JP2001185808A - 波長可変光源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体レーザの内部モードを十分抑制して自
然放出光を低減し、多モード発振を抑圧し、波長可変範
囲を拡大する。 【解決手段】 波長可変光源装置１は、レーザ光を発振
する半導体レーザ１１と、半導体レーザ１１から出射さ
れるレーザ光を回折して所定波長のレーザ光を半導体レ
ーザ１１に帰還する回折格子３ａを有した回折手段３と
を備えた外部共振器を含んでおり、半導体レーザ１１
は、回折格子３ａ側と対面する出射端面１１ａに無反射
膜が形成され、かつ無反射膜が形成された端面１１ａ付
近で活性層１１ｃが途切れている窓領域１４を備えてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信や精密計測
の分野において利用される発振波長を連続的に変化でき
る波長可変光源装置に係り、特に、半導体レーザ（以
後、ＬＤという。）のような広帯域の波長範囲にわたる
光増幅機能を利用して、広帯域に発振波長を連続掃引で
きるようにした波長可変光源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光通信の分野における光ファイバ
増幅器の実用化により、波長多重通信が大きく進展して
いる。また、インターネットを初めとするデータ通信需
要の急増に伴い、その伝送容量を決定する波長帯域は急
速に広がる傾向にある。

【０００３】このような波長多重通信用途に用いられ
る、光ファイバ増幅器、光フィルタ、光アイソレータな
どの様々な光部品や伝送システムを構成する各装置の波
長帯域特性を測定する必要がある。このために所望な波
長の光が得られる、広帯域の波長可変光源装置が必要と
なる。この場合連続的な波長掃引ができることが望まし
い。

【０００４】現在までに、ＬＤのような広範な利得帯域
を持つ光増幅素子からの光を、素子外部に配置された回
折格子等の波長選択素子を介して所望の波長域の光を帰
還することにより、その波長域内でレーザ発振を起こす
外部共振型レーザと称される波長可変光源装置が普及し
ている。最も広く用いられている波長選択素子は回折格
子であり、光の入射方向に対する回折格子の角度を変化
させて選択する波長を変化することが行われている。

【０００５】図８（ａ）はこの種の波長可変光源装置に
おける回折格子を用いた典型的な外部共振型レーザの構
成を示している。また、同図（ｂ），（ｃ），（ｄ），
（ｅ）は発振波長決定の原理を示している。

【０００６】図８（ａ）に示す外部共振型レーザは、一
方の端面５１ａに無反射膜（以後、ＡＲコートとい
う。）が施されたＬＤ５１、レンズ５２ａ，５２ｂ、Ａ
Ｒコートされた端面５１ａ側に配置された回折格子５３
から構成されている。回折格子５３は回転及び並進が可
能となっており、回折格子５３とＬＤ５１の他方の面
（ＡＲコートされていない方の端面）５１ｂとで外部共
振器を構成している。なお、このようにＬＤ５１からの
光を受けた回折格子５３によって直接ＬＤ５１に向けて
回折される光の波長が選択波長となるような回折格子５
３の配置はリトロー配置と呼ばれる。

【０００７】リトロー配置を用いた場合に限らず、波長
選択素子を含む外部共振型レーザの発振波長は、２つの
要因によって決定されると考えてよい。

【０００８】一つは、レーザ発振を起こす共振器全体の
光学的長さによって決まる共振条件を満足する波長であ
る。図８（ｂ）に示すような光共振器で、共振器全体の
光学的長さ（以後、共振器長と呼ぶ）をＬ、入射光の周
波数をν、入射光量をＰ０、出射光量をＰ１とする。周
知の通り、光速をｃとすると、自由スペクトル域（以
後、ＦＳＲという。ＦＳＲ；Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａ
ｌ Ｒａｎｇｅ）は（ＦＳＲ）＝ｃ／（２Ｌ）であり、
図８（ｃ）に示したように透過率（出射光量Ｐ１／入射
光量Ｐ０）が極大となる共振周波数はＦＳＲ毎に複数存
在する。ある共振周波数がＦＳＲのｎ倍であるとき、こ
の周波数はｎ次モードと呼ばれる。ここでは、このよう
な共振周波数に対応する波長を共振波長と呼ぶことにす
る。

【０００９】もう一つは、図８（ｄ）に示したような回
折格子、あるいは一般に波長選択素子、により帯域制限
された利得分布である。ＬＤのような広帯域にわたり利
得を持つ光増幅素子を利用する場合、回折格子の選択波
長域内での利得は一定と考えてよいため、帯域制限され
た利得分布と回折格子の選択波長スペクトラムは同一視
してもよいことになる。このことにより、以下では選択
波長スペクトラムのピーク波長を単に選択波長と呼ぶこ
とにする。

【００１０】これらによって、図８（ｅ）に示したよう
に前述のモードの中で最も利得が高い周波数に位置する
ものが発振を開始する。一般に、選択波長と発振波長は
一致していない。

【００１１】ここで、図９は共振波長と選択波長の変化
率が一致していない状態での発振波長の変化を示してい
る。

【００１２】図９（ｅ）に模式的に示している共振器長
Ｌと回折格子への光の入射角θを減少させていくと、図
９（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）のように共振波長と
選択波長は短波長側にシフトする。このとき、発振して
いるモードの共振波長と選択波長の間にＦＳＲの１／２
相当程度の違いが生じると、（ｃ）の状態から（ｄ）の
状態になるように、それまで発振していたモードから隣
接したモードへと発振波長が移行することになる。この
現象はモードホップまたはモードジャンプと呼ばれてい
る。

【００１３】したがって、広帯域にわたり発振波長を連
続的に変化するためには、発振している共振波長と選択
波長とを連動させて、つまり、リトロー配置の外部共振
型レーザでは共振器長と回折格子の角度を適切な関係を
保持しながら同時に変化させて、モードホップを抑止す
ることが必要である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、回折格子等
の外部共振器構造を持つ波長可変光源装置では、ＬＤの
外部共振器側の反射率を落とし、ＬＤの内部モードを抑
制する必要がある。

【００１５】このため、従来、誘電体膜からなるＡＲコ
ートを用いた構成、すなわち、図８（ａ）に示すような
ＬＤ５１の端面５１ａにＡＲコートを施す構成が一般的
に採用されていた。

【００１６】しかしながら、ＬＤ５１の端面５１ａに単
にＡＲコートを施した構成では、達成可能な反射率が十
分ではなく、残留反射率の影響により内部モードが顕著
になるため、前述したようなモードホップを起こして多
モード発振したり、可変波長範囲が十分にとれないう
え、自然放出光の増大等の悪影響があった。

【００１７】そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてな
されたものであり、ＬＤの内部モードを十分抑制して自
然放出光を低減でき、多モード発振を抑圧できる上、波
長可変範囲を拡大することができる波長可変光源装置を
提供することを目的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、レーザ光を発振するＬＤ１１
と、該ＬＤから出射されるレーザ光を回折して所定波長
のレーザ光を前記ＬＤに帰還する回折手段３とを備えた
外部共振器を含む波長可変光源装置１において、前記Ｌ
Ｄは、少なくとも前記回折手段側と対面する出射端面１
１ａにＡＲコートが施され、かつ前記ＡＲコートが施さ
れた端面にまで活性層１１ｃが達しないように形成され
た窓領域１４を備えていることを特徴とする。

【００１９】請求項２の発明は、請求項１の波長可変光
源装置１において、前記ＬＤ１１から出射された光の光
軸と前記回折手段３から反射された回折光の光軸のなす
角度を検出する角度検出手段４と、該角度検出手段によ
り検出された前記角度を零とするように前記外部共振器
の共振器長と前記回折手段３の選択波長とのうち少なく
とも一方を変化させる制御部５とを備えたことを特徴と
する。

【００２０】請求項３の発明は、請求項１又は２の波長
可変光源装置１において、前記回折手段３は、回折格子
３ａと反射器３ｂを含むことを特徴とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は本発明による波長可変光源
装置の第１実施の形態を示す構成図である。第１実施の
形態の波長可変光源装置１Ａ（１）は、図１に示すよう
に、光増幅部２、第１の反射器３ｂを兼ねる回折格子３
ａを含む回折手段３を備えて概略構成される。

【００２２】光増幅部２は、ＬＤ１１と電流源１２及び
レンズ１３とを含んでいる。ＬＤ１１は、電流源１２に
よって駆動されるもので、回折手段３側の一方のレーザ
光出射端面１１ａが誘電体膜を用いてＡＲコートされ、
他方のレーザ光出射端面１１ｂが第２の反射器として用
いられる。ＬＤ１１は、端面１１ａにまでストライプ状
の活性層１１ｃが達しないように形成された窓領域１４
を備えている。この窓領域１４は、端面１１ａからの長
さＬ１が大きいと、活性層１１ｃの途中の媒体で光の吸
収や散乱が起こり、光が拡がって結合が難しくなるた
め、本例では十分な結合が得られる程度の長さ（例えば
２０〜３０μｍ程度）に設定されている。

【００２３】レンズ１３は、ＬＤ１１のＡＲコートされ
ている端面１１ａから出射される発散性の光を平行光に
変換して回折格子３ａに入射する。回折手段３は、第１
の反射器３ｂを兼ねるリトロー配置された回折格子３
ａ、回折格子３ａの回転を行う機構（選択波長可変手段
３ｃ）とを含んでいる。

【００２４】次に、図２は本発明による波長可変光源装
置の第２実施の形態を示す構成図である。なお、図１に
示す波長可変光源装置１Ａと同一の構成要素には同一番
号を付し、その説明を省略する。

【００２５】第２実施の形態の波長可変光源装置１Ｂ
（１）は、図２に示すように、光増幅部２、第１の反射
器３ｂを兼ねる回折格子３ａを含む回折手段３、角度検
出手段４、制御部５を備えて概略構成される。すなわ
ち、この波長可変光源装置１Ｂは、リトロー配置の回折
格子３ａを用いた外部共振型レーザに角度検出手段４を
付加して帰還制御を行う構成を採用したものである。

【００２６】図２において、回折手段３は、第１の反射
器３ｂを兼ねるリトロー配置された回折格子３ａ、回折
格子３ａの回転及び並進を行う機構（選択波長可変手段
３ｃ及び共振器長可変手段３ｄ）とを含んでいる。

【００２７】角度検出手段４は、分波器４ａ、レンズ４
ｂ、受光器４ｃ，４ｄ、演算器４ｅとを含んで構成され
る。分波器４ａは、ＬＤ１１のＡＲコートされている端
面１１ａと回折手段３との間に配置され、回折手段３か
らＬＤ１１へ向かう光の一部を分岐して取り出す。レン
ズ４ｂは、分波器４ａで分岐された光を集光して受光器
４ｃ，４ｄに入射させる。

【００２８】本例では、レンズ４ｂへの入射光は平行光
であるから、レンズ４ｂの出射光束は焦点付近で最も細
くなる。このため、受光器４ｃ，４ｄは、レンズ４ｂの
焦点付近に、モードホップが生じにくい発振波長の下
で、分波器４ａによって分岐された光束の左右半分ずつ
の光量を検出するように配置されている。すなわち、受
光器４ｃ，４ｄは、回折格子３ａからＬＤ１１へ向かう
光の光軸とＬＤ１１から回折格子３ａへ向かう光の光軸
とのなす角度が０°のとき、分波器４ａによって分波さ
れた光束の半分づつを受光するように配置される。

【００２９】演算器４ｅは、受光器４ｃ，４ｄの受光信
号に基づいて、光増幅部２から回折手段３に向かう光の
光軸と回折手段３から光増幅部２に戻る光の光軸とのな
す角度に相当する量を検出するものである。本例におけ
る演算器４ｅは、受光器４ｃ，４ｄからの信号を受け、
その差を誤差信号として出力する差動増幅器で構成され
る。

【００３０】制御部５は、外部からの波長設定信号に基
づいて電流源１２及び回折手段３を所定の動作条件に設
定する他、角度検出手段４から出力される誤差信号を受
け、回折手段３を制御するようになっている。

【００３１】ここで、図３に基づいて角度検出手段４の
動作について説明する。図３（ａ）は角度検出手段４の
構成とその内部での光束の位置を模式的に示しており、
図３（ｂ）は受光面と光束との位置及び大小関係を示し
ている。

【００３２】回折格子３ａからＬＤ１１へ向かう光の光
軸の角度は、選択波長λｇと発振波長λの大小関係によ
り変化する。そこで、図３（ａ）のような位置関係で、
分波器４ａ、受光器４ｃ，４ｄを配置して、演算器４ｅ
で２つの受光信号の差を演算して偏角を検出する。

【００３３】受光器の受光面と光束との関係は、図３
（ｂ）のように、例えば、光束の太さよりも大きな有効
受光面をもつ２つの受光器４ｃ，４ｄを、発振波長λが
選択波長λｇと一致したときに、つまりモードホップが
生じにくい波長で発振しているときに、２つの受光器４
ｃ，４ｄの受光量が等しくなるように配置すればよい。
実際の受光面の大きさが、光束の太さに対して小さ過ぎ
る場合などには適当なレンズ等を用いて、光束の太さを
調整すればよい。

【００３４】このような配置において、図３（ｃ）は偏
角つまり選択波長λｇと発振波長λの差に対する受光器
４ｃ，４ｄの受光信号を示しており、図３（ｄ）は選択
波長λｇと発振波長λの差に対する演算器４ｅの出力つ
まり誤差信号を示している。受光器４ｃ，４ｄに向かう
光束の全光量が一定とすれば、当然、図３（ｃ）のよう
に、光束が中央から左に動けば、左の受光器４ｃの受光
量増加に伴い受光信号Ｓａが増加し、右の受光器４ｄの
受光信号Ｓｂは減少する。

【００３５】したがって、この２つの受光信号の差Ｓｂ
−Ｓａを演算器４ｅで算出すれば、図３（ｄ）のような
誤差信号が得られることになる。受光器４ｃ，４ｄに向
かう光束の全光量の変動を除去したければ、演算器４ｅ
で（Ｓｂ−Ｓａ）／（Ｓｂ＋Ｓａ）を算出すればよい。

【００３６】ここで、図４を参照して前記誤差信号の弁
別感度について検討する。光束はガウス型光束であると
仮定し、光束の太さより十分広い２分割受光器を考え
る。図４（ｂ）は、ガウス型光束の強度分布を示すもの
であり、横軸の単位として、ビーム半径を採っている。
ビーム半径の定義として、強度が光束の中心の１／ｅ
（ｅは自然対数）に減少する距離の場合と、強度が光束
の中心の１／２に減少する距離（半値半幅）の場合とを
併記している。図４（ｃ），（ｄ）は、分割受光器の受
光領域の形状の例である。図４（ｃ）は仮想的に分割さ
れた２つの受光領域に間隙がない場合を、図４（ｄ）は
間隙が光束の強度１／ｅで定義されたビーム半径と等し
い場合を示している。図４（ｃ），（ｄ）の中の円は、
光束の強度１／ｅで定義されたビーム半径をもって描い
てあり、間隙の広さと光束の太さとの関係を示すもので
ある。

【００３７】図４（ａ）は弁別信号（Ｓｂ−Ｓａ）／
（Ｓｂ＋Ｓａ）を示すものであり、実線は図４（ｃ）の
場合、破線は図４（ｄ）の場合である。横軸の原点は分
割線上に光束の中央が位置する場合にとっている。

【００３８】実線の原点付近での傾き、つまり、ビーム
半径を単位とした弁別感度は、上横軸に示した半値半幅
（ＨＷＨＭ）を単位とすると、約０．９４（２√（ｌｏ
ｇ２／π））である。現実には受光領域の間隙によっ
て、この傾きが緩やかになるが、破線のようにビーム半
径だけの間隙がある場合でも、原点付近の傾き０．８程
度を得ることができる。受光器に入射する光束の太さは
レンズ等によって自由に変えることができるから、受光
領域の形状に合う適切な太さとすれば、この間隙による
弁別感度の低下は問題とならない。

【００３９】一方、回折格子の波長分解能は、回折方向
がビームの半値半幅だけ偏位する波長変化量である。し
たがって、発振波長と選択波長の差が回折格子の分解能
の１／１０のときに、弁別信号は０．０８程度となり、
これはフルスケール（図の縦軸の０〜１）の８％程度に
相当し、十分な弁別感度ということができる。

【００４０】ＬＤを用いた外部共振型レーザで多用され
ているリトロー配置の構成では、回折格子の分解能と共
振器のＦＳＲの比は、およそ５以上である。したがっ
て、この構成について有効な制御を施すには、発振波長
λと選択波長λｇの差を回折格子の分解能の１／１０程
度以下で十分に検出できるだけの弁別感度が必要にな
る。上述の誤差信号の値は、ＳＮ比の低い観測でも十分
弁別可能な信号が得られることを意味している。

【００４１】受光器の位置については、図３（ａ）の場
合、モードホップが生じにくい条件下で２つの受光信号
ができる限り等しくなるように初期調整しておくことが
望ましいが、本例では受光器の位置調整が不完全であっ
ても、あるいは経時変化が生じても、受光信号から誤差
信号を得る電気的な処理によって補償を行うことができ
る。例えば、演算器４ｅで、Ｓｂ−ｇ・Ｓａを算出する
ものとして、係数ｇを１の前後で変化させることは、受
光器４ｃ，４ｄを同時に左右に動かすことと、ほぼ同等
である。したがって、装置を開封、分解して機械的な調
整を行う必要はない。

【００４２】受光器４ｃ，４ｄの配置については、図３
（ａ）のように、同一の回折光束を分割して受光する方
法以外にも様々な方法が考えられる。図５はその一例の
構成図である。分波器４ａで分波された光を、さらに第
２の分波器２１で分波して、分波された２つの光束中に
遮蔽板２２ａ，２２ｂを配置して、それぞれの光束を受
光器４ｃ，４ｄで受光する構成である。遮蔽板２２ａ，
２２ｂで各々の光束の左右半分を遮れば、この構成は図
３（ａ）と等価である。

【００４３】遮蔽板２２ａがない場合には、例えば第２
の分波器２１の分岐比が１：１であれば、受光信号Ｓ
ａ、Ｓｂに基づいて、演算器４ｅで、Ｓｂ−Ｓａ／２を
算出することにより、図３（ａ）の場合と同様な誤差信
号が得られる。この場合、Ｓａに対応する全光量が変化
しても誤差信号に対する影響がでない。あるいは、受光
器４ｃは分波器４ａで分波された全光量に比例した受光
信号Ｓａを出力するから、これを一定値Ｓ０に保つよう
にＬＤ１１の注入電流を制御しておけば、演算器４ｅは
受光信号Ｓｂだけを受けて、Ｓｂ−Ｓ０／２を算出する
構成でもよい。

【００４４】また、遮蔽板２２ａ，２２ｂを置かずに、
受光器４ｃ，４ｄの位置を光束の中心からずらして、光
束の半分が有効受光面に入射するようにしてもよい。

【００４５】ここでは帰還制御を前提としたため、観測
信号から誤差信号を生成する処理が単純になるように２
つの受光器を用いる例を示したが、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇ
ｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ；電荷結合素子）ア
レイのように光束の強度分布を１次元ないし２次元的に
検出するものを利用して、その強度分布の重心移動を検
出する手法や、照射点の位置を電気抵抗に変換する素子
などを利用する手法を採ってもよい。

【００４６】なお、図３（ａ）で分波器４ａから上向き
に分波された光、つまりＬＤ１１から回折格子３ａへ向
かう光、や出力光などを受光してその光量と図３（ａ）
の受光器４ｃ，４ｄのいずれか一方とを用いる方法や、
図３（ａ）の受光器４ｃ，４ｄのいずれか一方した用い
ない方法も原理的には考えられるが、回折効率や全光量
の変動の影響が誤差信号に現れやすい難点がある。ま
た、分波器４ａを用いずに外部共振器内の光束の一部に
受光器４ｃ，４ｄを挿入することも考えられるが、光束
の強度分布が乱されて回折格子の分解能を落とす恐れや
迷光がＬＤ１１に帰還されて発振が不安定になる恐れが
ある。

【００４７】帰還制御の制御対象は、共振器長つまり発
振波長と、選択波長の一方または両方とすることができ
るが、共振器長を制御対象とすることが一般的と考えら
れる。なぜならば、発振波長は選択波長域内に存在し、
共振波長は複数存在するから、所望の波長付近で発振さ
せる用途では、選択波長を設定し、その選択波長に共振
波長を追従させる方法が自然なためである。また、ある
発振波長から大きく隔たった波長に波長不連続に発振波
長を変える操作を行う場合には、共振波長に選択波長を
追従させる方法では迅速に波長を変化させることが困難
である。もちろん、共振波長と選択波長の可変手段は機
械的な変位を利用して実現されることが多く、各々に使
用される可変手段の最大変位量と変位分解能の制約があ
る。このために、選択波長の追従制御の方が容易であれ
ば、これを制御対象としてもよい。

【００４８】以上説明した本例の波長可変光源装置１Ｂ
では、ＬＤ１１の光出射端面１１ｂと回折手段３の回折
格子３ａとの間に構成される外部共振器の共振器長に基
づいて選択波長域内の１つの共振モード波長でレーザ発
振が生じる。この外部共振器内に設けられた分波器４ａ
によって、回折手段３からＬＤ１１へ帰還する光の一部
が分岐され、その分岐された光束のほぼ左右半分ずつの
光量が受光器４ｃ，４ｄによって受光され電気信号に変
換される。ここで得られた２つの信号は演算器４ｅに入
力され、その差が算出されて、ＬＤ１１から回折手段３
に向かう光の光軸と回折手段３からＬＤ１１に向かう光
の光軸とのなす角にほぼ比例した信号に変換される。こ
の信号は発振波長と選択波長の隔たりを大小関係を含め
て示している。これを制御部５によって共振器長可変手
段（回折格子並進機構）３ｄに帰還することで制御ルー
プが閉じ、発振波長は選択波長に追従することになる。

【００４９】受光器４ｃ，４ｄとしては、２つの受光面
が近接していることが望ましいため、本例では受光面２
分割型のフォトダイオードを採用している。本例におい
て、レンズ４ｂを設けて、その焦点近傍に受光器４ｃ，
４ｄを配置した理由は、角度検出手段４の弁別感度を最
大とし、かつ、分波器４ａから受光器４ｃ，４ｄまでの
距離を短くするためである。

【００５０】一般に光束の角度変化を観測面上での光束
の変位から検出する場合、角度変化を生じる部分から観
測面までの距離と観測面上での光束の変位は比例する。
一方、ビームウエスト位置から観測面までの距離を大き
くするほど、光束のビーム径が大きくなるが、その拡が
り方は単純な比例関係ではない。外部共振器型レーザの
場合、角度変化を生じる部分の光束は、通常、平行光で
あるから、角度変化を生じる部分とビームウエスト位置
とは同一視できる。

【００５１】したがって、ビームウエスト位置から十分
遠方では観測面までの距離とビーム径はほぼ比例する
が、ビームウエスト付近では緩やかに拡大していく。こ
のため、ビーム径を単位として、光束の変位を計る場
合、角度変化を生じる部分から観測面までの距離は大き
いほどよい。

【００５２】数値例として、波長１．５５μｍ、ビーム
半径１ｍｍのガウス型光束では、フレネル領域の遠端は
ビームウエストから約４ｍ離れた位置である。ここでの
ビーム径を単位とした光束の変位は、無限遠での約０．
７（＝１／２√）倍であり、観測面は１０ｍ以上離すこ
とが望ましい。現実に、このように遠く離れた位置に観
測面を置くことは、装置の大型化を招くばかりでなく、
振動や光路中の空気のゆらぎや散乱などの影響を受けや
すい難点がある。

【００５３】そこで、本例ではレンズ４ｂによって、そ
の後焦点面に縮小された遠視野像を得て、そこで受光を
行うこととしている。前述の数値例で観測面を１０ｍ離
した場合、そこでのビーム半径は約２．７ｍｍとなり、
０．１ｍｒａｄの角度変化による観測面上の光束の変位
は１ｍｍとなる。したがって、ビーム径を単位とした光
束の変位は、１／２．７≒０．３７となる。一方、焦点
距離１０ｃｍのレンズを用いた場合、焦点面でのビーム
半径は２５μｍとなり、０．１ｍｒａｄの角度変化によ
る観測面上の光束の変位は１０μｍとなる。したがっ
て、ビーム径を単位とした光束の変位は、１０／２５＝
０．４となる。これらの数値例を比較すれば明らかなよ
うに、レンズ４ｂを用いれば、最良の弁別感度を短い距
離で得ることができる。

【００５４】この他、レンズ４ｂを使用する理由は、受
光器４ｃ，４ｄの受光領域の大きさや間隙に、光束の太
さを適合させるためでもある。また、受光器４ｃ，４ｄ
の表面反射光がレーザ共振器に戻ると発振が不安定にな
るため、分波器４ａによって分岐した光路中に光アイソ
レータを挿入する場合もある。このようなときに、レン
ズ４ｂは光アイソレータの挿入を容易にする目的でも有
用である。一般に回折格子３ａに向かう光束の太さは、
回折格子３ａの波長分解能を高くとるため、数ｍｍのビ
ーム半径を持っている。一方、市販の受光器や光アイソ
レータの有効半径は１ｍｍ以下のものが多い。したがっ
て、レンズによって光束を細くすることにより、ビーム
径の不適合から生じる弁別感度の低下や光アイソレータ
によるケラレを防ぐことができる。

【００５５】なお、本例では簡単のため、１枚の凸レン
ズを用いた例を示したが、複数枚のレンズや曲面ミラー
を組み合わせて使用することも可能であり、ビーム径の
調整が必要な場合などに有効である。

【００５６】ところで、外部共振器の共振器長を可変と
するには、上述した例のように、回折手段３の内部に共
振器長可変手段３ｄを設けるほか、第２の反射器を並進
させる方法、ＬＤの駆動電流を変化させる方法、外部共
振器内に光路長を変化させるための透過性の媒質を挿入
して、その厚みや屈折率を変化させる方法等を採っても
よい。

【００５７】次に、図６は本発明による波長可変光源装
置の第３実施の形態を示す図である。なお、図２に示す
第２実施の形態と同一の構成要素には同一番号を付し、
その説明を省略する。

【００５８】第３実施の形態の波長可変光源装置１Ｃ
（１）は、図６に示すように、光増幅部２、回折格子３
ａと第１の反射器３ｂと第２の反射器３ｅを含む回折手
段３Ｂ（３）、角度検出手段４、制御部５を備えて概略
構成される。すなわち、この波長可変光源装置１Ｃは、
リットマン配置の回折格子３ａを用いた外部共振型レー
ザに角度検出手段４を付加して帰還制御を行う構成を採
用したものである。

【００５９】この波長可変光源装置１Ｃでは、光増幅部
２から回折格子３ａに入射した光を一度回折させ、その
回折光（０次回折光以外）を第１の反射器であるミラー
３ｂによって反射し、再び回折格子３ａに入射して、そ
の回折光を光増幅部２に帰還する。

【００６０】したがって、レーザ発振は、第２の反射器
であるＬＤ１１の片端面１１ｂ、光増幅部２、回折格子
３ａ、ミラー３ｂの間で生じる。このような構成はリッ
トマン配置と呼ばれている。

【００６１】そして、ミラー３ｂの回転によって選択波
長を変化させることができ、ミラー３ｂの並進によって
共振波長を変化させることができる。制御部５の構成と
動作については、移動対象をミラー３ｂとすることと、
低周波成分の制御信号を共振器長可変手段３ｄに、高周
波成分の制御信号を電流源１２に帰還すること以外、第
２実施の形態の波長可変光源装置１Ｂと同様である。

【００６２】ＬＤ１１は、活性領域または位相制御領域
を流れる電流によって内部の屈折率が変化する性質を有
するため、駆動電流を変化することによって外部共振器
の共振器長を変化することができる。したがって、共振
器長は共振器長可変手段３ｄと、ＬＤ１１への電流源１
２からの駆動電流とによって決まる。

【００６３】本例のような共振器構造をとると、図２に
示す第２実施の形態のようなリトロー配置の共振器構造
に比べ、回折格子３ａによる波長選択性を容易に高くと
ることができる。この結果、わずかな発振波長の変化に
対して回折角が大きく変化するため、発振波長変化の弁
別感度が高くなり、より確実なモードホップ抑止を実現
することができる。

【００６４】さらに、制御信号の高周波成分をＬＤ１１
の駆動電流として帰還することによって、外部共振器の
共振器長を高速に制御できる。このため、振動によるモ
ードホップのように、機械的には追従できない高周波の
外乱に起因するモードホップを抑止する効果がある。ま
た、波長掃引を行う場合、選択波長の掃引に追従して、
共振波長が変化しなければならない。ＬＤ１１への電流
帰還を利用すれば、この追従速度が速いため、波長掃引
速度を速く設定することができる。

【００６５】このように、図１、図２及び図６に示す実
施の形態の波長可変光源装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、回折
手段３側（回折格子３ａ）と対面するＬＤ１１の出射端
面１１ａにＡＲコートが施され、かつＡＲコートが施さ
れた端面１１ａにまで活性層１１ｃが達しないように形
成された窓領域１４を備えた構成なので、ＬＤ１１の内
部モードを十分抑制でき、自然放出光を低減できる。そ
の結果、モードホップによる多モード発振を抑圧できる
上、可変波長範囲を拡大することができる。

【００６６】ここで、図７（ａ），（ｂ）はある電流値
でＬＤを駆動したときの端面反射率の大小による波長−
利得特性を示している。

【００６７】図７（ａ），（ｂ）に示すように、利得ス
ペクトル特性に関し、ある電流値でＬＤを駆動したとき
の端面反射率をＲ１，Ｒ２（Ｒ１＜Ｒ２）として比較す
ると、反射率が大きいＲ２ではファブリペロー共振のた
め、利得ピークは大きくなるが、利得半値幅Δλ２は反
射率が小さいＲ１に比べて狭い。

【００６８】本例におけるＡＲコートに加えて窓領域１
４を備えた構造の波長可変光源装置１の場合、通常より
反射率が下げられるので、ピーク利得を抑える代わりに
利得半値幅Δλ１を拡大できる。これに伴って波長可変
範囲も拡大することができる。例えば窓領域が３５μｍ
の場合、無反射コートだけの時に比べて反射率を１／１
０以下にすることができ、可変波長範囲としては、約１
５０から約２００ｎｍへ拡大できる。

【００６９】また、多モード発振に関し、従来の構造で
はその大きな残留反射率のため、スペクトルに大きなリ
ップルｒが発生する。このリップルは波長を変える時に
多モード発振や、波長可変時の出力揺らぎの原因となる
ため極力低減するのが好ましい。本例の波長可変光源装
置１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）によれば、波長可変時のリッ
プル量が無反射コートだけのときに約１．５ｄＢである
のに対し、約０．５ｄＢに低減することができる。

【００７０】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
波長可変光源装置によれば、回折格子側と対面するＬＤ
の出射端面にＡＲコートによるＡＲコートが施され、か
つＡＲコートが施された端面にまで活性層が達しないよ
うに形成された窓領域を備えた構成なので、ＬＤの内部
モードを十分抑制でき、自然放出光を低減できる。その
結果、多モード発振を抑圧できる上、可変波長範囲を拡
大することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による波長可変光源装置の第１実施の形
態を示す構成図である。

【図２】本発明による波長可変光源装置の第２実施の形
態を示す構成図である。

【図３】角度検出手段の動作を説明するための図であ
り、（ａ）は角度検出手段の構成図、（ｂ）は受光器と
光束との位置関係を示す図、（ｃ）及び（ｄ）は受光器
と光束との各位置関係と検出信号との関係を説明するた
めの図である。

【図４】角度検出手段の誤差信号の弁別感度について説
明するための図であり、（ａ）は規格化弁別信号と照射
点変位との関係を示す図、（ｂ）は規格化光強度と距離
との関係を示す図、（ｃ）及び（ｄ）は分割受光器の受
光領域の形状の例で、間に隙間のない場合とある場合を
示す図である。

【図５】角度検出手段の他の例を示す構成図である。

【図６】本発明による波長可変光源装置の第３実施の形
態を示す構成図である。

【図７】（ａ），（ｂ）はある電流値でＬＤを駆動した
ときの端面反射率の大小による波長−利得特性を示す図
である。

【図８】回折格子を用いた外部共振型レーザの発振波長
決定の原理を説明するための図であり、（ａ）は回折格
子を用いた外部共振型レーザの構成図、（ｂ）は光共振
器を示す図、（ｃ）は透過率を示す図、（ｄ）は波長と
利得の関係を示す図、（ｅ）は発振波長、選択波長、共
振波長の関係を示す図である。

【図９】共振波長と選択波長の変化率が一致していない
状態での発振波長の変化を説明するための図であり、
（ａ）〜（ｄ）は共振器長Ｌ、入射角θが変化していく
各段階での発振波長、選択波長、共振波長の関係を示す
図、（ｅ）は共振器長Ｌと入射角θを模式的に示す図で
ある。

【符号の説明】

１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）…波長可変光源装置、２…光増
幅部、３（３Ａ，３Ｂ）…回折手段、３ａ…回折格子、
３ｂ…第１の反射器、３ｃ…選択波長可変手段、３ｄ…
共振器長可変手段、４…角度検出手段、４ａ…分波器、
４ｂ…レンズ、４ｃ，４ｄ…受光器、４ｅ…演算器、５
…制御部、１１…ＬＤ（半導体レーザ）、１１ａ，１１
ｂ…レーザ光出射端面、１１ｃ…活性層、１２…電流
源、１３…レンズ、１４…窓領域、２１…第２の分波
器、２２ａ，２２ｂ…遮蔽板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F072 AB13 HH04 HH05 JJ20 KK07 MM18 MM19 YY11 YY15 5F073 AA63 AA86 AB27 BA02 BA09 EA04

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を発振する半導体レーザ（１
   １）と、該半導体レーザから出射されるレーザ光を回折
   して所定波長のレーザ光を前記半導体レーザに帰還する
   回折手段（３）とを備えた外部共振器を含む波長可変光
   源装置（１）において、 前記半導体レーザは、少なくとも前記回折手段側と対面
   する出射端面（１１ａ）に無反射膜が形成され、かつ前
   記無反射膜が形成された端面にまで活性層（１１ｃ）が
   達しないように形成された窓領域（１４）を備えている
   ことを特徴とする波長可変光源装置。
2. 【請求項２】 前記半導体レーザ（１１）から出射され
   た光の光軸と前記回折手段（３）から反射された回折光
   の光軸のなす角度を検出する角度検出手段（４）と、 該角度検出手段により検出された前記角度を零とするよ
   うに前記外部共振器の共振器長と前記回折手段（３）の
   選択波長とのうち少なくとも一方を変化させる制御部
   （５）とを備えたことを特徴とする請求項１記載の波長
   可変光源装置。
3. 【請求項３】 前記回折手段（３）は、回折格子（３
   ａ）と反射器（３ｂ）を含むことを特徴とする請求項１
   又は２記載の波長可変光源装置。