängen stabilisierenden Stelle S, bei der die Wellenlänge zu der Referenzwellenlänge λ0 wird, I0 ist, wird die Transmission kleiner als I0, wenn die Wellenlänge des von der LD emittierten Laserlichts nicht mehr der Referenzwellenlänge λ0 entspricht, und wird die Transmission größer als I0, wenn die Wellenlänge des von der LD emittierten Laserlichts kleiner als die Referenzwellenlänge λ0 wird. Es ist möglich, die Wellenlänge des von der LD emittierten Laserlichts aus der Variation der Transmission (I) zu detektieren, wenn die Referenzwellenlänge λ0 in einem bestimmten Wellenlängenbereich in der Nähe der Wellenlängen stabilisierenden Stelle s liegt. Daher ist es möglich, die Wellenlänge des emittierenden Lichts von der LD zu stabilisieren, indem eine Steuerung so durchgeführt, dass die Transmission (I) immer zu I0 wird.
  • Wenn zum Beispiel ein Referenzwert eines optischen Stroms, der von dem ersten photoelektrischen Umwandlungsbauelement 5 detektiert wird, so festgelegt wird, dass die Lichtausgabe der LD 1 des wellenlängenstabilisierten Lasermoduls, das die vorliegende Wellenlängen stabilisierende Einheit verwendet wird, zu 20 mW wird und der injizierte Strom der LD 1 so gesteuert wird, dass die Lichtausgabe der LD immer zu dem Referenzwert wird, erreicht das wellenlängenstabilisierte Lasermodul eine Betriebsart konstanter Lichtausgabe. In diesem Zustand kann die Wellenlängenstabilisierung realisiert werden, indem die Temperatur der LD 1 so gesteuert wird, dass der optische Strom des zweiten photoelektrischen Umwandlungsbauelements 6 zu dem Referenzstromwert wird, das heißt die Referenztransmission I0 relativ zu der Wellenlängen stabilisierenden Stelle S, gezeigt durch den Pfeil in 16. Das Steuerverfahren kann in diesem Fall durchgeführt werden, indem mittels eines analogen elektrischen Schaltkreises eine Rückkopplungsschleife gebildet wird, oder kann durchgeführt werden, indem eine Software-Rückkopplungsschleife verwendet wird, die aufgebaut wird, indem sie mittels eines A/D-Wandlers in digitale Daten umgewandelt und ein Steuerschaltkreis auf einem Computer aufgebaut wird.
  • Ferner wird, wie in 13A und 13B gezeigt, die Wellenlänge einer LD variiert, indem nicht nur die Temperatur des LD-Elements, sondern auch der injizierte Strom der LD geändert wird, wobei andererseits die optische Ausgabe variiert wird, indem nicht nur der injizierte Strom, sondern auch die Temperatur der LD geändert werden. Um die optische Ausgabe auf einen konstanten Wert zu steuern, indem der optische Strom des ersten photoelektrischen Umwandlungsbauelements 5 gesteuert wird, ist es daher möglich, eine Rückkopplungsschleife zu verwenden, um den injizierten Strom und die Temperatur des LD-Elements gleichzeitig zu steuern. Um die Oszillationswellenlänge auf einen konstanten Wert zu steuern, indem der optische Strom des photoelektrischen Umwandlungsbauelements 6 gesteuert wird, ist es in vergleichbarer Weise möglich, eine Rückkopplungsschleife zu verwenden, um den injizierten Strom und die Temperatur des Elements gleichzeitig zu steuern.
  • Wie beschrieben, hängt die Wellenlängensteuerbarkeit des wellenlängenstabilisierten Lasermoduls zu großen Teilen von den Transmissionscharakteristika des Etalon-Filters ab. Im Speziellen, wie in 17 gezeigt, ist der Gradient eines Schulterbereichs der Transmissionsperiode, die die Wellenlänge stabilisierende Stelle S enthält, das heißt die Größe des Gradienten dI/dλ, sehr bedeutsam, weil er die Verstärkung der Rückkopplungsschleife zur Wellenlängenstabilisierung beeinflusst. Die Transmissionscharakteristika des Etalon-Filters hängen zum großen Teil von dem Reflexionsvermögen der Eingangs- und Ausgangsoberflächen des Etalon-Filters ab, wie in 17 gezeigt. Dies bedeutet, dass, wenn die Reflexionsvermögen der Einfalls- und Emissionsoberflächen des Etalon-Filters groß ist, die Transmissionscharakteristika desselben eine scharfe Spitze nahe der δ-Funktion aufweisen und der Gradient dI/dλ an der Wellenlängen stabilisierenden Stelle S1 groß wird. In diesem Fall wird jedoch der Wellenlängenbereich, in dem die Wellenlängenstabilisierung möglich ist, schmal. Wenn das Reflexionsvermögen der Einfalls- und Emissionsoberflächen des Etalon-Filters klein ist, werden andererseits die Transmissionscharakteristika desselben glatt wie eine Sinuskurve und wird der Wellenlängenbereich, in dem die Wellenlängenstabilisierung möglich ist, breit. In diesem Fall wird der Gradient dI/dλ an der Wellenlängen stabilisierenden Stelle S2 klein. Daher ist das große Reflexionsvermögen des Etalon-Filters insbesondere in einem Fall geeignet, bei dem eine sehr genaue Wellenlängenstabilität gefordert ist, und ist das geringe Reflexionsvermögen geeignet, wenn vielmehr statt der Wellenlängenstabilität ein großer Wellenlängenbereich gefordert ist, in dem die Stabilisierung möglich ist.
  • Um den Wellenlängenbereich einzustellen, in dem die Wellenlängenstabilisierung möglich ist, ist es übrigens effektiv, den FSR des Etalon-Filters einzustellen. Um den Wellenlängenbereich zu erweitern, in dem die Wellenlängenstabilisierung möglich ist, reicht es aus, den FSR groß zu machen und das Reflexionsvermögen der Einfallsoberfläche des Etalon-Filters festzulegen.
  • Wenn der Gradient dI/dλ groß genug ist, um die Wellenlängenstabilisierung durchzuführen, kann ein Etalon-Filter mit beliebigem FSR bei dem vorliegenden wellenlängenstabilisierten Lasermodul verwendet werden.
  • Bei dem vorliegenden wellenlängenstabilisierten Lasermodul ist es möglich, die Transmissionscharakteristika des Etalon-Filters frei zu ändern, indem der Einfallswinkel geregelt wird. Wie in 18A gezeigt, wird zum Beispiel der Gradient an der Wellenlängen stabilisierenden Stelle Sa sehr groß, wenn der FSR des Etalon-Filters und das Reflexionsvermögen der Einfalls- und Emissionsoberfläche desselben vorab auf einen geringen Wert, wie zum Beispiel 100 GHz (0.8 nm), bzw. einen relativ hohen Wert, wie zum Beispiel etwa 60 %, eingestellt werden und der Einfallswinkel des parallelen Lichtbündels auf die Licht empfangende Oberfläche des Etalon-Filters 30 auf 0° festgelegt wird. Wenn der Einfallswinkel des Etalon-Filters allmählich ausgehend von 0° vergrößert wird, wird, wie in 18B und 18C gezeigt, der FSR des Etalon-Filters verschoben, und wenn der Einfallswinkel weiter verkleinert wird, wird der Spitzenwert um eine Breite des FSR (1 Periode), wie in 18D gezeigt, verschoben. In diesem Zustand wird die Transmission der Transmissionscharakteristika aufgrund des Umstandes klein, dass das Reflexionsvermögen der Einfalls- und Emissionsoberflächen des Etalon-Filters bei einem Anstieg des Einfallswinkels verkleinert wird. Daher wird der Gradient an der Wellenlängen stabilisierenden Stelle Se klein, wie in 18E gezeigt. Wie erwähnt, ist es bei dem wellenlängenstabilisierten Lasermodul gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, nicht nur die Einstellung der zu stabilisierenden Referenzwellenlänge, sondern auch die Regelung des Gradienten an der Wellenlängen stabilisierenden Stelle S durchzuführen, welcher ein bedeutsamer Parameter in der Rückkopplungsschleife zur Wellenlängenstabilisierung ist, indem lediglich der Winkel des Etalon-Filters 30 geregelt wird.
  • Weil die optische Achse relativ zu dem optischen Detektor 4 auch dann nicht verlassen wird, wenn der Winkel des Etalon-Filters 30 geändert wird, reicht es aus, um die zu stabilisierende Referenzwellenlänge λ0 festzulegen, den Einfallswinkel des Etalon-Filters 30 zu regeln, ohne dabei die Position des optischen Detektors 4 zu regeln. Bei dem Aufbau des wellenlängenstabilisierten Lasermoduls gemäß der vorliegenden Erfindung werden ferner die Ausgangssignale der photoelektrischen Umwandlungsbauteile 5 und 6 unabhängig dem Arbeitsstromkreis 8 zugeführt. Daher gibt es keinen Bedarf, Pegel dieser Signale innerhalb des Gehäuses des wellenlängenstabilisierten Lasermoduls zu regeln. Dies bedeutet, Toleranz für eine Positionsabweichung des optischen Detektors etc. ist groß.
  • In einem Fall, bei dem das wellenlängenstabilisierte Lasermodul der vorliegenden Erfindung auf DWDM angewendet wird, ist es notwendig, eine speziell hohe Genauigkeit der Wellenlänge zu erreichen. Um eine speziell hohe Genauigkeit zu erreichen, ist es effektiv, den Gradienten an der Wellenlängen stabilisierenden Stelle S größer als wie zuvor erwähnt zu machen. Dies bedeutet, dass es erforderlich ist, die Größe (EIN/AUS-Verhältnis) der Transmissionscharakteristika des in der vorliegenden Erfindung verwendeten Filters festzulegen. Wenn zum Beispiel die Parallelität des parallelen Lichtbündels, das von der Linse 2 umgewandelt wird, gering ist, das heißt, wenn ein Abweichungswinkel des Strahls relativ zu der parallelen Linie groß ist, und der Strahl divergiert (oder konvergiert), wie in 19 gezeigt, enthält das von dem zweiten photoelektrischen Umwandlungsbauteil 6 empfange Licht, das auf das Filter unter unterschiedlichen Winkeln einfällt. Andererseits, weil die Transmissionscharakteristika des Etalon-Filters einfallswinkelabhängig sind, gibt es einen Wellenlängenbereich von Licht, das durch den Filter transmittiert wird, wenn es einen Bereich eines Einfallswinkels von Licht gibt. Bezeichnet man diesen Wellenlängenbereich als "Licht empfangende Wellenlängenbreite", ist es erforderlich, die Licht empfangende Wellenlängenbreite schmal zu machen, um die Genauigkeit der Wellenlängenstabilisierung zu verbessern. Es wurde aus von den vorliegenden Erfindern durchgeführten Experimenten festgestellt, dass es, wenn die Licht empfangende Wellenlängenbreite zum Beispiel 100 pm überschreitet, schwierig wird, die vorliegende Erfindung für die wellenlängenstabilisierte Vorrichtung für DWDM anzuwenden. Daher ist die Parallelität von Licht erforderlich, mit der die Licht empfangende Wellenlängenbreite zum Beispiel 100 pm oder kleiner wird.
  • 20 zeigt ein Beispiel eines Verhältnisses zwischen dem Strahlverschiebungswinkel und der Licht empfangenden Wellenlängenbreite in einem Fall, bei dem ein Durchmesser von Licht, das von dem zweiten photoelektrischen Umwandlungsbauteil 6 erhalten wird, 0,05 mm beträgt, die mittlere Position der Licht empfangenden Oberfläche ausgehend von dem Zentrum der Linse um 0,2 mm verschoben ist, ein Abstand zwischen der Position der Hauptoberfläche der Linse 2 und der Licht empfangenen Oberfläche 1 mm beträgt und das Filter relativ zu der optischen Achse X vertikal angeordnet ist. Wie aus 20 ersichtlich, liegt, wenn die Licht empfangende Wellenlängenbreite auf 100 pm oder kleiner festgelegt ist, um die vorliegende Erfindung für die wellenlängenstabilisierte Vorrichtung für DWDM anzuwenden, die Parallelität (Strahlverschiebungswinkel β) des von der Linse 2 umgewandelten, parallelen Lichtbündels vorzugsweise innerhalb von ± 2°. Glücklicherweise ist es viel einfacher, die entsprechenden Komponenten mit der Parallelität innerhalb von ± 2° zu befestigen, als eine Linse zu befestigen, um Licht zum Beispiel zu der optischen Faser mit erforderlicher Genauigkeit zu kondensieren, und dies kann auf einfache Weise realisiert werden, ohne dabei teure optische Bauteile, wie zum Beispiel eine asphärische Linse, zu verwenden.
  • Beispielsweise, wie in 9A gezeigt, weist das wellenlängenstabilisierte Lasermodul, das die Wellenlängen stabilisierende Einheit gemäß der zweiten veranschaulichenden Ausführungsform verwendet, die optische Faserkopplungslinsen 18, den optischen Isolator 27, den Temperatur detektierenden Thermistor 29 etc. und die Wellenlängen stabilisierende Einheit einschließlich der LD 1, der Linse 2, des Wellenlängenfilters 33 und des optischen Detektors mit den photoelektrischen Umwandlungsbauteilen 5 und 6 auf, die auf dem Substrat 74 befestigt und in dem Gehäuse 94 untergebracht sind, das eine Größe vergleichbar zu der des herkömmlichen LD-Moduls aufweist, wobei ein Lichtsignal zur optischen Kommunikation zu dem Gehäuse durch die damit verbundene optische Faser 140 emittiert wird, wobei das Wellenlängenfilter 33 ein Etalon-Filter sein kann. Wenn eine der Modifikationen der zweiten veranschaulichten Ausführungsform als Wellenlängen stabilisierende Einheit verwendet wird, ist es natürlich möglich, das Wellenlängenfilter der Wellenlängen stabilisierenden Einheit derselben mit einem Etalon-Filter aufzubauen.
  • Die Temperatur des Substrat 74 ist durch das Peltier-Element steuerbar. Daher kann das Peltier-Element die Temperatur der LD 1 steuern, um die Oszillationswellenlänge derselben zu stabilisieren, und kann die Temperatur aller optischer Teile innerhalb des Gehäuses auf eine konstante Temperatur steuern.
  • Wie erwähnt, weist das wellenlängenstabilisierte Lasermodul, das die Wellenlängen stabilisierende Einheit der vorliegenden Erfindung verwendet, einen sehr kompakten Aufbau auf, der in einem Gehäuse des herkömmlichen Lasermoduls untergebracht werden kann.
  • Die LD 1 des wellenlängenstabilisierten Lasermoduls, das die Wellenlängen stabilisierende Einheit der vorliegenden Erfindung verwendet, kann eine LD sein, die eine Bauteilstruktur aufweist, die mit einem optischen Halbleitermodulator vom Anregungsabsorptionstyp oder einer LD wellenlängenvariablen Typs etc. integriert ist.
  • Wenn die LD 1 eine mit dem optischen Halbleitermodulator vom Anregungsabsorptionstyp integrierte ist, ist es möglich, den Aufbau des gesamten optischen Transmissionssystems verglichen mit dem Fall kompakt zu gestalten, bei dem ein DFB-Laser und der externe Modulator als separate Module aufgebaut sind.
  • Wenn die LD 1 die LD wellenlängenvariablen Typs ist, ist es möglich, eine Mehrzahl von Kanälen mit unterschiedlichen Wellenlängen abzudecken, und ist es daher möglich, die Backup-Kosten bei dem DWDN-System zu verringern. Die LD wellenlängenvariablen Typs ist dadurch gekennzeichnet, dass es möglich ist, die Oszillationswellenlänge zu ändern. Bei dem DWDN-System, das in letzter Zeit allgemein üblich wurde, ist eine Lichtquelleneinheit mit einer Mehrzahl an LDs für Kanäle mit unterschiedlichen Wellenlängen erforderlich. Weil die gleiche Anzahl an Lichtquelleneinheiten für Backup-Zwecke erforderlich ist, neigen die Backup-Kosten dazu, mit dem Anstieg der Anzahl an Kanälen bedeutsam anzusteigen. Wenn es möglich ist, eine Mehrzahl von Kanälen mittels eines einzelnen wellenlängenvariablen Lasers abzusichern, werden die Backup-Kosten entsprechend verringert. Unter den Umständen ist der Bedarf an einer LD wellenlängenvariablen Typs, die 2 bis 4 oder mehr Kanäle zu versorgen vermag, vergrößert worden. Die LD wellenlängenvariablen Typs, die die allgemeinste Struktur aufweist und deren praktische Verwendung erwartet wird, ist von dem Typ, bei dem die Oszillationswellenlänge geändert wird, indem die Temperatur des herkömmlichen DFB-Lasers geändert wird. Bei dem allgemeinen DFB-Laser mit einer Wellenlänge im Bereich von 1,55 Mikron wird die Oszillationswellenlänge um etwa 1 nm geändert, wenn die Temperatur desselben um 10° geändert wird. Dies bedeutet, wie in 21 gezeigt, dass der DFB-Laser, 2.4 nm abdecken kann, was 4 Kanälen mit einem Intervall von 100 GHz (0, 8 nm) entspricht, indem dessen Temperatur um ± 12°C geändert wird.
  • Es wird ein Beispiel im Einzelnen beschrieben, bei dem die LD wellenlängenvariablen Typs, die 4 Kanäle versorgt, als die LD 1 des in 9A gezeigten wellenlängenstabilisierten Lasermoduls 102 verwendet wird, das die Wellenlängen stabilisierende Einheit der zweiten Ausführungsform integriert aufweist, und ein Etalon-Filter mit einem FSR von 90 GHz als das Wellenlängenfilter 33 verwendet wird.
  • Um die Wellenlängenstabilisierungssteuerung bei einer Mehrzahl von durch gleiche Intervalle getrennte Wellenlängen durchzuführen, reicht es aus, das Etalon-Filter mit einem FSR zu verwenden, das um das gleiche Intervall getrennt ist, und die Transmissionsperioden zu detektieren, die für jede zu stabilisierende Referenzwellenlänge unterschiedlich sind. Es sollte angemerkt werden, dass allgemeines Quarzgas, das als Material des Etalon-Filters verwendet wird, tatsächlich eine temperaturabhängige Transmissionsperiode hat. Wenn nur eine Referenzwellenlänge stabilisiert werden soll, wird zum Beispiel der Temperaturbereich gesteuert, um innerhalb von etwa ± 1 °C zu liegen. Wenn die Temperatur der LD wellenlängenvariablen Typs auf über 24°C geändert wird, ist der Einfluss der Temperaturcharakteristika des Etalon-Filters nicht vernachlässigbar. Wie in einem oberen Bereich von 22 gezeigt, wird eine mittlere Wellenlänge des allgemeinen Etalon-Filters für jede Temperaturänderung von 10°C um 0,1 nm verschoben.
  • Bei dem wellenlängenstabilisierten Lasermodul 102 bei diesem Beispiel, bei dem das Wellenlängenfilter 33 und die LD 1 auf dem gleichen Substrat 74 befestigt und von dem Peltier-Element temperaturgesteuert sind, hat die Transmission des Wellenlängenfilters 33 des Etalon-Typs eine Wellenlängenabhängigkeit wie in dem unteren Bereich von 22 gezeigt, wenn die Temperatur des Substrats 74 zusammen mit einer Änderung der Oszillationswellenlänge der LD 1 geändert wird. Dies bedeutet, dass der tatsächliche FSR breiter als der ursprüngliche FSR wird. Der tatsächliche FSR wird im Folgenden als "effektiver FSR" bezeichnet. Wenn das wellenlängenstabilisierte Lasermodul so ausgelegt ist, dass der effektive FSR auf 100 GHz (0,8 nm) eingestellt ist, was das Wellenlängenintervall des DWDM-Systems darstellt, wird es möglich, die Wellenlängenstabilisierung für jeden Kanal durchzuführen.
  • Der ursprüngliche FSR und der effektive FSR des Etalon-Filters, der als das Wellenlängenfilter 33 verwendet wird, sind wie folgt angegeben, indem die Temperaturcharakteristika und Oszillationswellenlänge des Etalon-Filters verwendet werden: D = (1 – Tetalon/TLD) × D0 wobei D das Wellenlängenintervall der Transmissionsperiode des Etalon-Filters angibt, D0 ein Intervall zwischen einer Mehrzahl von Oszillationswellenlängen des Halbleiterlasers angibt, Tetalon eine Änderung einer Mittenfrequenz angibt, wenn die Temperatur des Etalon-Filters um 1 °C geändert wird, und TLD eine Änderung der Oszillationsfrequenz des Halbleiterlasers angibt, wenn dessen Temperatur um 1°C geändert wird. Im Übrigen gibt die mittlere Wellenlänge eine bestimmte von Wellenlängen an, bei der die Transmission maximal wird.
  • Nun wird ein Verfahren zum Stabilisieren einer Mehrzahl von Referenzwellenlängen bei der LD wellenlängenvariablen Typs beschrieben.
  • In 21 arbeitet die LD wellenlängenvariablen Typs bei Wellenlängen ausgehend von einem Kanal ch1 bis zu einem Kanal ch4 (für diesen Fall sind Wellenlängen auf 1555,75 nm 1558,17 nm festgelegt). Andererseits betragen die Betriebstemperaturen von ch1 bis ch4 18°C, 26°C, 34°C und 42°C, wie in 21 gezeigt. Weil in diesem Fall TLD etwa 0,1 nm/°C und Tetalon etwa 0,01 nm/°C betragen, reicht es aus, um den wirksamen FSR auf 100 GHz einzustellen, den ursprünglichen FSR auf 90 GHz festzulegen. Indem der Winkel des Etalon-Filters unter dieser Bedingung geregelt wird, wird die Wellenlängenabhängigkeit der Transmission bei entsprechenden Temperaturen, wie von dem oberen Bereich in 22 gezeigt, und wird der effektive FSR im Wesentlichen gleich 100 GHz, wie von dem unteren Bereich in 22 gezeigt. Indem das auf diese Weise eingestellte Etalon-Filter vor dem zweiten photoelektrischen Umwandlungsbauteil 6 zur Wellenlängenüberwachung angeordnet wird, ist es möglich, die Wellenlängen in den entsprechenden Kanälen vergleichbar zu dem Fall zu stabilisieren, bei dem eine einzelne Referenzwellenlänge stabilisiert wird.
  • In dem Fall, bei dem das Etalon-Filter als das Wellenlängenfilter bei dem zuvor genannten Beispiel verwendet ist, wird die Wellenlängenstabilisierung vorgenommen, indem eine Steigung auf dem rechten seitlichen Schulterbereich der Transmissionsperiode des Etalon-Filters verwendet wird. Der gleiche Effekt kann jedoch erreicht, indem die linke Seite der Transmission speriode verwendet wird. Ferner ist es möglich, die Wellenlängenstabilisierung für eine Hälfte des FSR-Intervalls durchzuführen, das bedeutet, das Intervall von 50 GHz. Weil die Steuerrichtung in der Rückkopplungsschleife für jeden Kanal umgekehrt ist, muss sie in dem letzteren Fall innerhalb des wellenlängenstabilisierten Lasermoduls korrigiert werden.
  • Bei dem oben genannten Beispiel beträgt der FSR des Etalon-Filters 90 GHz. Dieser Wert muss jedoch eingestellt werden, nachdem die Temperaturcharakteristika des Etalon-Filters erhalten werden, weil dieser Wert abhängig von den Temperaturcharakteristika des Etalon-Filters anders ist. Die Anpassungsgenauigkeit des effektiven FSR an das Intervall einer Mehrzahl von Referenzwellenlängen beträgt ferner etwa ± 3%. Diese Genauigkeit hängt jedoch in großem Maß von dem Wellenlängenbereich, in dem die Wellenlänge stabilisiert werden kann, und von der Anzahl an zu stabilisierenden Wellenlängenkanälen ab, und eine größere Genauigkeit ist erforderlich, wenn der Wellenlängenbereich, der stabilisiert werden kann, schmal ist oder die Anzahl an zu stabilisierenden Wellenlängenkanälen groß ist.
  • In den entsprechenden veranschaulichenden Ausführungsformen, die zuvor beschrieben worden sind, sind die ersten und zweiten photoelektrischen Umwandlungsbauteile beispielshalber als der optische Detektor 4 angegeben, der die integrierte Array-Struktur mit zwei Licht empfangenden Oberflächen aufweist. Diese photoelektrischen Umwandlungsbauteile können jedoch als einzelne Einheiten parallel angeordnet sein. In jedem Fall können die Charakteristika der ersten und zweiten photoelektrischen Umwandlungsbauteile bzw. der Licht empfangenden Bereiche derselben die gleichen sein oder sich voneinander unterscheiden. Daher ist eine äußere Konfiguration der Einfallsoberfläche des Wellenlängenfilters nicht auf das in 6B gezeigte Quadrat beschränkt. Jede andere äußere Konfiguration der Einfallsoberfläche des Wellenlängenfilters kann verwendet werden, vorausgesetzt, dass die seitlichen Stirnflächen desselben so gefertigt sind, dass die bei den entsprechenden Ausführungsformen beschriebenen Bedingungen erfüllt werden und dass ein Teil des emittierten Lichts oder des durch Parallelisieren des emittierten Lichts parallelen Lichtbündels unmittelbar auf das erste photoelektrische Umwandlungsbauteil einfällt und ein anderer Teil desselben durch das Wellenlängenfilter hindurchgeführt wird und auf das zweite photoelektrische Umwandlungsbauteil fallt. Ferner ist auch die Konfiguration des optischen Detektors beliebig, vorausgesetzt, dass der optische Detektor so aufgebaut ist, dass ein Teil des emittierten Lichts oder des durch Parallelisieren des emittierten Lichts erhaltenen parallelen Lichtbündels unmittelbar auf das erste photoelektrische Umwandlungsbauteil fällt und ein anderer Teil desselben unmittelbar auf das Wellenlängenfilter fällt und nur ein Lichtteil, der durch das Wellenlängenfilter hindurchgeführt wird, auf das zweite photoelektrische Umwandlungsbauteil fällt.
  • Auch wenn teures Quarzmaterial üblicherweise für das Etalon-Filter verwendet wird, kann ferner das Quarzmaterial durch Silizium-basiertes Material ersetzt werden, das nicht teuer ist und einfach bearbeitet werden kann. Siliziummaterial ist im Wesentlichen in einem Wellenbereich von 1,3 Mikron bis 1,6 Mikron durchlässig, der üblicherweise bei optischer Kommunikation verwendet wird und daher Charakteristika wie ein Filtermaterial geringen Verlusts hat. Ferner hat Silizium die große Möglichkeit, dass die mikromaschinelle Technologie, die jüngst praktisch geworden ist, darauf angewendet werden kann und dass die Winkelregelung und Positionsregelung des Siliziumsubstrats unter Verwendung der mikromaschinellen Technologie mit hoher Genauigkeit gesteuert werden kann. Weil das Brechungsvermögen von Silizium in etwa das Doppelte von dem von Quarzglas beträgt, ist es ferner möglich, die Dicke des Filters zu verringern. Insbesondere wenn der FSR auf einen kleinen Wert einzustellen ist, wie zum Beispiel etwa 50 GHz, wird das Etalon-Filter, das auf einem Quarzglassubstrat befestigt ist, 2 mm dicker oder mehr, so dass an einem Rand des Filters gebrochenes Licht auf das erste photoelektrische Umwandlungsbauteil 5 einfallen kann, wobei möglicherweise ein fehlerhafter Betrieb verursacht wird. Wenn Silizium als das Material des Filtersubstrats verwendet wird, beträgt die Dicke des Filters etwa 1 mm, auch wenn der FSR 50 GHz beträgt, so dass das obige Problem eingegrenzt werden kann.
  • Wie hier zuvor beschrieben, können die Wellenlängen stabilisierende Einheit und das wellenlängenstabilisierte Lasermodul, das die Wellenlängen stabilisierende Einheit gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, die optische Ausgabe und die Oszillationswellenlänge mit hoher Genauigkeit stabilisieren. Ferner kann es mit einer geringen Anzahl von Teilen aufgebaut werden, wobei für eine gute Raumausnutzung gesorgt wird, so dass die Größe des wellenlängenstabilisierten Lasermoduls klein genug gemacht werden kann, um auch in dem Gehäuse des herkömmlichen Halbleitermoduls untergebracht zu werden. Weil die Arbeit zum Zusammenbau und die Justage während der Herstellung desselben einfach sind, können ferner die Herstellungskosten desselben bedeutsam verringert werden.
  • 1B
    • OPTICAL AXIS OF
    OPTISCHE ACHSE
    EMITTED LIGHT
    EMITTIERTEN LICHTS
    PLANE ORTHOGONAL TO OPTICAL
    EBENE SENKRECHT ZUR OPTISCHEN
    AXIS OF EMITTED LIGHT
    ACHSE EMITTIERTEN LICHTS
  • 2B
    • OPTICAL AXIS OF
    OPTISCHE ACHSE
    EMITTED LIGHT
    EMITTIERTEN LICHTS
  • 4B
    • PLANE ORTHOGONAL
    EBENE SENKRECHT
    TO OPTICAL AXIS 55
    ZU OPTISCHER ACHSE 55
  • 12
    • CURRENT OF MONITORING PD's
    STROM VON ÜBERWACHENDEN PD's
    CURRENT OF STRENGTH
    STROM DER STÄRKE
    MONITORING PD
    ÜBERWACHENDEN PD
    CURRENT OF WAVELENGTH
    STROM DER WELLENLÄNGEN
    MONITORING PD
    ÜBERWACHENDEN PD
    OSCILLATION WAVELENGTH OF
    OSZILLATIONSWELLENLÄNGE DES
    SEMICONDUCTOR LASER
    HALBLEITERLASERS
  • 13A
    • OPTICAL OUTPUT
    OPTISCHE AUSGABE
    WAVELENGTH
    WELLENLÄNGE
    INJECTED CURRENT
    INJIZIERTER STROM
  • 13B
    • OPTICAL OUTPUT
    OPTISCHE AUSGABE
    WAVELENGTH
    WELLENLÄNGE
    TEMPERATURE
    TEMPERATUR
  • 14
    • REFRACTIVE INDEX n
    BRECHUNGSINDEX n
  • 15
    • TRANSMITTANCE
    TRANSMISSION
    WAVELENGTH
    WELLENLÄNGE
  • 16
    • TRANSMITTANCE
    TRANSMISSION
    (OPTICAL CURRENT I)
    (OPTISCHER STROM I)
    WAVELENGTH STABILIZED POINT
    WELLENLÄNGENSTABILISIERTE
    STELLE
    REFERENCE WAVELENGTH λ0
    REFERENZWELLENLÄNGE λ0
    WAVELENGTH λ
    WELLENLÄNGE λ
  • 17
    • TRANSMITTANCE
    TRANSMISSION
    SMALL dI/dλ
    KLEINER dI/dλ
    LARGE dI/dλ
    GRÖSSER dI/dλ
    WIDE WAVELENGTH RANGE
    BREITER WELLENLÄNGENBEREICH,
    CAPABLE OF BEING STABILIZED
    DER STABILISIERT WERDEN KANN
    SMALL REFLECTIVITY
    GERINGES REFLEXIONSVERMÖGEN
    LARGE REFLECTIVITY
    HOHES REFLEXIONSVERMÖGEN
    NARROW WAVELENGTH RANGE
    SCHMALER WELLENLÄNGENBEREICH,
    CAPABLE OF BEING STABILIZED
    DER STABILISIERT WERDEN KANN
    WAVELENGTH (λ)
    WELLENLÄNGE (λ)
  • 18A–18E
    • TRANSMITTANCE
    TRANSMISSION
    INCREASE IN INCIDENT
    ANSTIEG DER EINFALLSWINKEL
    ANGLES OF ETALON FILTER
    DES ETALON-FILTERS
    WAVELENGTH
    WELLENLÄNGE
  • 20
    • LIGHT RECEIVING WAVELENGTH
    LICHT EMPFANGENDE WELLENLÄNGEN
    WIDTH (pm)
    BREITE (pm)
    BEAM SHIFTED ANGLE β (DEGREE)
    STRAHLVERSCHIEBUNGSWINKEL β (GRAD)
  • 21
    • OPTICAL CURRENT
    OPTISCHER STROM
    TEMPERATURE OF LASER ELEMENT
    TEMPERATUR DES LASERBAUTEILS
    WAVELENGTH
    WELLENLÄNGE
  • 22
    • TRANSMITTANCE
    TRANSMISSION
    ORIGINAL FSR
    URSPRÜNGLICHER FSR
    EFFECTIVE FSR
    EFFEKTIVER FSR
    WAVELENGTH
    WELLENLÄNGE

Claims (11)

  1. Wellenlängenstabilisiertes Lasermodul, mit: einem Halbleiterlaser (1), der mit einem Temperaturregelungsbauteil und einer Wellenlängen stabilisierenden Einheit (110, 110a, 112, 112a, 112b) ausgestattet ist, wobei die Wellenlängen stabilisierenden Einheit umfasst: ein erstes photoelektrisches Umwandlungsbauteil (5), das einen Teil eines von einer Emissionsstelle des Halbleiterlasers (1) emittierten Laserlichts empfängt und das den Teil des von dem Halbleiterlasers (1) emittierten Laserlichts in ein elektrisches Signal umwandelt, ein Wellenlängenfilter (35), das einen Teil des von dem Halbleiterlaser (1) emittierten Laserlichts empfängt, wobei das Wellenlängenfilter (35) einen Transmissionsgrad aufweist, der in Abhängigkeit der Wellenlänge des Teils emittierten, darauf einfallenden Lichts kontinuierlich geändert wird, wobei das Wellenlängenfilter (35) so angeordnet ist, dass Streulicht, das auf eine Seitenfläche des Wellenlängenfilters (35) einfallendes und von der Seitenfläche des Wellenlängenfilters (35) reflektiertes Licht und auf die Seitenfläche des Wellenlängenfilters (35) einfallendes und innerhalb des Wellenlängenfilters (35) mehrfach reflektiertes Licht enthält, davon abgehalten wird, durch das Wellenlängenfilter (35) auf das erste photoelektrische Umwandlungsbauteil (5) einzufallen, und wobei die Seitenfläche aufgeraut ist, um die Seitenfläche irregulär zu machen, und ein zweites photoelektrisches Umwandlungsbauteil (6) zum Empfang von durch das Wellenlängenfilter (35) hindurch gegangenen Lichts und zum Umwandeln des empfangenen Lichts in ein elektrisches Signal.
  2. Wellenlängenstabilisiertes Lasermodul nach Anspruch 1, bei dem die Wellenlängen stabilisierenden Einheit ferner umfasst: ein Bauteil zum Parallelisieren eines Lichtbündels, das von dem Halbleiterlaser (1) emittiertes Licht in ein paralleles Lichtbündel umwandelt, wobei das erste photoelektrische Umwandlungsbauteil (5) einen Teil des parallelen Lichtbündels unmittelbar empfängt und das Wellenlängenfilter (35) einen Teil des parallelen Lichtbündels unmittelbar empfängt.
  3. Wellenlängenstabilisiertes Lasermodul nach Anspruch 2, bei dem das Bauteil zum Parallelisieren eines Lichtbündels eine Linse ist, ein Teil des von der Linse emittierten parallelen Lichtbündels unmittelbar auf das erste photoelektrische Umwandlungsbauteil (5) einfällt und ein anderer Teil des parallelen Lichtbündels unmittelbar auf das Wellenlängenfilter (35) einfällt.
  4. Wellenlängenstabilisiertes Lasermodul nach Anspruch 2, bei dem die Parallelität des parallelen Lichtbündels innerhalb von +/– 2° liegt.
  5. Wellenlängenstabilisiertes Lasermodul nach Anspruch 1, bei dem das Wellenlängenfilter (35) eine Transmissionscharakteristik aufweist, bei der der Transmissionsgrad in Abhängigkeit einer Wellenlänge in einem Wellenlängenband monoton ansteigt oder abfällt, das die Referenzwellenlänge enthält, bei der die Oszillationswellenlänge des Halbleiterlasers (1) zu stabilisieren ist.
  6. Wellenlängenstabilisiertes Lasermodul nach Anspruch 1, bei dem das Wellenlängenfilter (35) in der Lage ist, einen Gradienten einer wellenlängenabhängigen Transmissionsgradvariation zu ändern, indem ein Einfallswinkel desselben gewählt wird.
  7. Wellenlängenstabilisiertes Lasermodul nach Anspruch 1, bei dem das Wellenlängenfilter (35) eine Transmissionscharakteristik mit einer Spitze aufweist, bei der der Transmissionsgrad in einem Wellenlängenbereich maximal oder minimal wird, in dem keine Referenzwellenlänge enthalten ist.
  8. Wellenlängenstabilisiertes Lasermodul nach Anspruch 1, bei dem das Wellenlängenfilter (35) ein Etalon-Filter mit einem periodischen Transmissionsgrad ist, dessen Transmissionsgrad wiederholt zwischen einem extremen Wert und einem minimalen Wert bei konstantem Wellenlängenintervall geändert wird.
  9. Wellenlängenstabilisiertes Lasermodul nach Anspruch 8, bei dem der Halbleiterlaser (1) von einem wellenlängenvariablen Typ ist, der in der Lage ist, bei einer Mehrzahl an Wellenlängen in Abhängigkeit der Temperatur zu schwingen und das Wellenlängenintervall der Transmissionsperiode des Etalon-Filters gemäß der folgenden Gleichung eingestellt ist: D = (1 – Telaton/TLD) × D0 wobei D das Wellenlängenintervall der Transmissionsperiode des Etalon-Filters ist, D0 ein Intervall zwischen einer Mehrzahl an Oszillationswellenlängen des Halbleiterlasers (1) ist, Tetalon eine Änderung einer Mittenfrequenz ist, wenn die Temperatur des Etalon-Filters um 1 °C geändert wird, und TLD eine Änderung der Oszillationsfrequenz des Halbleiterlasers (1) ist, wenn die Temperatur desselben nebenbei um 1°C geändert wird, wobei die Mittenwellenlänge eine bestimmte Wellenlänge angibt, bei der der Transmissionsgrad maximal wird.
  10. Wellenlängenstabilisiertes Lasermodul nach Anspruch 1, bei dem das Wellenlängenfilter (35) aus einem transparenten Material hergestellt ist, das einen Brechungsindex größer als den von Quarzglas aufweist.
  11. Wellenlängenstabilisiertes Lasermodul nach Anspruch 1, bei dem der Halbleiterlaser (1) einen Aufbau aufweist, bei dem der Halbleiterlaser (1) mit einem optischen Halbleitermodulator vom Anregungs-Absorptions-Typ integriert ist.
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