JP2001257419A - 波長安定化レーザモジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 波長が高精度に安定化されたレーザ光を出射
することができる構造が簡単で小型化が可能な波長安定
化レーザモジュールを得る。 【解決手段】 半導体レーザ１と、その温度を調節可能
な基板７と、半導体レーザ１の出射光を平行光束に変換
するレンズ２と、レンズ２を通った平行光束の一部を受
光して電気信号に変換する第１光電変換素子５と、前記
平行光束の一部を入射するエタロン型フィルタ３１と、
前記フィルタを透過した光を受光して電気信号に変換す
る第２光電変換素子６とを有し、第１および第２光電変
換素子５，６からの電気信号を演算して得られた波長安
定化のための制御信号を半導体レーザ１および／または
基板７にフィードバックして前記半導体レーザが安定化
の目標とする基準波長のレーザ光を安定して出力できる
ようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は波長安定化レーザモ
ジュールに関し、特に波長が高精度に安定化されたレー
ザ光を出射することができる、構造が簡単で小型化が可
能な波長安定化レーザモジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ通信システムの光源として、
従来から半導体レーザが用いられている。特に数１０km
以上の光ファイバ通信には波長分散の影響を抑えるため
にＤＦＢレーザなど単一軸モードの半導体レーザが用い
られている。ところで例えば前記ＤＦＢレーザは、単一
の波長で発振するとはいえ、その発振波長は温度や注入
電流によって変化する。また光ファイバ通信システムに
おいては、光源の出力強度が一定であることも重要であ
るので、これまでの光ファイバ通信システムにおいて
は、一般に半導体レーザの温度および光出力を一定にす
るような制御が行われてきた。基本的には半導体レーザ
の温度と注入電流とを一定に維持すれば光出力と発振波
長とは一定に保たれる。しかし、半導体レーザが長期間
の使用により劣化すると、光出力を一定に保持するため
の注入電流が上昇し、これに伴って発振波長が変化する
ようになる。ただ、この波長の変化量は僅かなので、従
来の光ファイバ通信システムではほとんど問題にならな
かった。

【０００３】最近になると、１本の光ファイバに多数の
波長の光を導入する高密度波長分割多重方式（以下「Ｄ
ＷＤＭ」という）の光ファイバ通信システムが主流にな
りつつあり、使用される複数の発振波長の間隔も１００
GHz、或いは５０GHzと非常に狭くなってきている。この
場合、光源となる半導体レーザに要求される波長安定度
は例えば±５０pmとなり、従来の素子温度一定、光出力
一定という制御による波長安定化では不十分になってき
た。また、素子温度を一定にする制御を行っても、半導
体レーザモジュールの環境温度が変化すると発振波長が
僅かに変化し、この僅かな変化量が問題になる場合も増
えてきた。

【０００４】半導体レーザの発振波長の変動を抑え安定
化するために、従来からいくつかの波長安定化手段が提
案されている。これら波長安定化手段の第１の従来例と
して特開平10−209546号公報は、図１９に示すように、
半導体レーザモジュールとは別体のケースに収納された
波長安定化装置１２８を開示している。この波長安定化
装置１２８は、光ファイバ伝送路１０８からカプラ１０
９によってレーザ光の一部が分岐して導入される。この
波長安定化装置１２８にはバンドパスフィルタとなるフ
ィルタ１０３が内蔵されていて、このフィルタ１０３の
透過光を検出する光検出器１１１と反射光を検出する光
検出器１１０とが対向配置されている。この場合光検出
器１１０，１１１は、半導体レーザの発振波長に対して
図２０のようにそれぞれ位相が反転した受光強度を出力
する。そこで図２０に矢印で示した交点が安定化すべき
目標の波長となるようにフィルタ１０３、および光検出
器１１０，１１１を調整しておき、２つの光検出器１１
０，１１１の検出強度が等しくなるように図示しない半
導体レーザの温度制御手段にフィードバックすること
で、半導体レーザの発振波長を安定化させる。またフィ
ルタ部分には、安定化の目標とする基準波長を設定する
ためのスライド調整機構１１２が設けられている。

【０００５】この波長安定化装置１２８は、基本的に半
導体レーザモジュールとは別体のケースに収納されてい
るので別途に設置スペースが必要になることや、コスト
が大幅に上昇するなどの問題がある。また、安定化のた
めにカプラ１０９によって信号光の一部を分岐するの
で、その分信号光の光パワーが減衰する。更に、スライ
ド調整機構１１２によりフィルタ１０３の位置を調整す
るのみで目標とする基準波長の設定を行うことができる
点は優れているが、この機構を実現するためには、フィ
ルタの面内で徐々にフィルタの膜厚を変化させることで
面方向の透過特性を変化させるように加工した非常に特
殊で高価なフィルタを用いる必要がある。また、一般的
にフィルタの透過特性はフィルタの温度によって変化す
るので、フィルタ１０３を別途に温度調節するか、また
は温度による透過特性の変化を補償するような特別な電
気回路が必要になる。

【０００６】半導体レーザの発振波長の変動を抑え安定
化する第２の従来例として、特開平4−157780号公報
は、図２１に示す波長安定化装置を開示している。この
波長安定化装置は、基本的な波長安定化の原理は第１の
従来例と同様であり、信号光の一部を分岐してフィルタ
１０３に照射し、フィルタ１０３の反射光と透過光とを
それぞれ光検出器１１０，１１１で検出して演算し、図
示しない半導体レーザの温度制御手段にフィードバック
する。第１の従来例と異なる点は、安定化の目標とする
基準波長を設定するために周波数設定部１１３を設け、
この周波数設定部１１３によってフィルタ１０３の角度
を調整することにある。

【０００７】しかし第２の従来例において、フィルタ１
０３の角度を調整すると、フィルタ１０３の反射光の方
向が変化するので反射光を検出する光検出器１１０の位
置も同時に調整する必要が生じる。第２の従来例では、
フィルタ１０３の角度を調整する以外に、フィルタ１０
３の温度を調整する方法、フィルタ１０３の電気光学効
果を変化させる方法なども開示されているが、これらは
いずれも実用化が困難である。

【０００８】半導体レーザの発振波長の変動を抑え安定
化する第３の従来例として、特開平9−219554号公報
は、図２２に示す波長安定化装置を開示している。この
場合、第１の従来例および第２の従来例とは異なり、半
導体レーザ１０１からの光を波長依存性のないビームス
プリッタ１１５で分岐し、分岐されたそれぞれの光を受
光する２つの光検出器１１０および光検出器１１１の前
に、それぞれ光の波長に依存して透過率が減少するフィ
ルタ１１７および光の波長に依存して透過率が増加する
フィルタ１１６を設置している。この結果、第１および
第２の従来例と同様に２つの光検出器１１０，１１１か
らの信号のバランスを調整することで半導体レーザ１０
１の波長安定化を行うことができる。この方法において
も特定の波長を合わせるためにフィルタ１１７，１１６
の角度を調節する手段などが必要であるが、この方法で
は２つのフィルタ１１７，１１６に対していずれも透過
光を用いているため、角度調節を行う際、検出器１１
０，１１１の位置を調整する必要がない利点がある。

【０００９】しかし、スペースの限られた半導体レーザ
モジュールのケース内に図２２に示すようにビームスプ
リッタ１１５、およびそのレーザ発振光の光軸とは垂直
方向にフィルタ１１７、検出器１１０を設置することは
実際上極めて困難である。また実際には半導体レーザ１
０１からの出射光をレンズなどにより平行光束に収束す
るような光学系を用いないと波長安定化を行うために十
分なフィルタ透過光を得ることが困難になる。この理由
として、半導体レーザ１０１は比較的大きな放射角で光
を出射しているので、半導体レーザ出射面から光検出器
１１０，１１１までの距離が遠くなるに従い光検出強度
が急激に低下することが挙げられる。また、図２３に示
すように、検出感度を上げるために光検出器１０４の受
光面積を大きくすると、これに伴ってフィルタ１０３へ
の入射面積も大きくなり、フィルタ１０３に入射する光
の入射角に位置による大きな差が生じる。すなわち光線
Ａと光線Ｂとの入射角の差が大きくなる。ここで用いら
れる波長フィルタは、多層膜型であれエタロン型であ
れ、透過特性は光の入射角に大きく依存する特性を有す
ることから、多層膜型の例を図２４に示すように、フィ
ルタ１０３への入射角が大きく異なる光線Ａと光線Ｂと
では透過特性が大きく異なり、放射されたレーザ光全体
では受光強度の波長依存性が相殺されて小さくなるか、
波長依存性がなくなってしまう場合もある。この問題を
回避するために、半導体レーザ１０１からの出射光を平
行光束に収束する必要がある。しかしこの場合は部品点
数が増加し、平行光束に収束するためのレンズ、フィル
タ１１６，１１７、ビームスプリッタ１１５、光検出器
１１０，１１１など、それぞれの部品の位置の調整も煩
雑になり製作コストが増大する。

【００１０】半導体レーザの発振波長の変動を抑え安定
化する第４の従来例として、特開平10−79723号公報
は、図２５に示す波長安定化装置を開示している。この
波長安定化装置は、波長に依存して透過率が増大する信
号と波長に依存して透過率が減少する信号とを得るため
に、レンズ１０２を用いて半導体レーザ１０１からの出
射光を或る特定の拡散角となるように調整し、この拡散
光を傾斜させたフィルタ１０３に入射させ、その透過光
を２つの受光面１０５，１０６を有する光検出器１０４
で検出するようになっている。ここで受光面１０５と受
光面１０６とに入射する光は、フィルタ１０３に入射す
る時点で入射角がそれぞれ異なっているので、１枚のフ
ィルタで異なる透過特性を得ることができる。

【００１１】しかしこの第４の従来例においては、光学
系に精密な角度調整が必要であり、２つの受光面１０
５，１０６で得られるフィルタ透過光の特性は、レンズ
１０２の位置の微少な変化に伴う半導体レーザ光の拡散
角の変化、フィルタ１０３の角度変化、光検出器１０４
の位置の変化などによって複雑に変化する。すなわち、
受光面１０５および受光面１０６に入射するときのフィ
ルタ透過特性を独立に制御し、特定の波長に安定化させ
るためには、上記の各部品の配置をそれぞれ高精度に設
定する必要がある。例えば、フィルタ１０３の角度を調
整するだけでは任意の波長を安定化するように調整する
ことができないので、実際の装置製作には大きな問題が
生じる。

【００１２】半導体レーザの発振波長の変動を抑え安定
化する第５の従来例として、特開平9−12107号公報は、
図２６に示す波長安定化装置を開示している。この波長
安定化装置は、半導体レーザ１０１からの後方出射光を
ビームスプリッタ１１５によって分岐し、一方の分岐光
はフィルタを通さずに直接光検出器１１０に入射して光
強度検出用に用い、他方の光はフィルタ１０３を通して
光検出器１１１に入射し波長検出用に用いている。この
場合、フィルタ１０３を通さない光を検出する光検出器
１１０の光電流が一定になるように制御することによっ
て半導体レーザの出力を一定に制御することができる。
一方フィルタ１０３を通った光は、図５にフィルタ１０
３の透過率の波長依存性すなわち光検出器１１１におけ
る光電流Ｉの波長依存性を示すように、波長検出用の信
号となる光検出器１１１からの出力電流をある一定値Ｉ
0 に安定化することで、光出力と発振波長とを同時に
制御することが可能となる。

【００１３】しかし限られたスペースのケース内に、半
導体レーザの出力光学系と共にビームスプリッタ１１５
を含む波長安定化のための光学系を組み込むことはスペ
ース的に極めて困難である。また第３の従来例と同様
に、実際には半導体レーザの出射光を平行光束に収束す
るような光学系を用いないと、波長安定化を行うために
十分なフィルタ透過光を得ることが困難になる。そこで
光学系にレンズを挿入すると、このために部品点数が更
に増加し、レンズ、フィルタ、ビームスプリッタ、検出
器など、それぞれの部品の配置調整も煩雑になって製作
コストが増大する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】前記のように、従来の
半導体レーザの波長安定化装置は、いずれも部品点数が
多く、所要スペースが大きくなり、従来から一般に用い
られている半導体レーザモジュールのケース内に収納す
ることが困難であるばかりでなく、安定化の目標とする
基準波長の設定が非常に難しく、製作コストが増大する
などの課題があった。本発明は前記の課題を解決するた
めになされたものであって、従ってその目的は、従来か
ら用いられている半導体レーザモジュールのケース内に
収納できる程度にきわめてコンパクトで、部品点数が少
なく、しかも製作時には安定化の目標とする基準波長を
極めて容易にかつ高精度に設定することができる、低コ
ストの波長安定化レーザモジュールを提供することにあ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに本発明は、半導体レーザと、前記半導体レーザの温
度を調節する温度調節手段と、前記半導体レーザの出射
光を平行光束に変換する手段と、前記平行光束の一部を
受光して電気信号に変換する第１光電変換手段と、前記
平行光束の一部を入射しその波長に依存して透過率を連
続的に変化させるフィルタと、前記フィルタを透過した
光を受光して電気信号に変換する第２光電変換手段とを
有し、前記第１光電変換手段および第２光電変換手段か
らの電気信号を演算して得られた波長安定化のための制
御信号を前記半導体レーザおよび／または前記温度調節
手段にフィードバックして前記半導体レーザが安定化の
目標とする基準波長のレーザ光を安定して出力できるよ
うにした波長安定化レーザモジュールを提供する。

【００１６】本発明の前記波長安定化レーザモジュール
は、第１光電変換手段が半導体レーザから出射され平行
光束に変換された光束の一部を直接に受光し、前記光束
の他の一部は、波長に依存して透過率を連続的に変化さ
せるフィルタを通した後に第２光電変換手段が受光する
ので、第１光電変換手段では半導体レーザの光出力に依
存した光電流を取り出すことができ、第２光電変換手段
では、半導体レーザがその時点で発振している光の出力
に依存すると共に波長にも依存して変化した光電流を取
り出すことができる。従ってこの波長安定化レーザモジ
ュールから取り出した前記２つの光電流から演算すれ
ば、光の出力変動に依存した電流値と、波長変動に依存
した電流値がそれぞれ独立に得られる。前記フィルタで
は波長と透過率との関係がわかっているので、現時点で
検出された波長変動に依存した電流値と、安定化の目標
とする基準波長によって出力される電流値とを比較する
ことにより、現在半導体レーザが発振している光の波長
と基準波長との偏倚が求められる。半導体レーザの波長
は一般に注入電流と温度とに依存して変動するので、前
記偏倚量がゼロとなるような制御信号を前記半導体レー
ザの注入電流および／または前記温度調節手段にフィー
ドバックすることにより、半導体レーザの波長変動を抑
制し、基準波長に高精度に安定化されたレーザ光を出力
することができる。もちろん第１光電変換手段では半導
体レーザの光出力の変動が検知されているので、この出
力偏倚の信号を半導体レーザにフィードバックすること
で、半導体レーザの光出力も高精度に安定化することが
できる。本発明の波長安定化レーザモジュールは、波長
に依存した信号と波長に依存しない信号とを得るために
従来用いられていたビームスプリッタなどの部品を用い
ないので、部品点数が少なく、スペース効率が良好で従
来から用いられている半導体レーザモジュールのケース
内に収容できる程度にきわめてコンパクトに構成するこ
とができ、製作時には組み立ても調整も容易であるから
製造コストが大幅に低減できる利点がある。

【００１７】前記第１光電変換手段および第２光電変換
手段は、前記半導体レーザの後方出射光を受光するよう
に配置されていることが好ましい。これによって、半導
体レーザの前方出射光は全量を光通信のために使用する
ことができ、従来例の一部に見られるような波長検出の
ために光伝送路からレーザ光の一部を分岐することによ
る伝送光パワーの損失は起こらない。

【００１８】前記において、半導体レーザの出射光を平
行光束に変換する手段はレンズであり、このレンズから
出射した単一の平行光束の一部が前記第１光電変換手段
に入射し、他の一部が前記フィルタに入射するようにさ
れていることが好ましい。半導体レーザの出射光は一般
に拡散光であるが、この拡散光をレンズを用いて平行光
束に変換し、レンズから出射した単一の平行光束を横断
してその横断面の一部に前記フィルタを挿入し、平行光
束の一部が前記フィルタに入射するようにして光束の残
り部分の光が前記第１光電変換手段に入射するようにす
ることで、フィルタへの光の入射角が入射部位によって
異なることによる透過特性への悪影響がなくなり、より
高精度の波長安定化が達成できると共に、光の拡散によ
る前記第１および第２光電変換手段における受光強度の
減少を防止することができ、しかも拡散防止のために前
記第１および第２光電変換手段に向けてそれぞれ別のレ
ンズを設置する必要がないので部品点数が節減でき、装
置をコンパクトに構成できる。

【００１９】前記平行光束の平行度、すなわち光軸に対
する偏倚角は±２°以内とされていることが好ましい。
これによってフィルタの部位によって入射角が異なるこ
とによる透過特性への悪影響が最小化され、極めて高精
度な波長安定化が達成できるようになる。

【００２０】前記フィルタは、前記基準波長を含む波長
帯域内で透過率が波長に依存して単調に増大または減少
する透過特性を有するものであることが好ましい。前記
基準波長を含む波長帯域内で波長の変化に伴う透過率変
化、すなわち透過スペクトルの勾配が単調に増大または
減少しているフィルタを選択すれば、基準波長に対して
長波長側または短波長側に変動するレーザ光の波長を、
フィルタ透過光の明側変化または暗側変化として第２光
電変換手段が直ちに検知することができる。

【００２１】前記フィルタは、入射角の調節によって波
長に依存する透過率変化の勾配を変化させ得るものであ
ることが好ましい。入射角の調節によって波長に依存す
る透過率変化の勾配を変化させることができれば、前記
勾配を急峻にすることによって波長変動に関する検知感
度を向上させ高精度の波長安定化が可能になり、一方勾
配を緩徐にすれば変動を検知し得る波長帯域幅を拡大す
ることができる。

【００２２】前記フィルタは、前記基準波長を含まない
波長帯域において透過率が最大となるかまたは最小とな
る単峰性の透過特性を有するものであることが好まし
い。基準波長が透過特性の最大透過帯または最小透過帯
にあると、波長変動に対する感度が著しく低下する。フ
ィルタの透過特性が単峰性であれば、半導体レーザの発
振し得る波長帯域内で、存在したとしても僅かな帯域で
ある最大透過帯または最小透過帯を除いて、広い波長帯
域で高感度の波長検出が可能となる。

【００２３】前記フィルタは、透明基板上に誘電体多層
膜が形成された多層膜フィルタであることができる。多
層膜フィルタはガラス基板の厚さを任意に設定すること
ができるので、基板を薄くしてコンパクトな構成にでき
る利点がある。

【００２４】また前記フィルタは、一定波長間隔で透過
率が極大と極小とを繰り返す透過率周期を有するエタロ
ン型フィルタであることができる。エタロン型フィルタ
は半導体レーザの発振し得る波長帯域内に複数の極大点
と極小点とを有するので、各極大点と極小点とを結ぶス
ペクトルの勾配にそれぞれ基準波長を設定することがで
き、単一の装置で波長可変型半導体レーザを光源として
用いる多重光伝送システムにおける複数の基準波長の安
定化を実現させることができる。

【００２５】前記半導体レーザは、温度に依存して複数
の波長を発振し得る波長可変型のものであり、かつ前記
エタロン型フィルタの透過率周期の波長間隔は、下記の
式１に従って設定されていることが好ましい。 Ｄ＝（１−Ｔetalon／ＴLD）×Ｄ0 …式１ 前記式１中、Ｄはエタロン型フィルタの透過率周期の波
長間隔、D0は前記半導体レーザが発振する複数の波長の
間隔、Ｔetalonはエタロン型フィルタの温度が１℃変化
したときの中心波長の変化量、ＴLDは前記半導体レーザ
の温度が１℃変化したときの発振波長の変化量である。
ただし、前記中心波長とは、透過率が最大となるある一
つの波長を示す。温度に依存して波長を変化させ得る半
導体レーザを用い、前記式１に従って前記エタロン型フ
ィルタの透過率周期の波長間隔を設定すれば、多重光伝
送システムに用いられる複数の基準波長が前記透過率周
期の極大点と極小点とを結ぶスペクトル勾配に配位する
ように設定することができ、これによって半導体レーザ
が発振する各波長を単一の波長安定化装置で安定化する
ことができる。

【００２６】前記フィルタは、石英ガラスより高い屈折
率を有する透明基材から形成されていることが好まし
い。この石英ガラスより屈折率が高い透明基材はＳｉで
あることが好ましい。例えばエタロン型フィルタや多層
膜フィルタの基材として従来から用いられている石英ガ
ラスより屈折率が高い透明基材を用いれば、フィルタの
厚さをより薄くすることができ、装置の所要スペースを
一層縮小することができる。Ｓｉは透明で屈折率が石英
ガラスより高く、かつ半導体分野で広く用いられている
比較的安価な基材であるから、本発明に用いるフィルタ
の基材として好適である。

【００２７】前記フィルタは、前記第２光電変換手段に
固定されていてもよく、また第２光電変換手段の受光面
上にコーティングにより形成されていてもよい。これら
の場合はいずれも、フィルタを別体として組み込む場合
に比べ、一層コンパクトな装置が得られる。

【００２８】前記第１光電変換手段と第２光電変換手段
とは保持基板上に並列され、アレイ状の光検出器を形成
していることが好ましい。本発明の波長安定化レーザモ
ジュールにおいては、第１光電変換手段と第２光電変換
手段との間で煩雑な角度あわせを必要としないので、こ
れらを同じ保持基板上に並列した光検出器として用いれ
ば部品点数も組立て工数も削減され製造コストを低減す
ることができる。

【００２９】前記第１光電変換手段の受光面は、入射光
の光軸から傾斜して配置されていることが好ましい。こ
れによって、第１光電変換手段の受光面から半導体レー
ザへの反射戻りが排除され、戻り光による半導体レーザ
の発振特性の変化を抑制することができる。

【００３０】前記半導体レーザは、電界吸収型半導体光
変調器と集積された素子構造を有するものであることが
できる。半導体レーザが電界吸収型半導体光変調器と集
積されていると、一般に用いられているＤＦＢレーザと
外部変調器とを別個のモジュールとして構成する場合に
比べ、光伝送システム全体をコンパクトに構成できるよ
うになる。

【００３１】前記温度調整手段は、ペルチェ素子である
ことが好ましい。ペルチェ素子は任意の温度範囲で電子
制御によって温度を精密に設定できると共に、肉薄に構
成されているのでモジュール基板と密着してケース内に
コンパクトに収容できる。

【００３２】本発明の波長安定化レーザモジュールは、
レーザ光出力手段として光ファイバを有すると共に、少
なくとも前記半導体レーザと温度調節手段と平行光束に
変換する手段とフィルタと第１光電変換手段と第２光電
変換手段とが単一ケース内に収納されてなることが好ま
しい。本発明の波長安定化レーザモジュールは、波長安
定化装置の部品点数が少なく調整も容易であることか
ら、従来用いられていた波長安定化装置を付属していな
い半導体レーザモジュールの小型ケース内にも容易に組
み込むことができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面を
用いて具体的に説明するが、以下の実施形態は本発明を
何ら制限するものではない。 （実施形態１）本発明の実施形態１の波長安定化レーザ
モジュールを図１に示す。この波長安定化レーザモジュ
ールは、ケース９内に半導体レーザ１と、この半導体レ
ーザから拡散放射される後方出射光を平行光束に変換す
るレンズ２と、このレンズを透過した平行光束の一部を
直接受光して電気信号に変換する第１光電変換素子５
と、レンズ２を透過した平行光束の一部を入射するエタ
ロン型フィルタ３１と、このエタロン型フィルタを透過
した光を受光して電気信号に変換する第２光電変換素子
６とを有している。

【００３４】半導体レーザ１は、ペルチェ素子を備えた
基板７に装着されて駆動中の温度が調節できるようにな
っている。エタロン型フィルタ３１は、図示しない角度
調節機構によって入射角が調節できるようになってい
る。また第１光電変換素子５と第２光電変換素子６と
は、図２に示すように、保持基板４９上に並列され、ア
レイ状の光検出器４を形成している。この光検出器４
は、半導体レーザへの反射戻り光が生じないように、入
射光の光軸に対して傾斜して設置されている。

【００３５】この実施形態１の波長安定化レーザモジュ
ールは、半導体レーザ１がレーザ光を放射すると、その
後方出射光がレンズ２に入射して平行光束に変換され、
この平行光束の一部が第１光電変換素子５に直接入射し
て対応する電気信号Ａに変換される。また前記平行光束
の他の一部はエタロン型フィルタ３１に入射し、エタロ
ン型フィルタ３１は、この入射した光の波長に依存して
透過率が変化した光を出射し、この出射光が第２光電変
換素子６に入射して対応する電気信号Ｂに変換される。
従って電気信号Ａは、半導体レーザ１のその時点での光
出力情報を担っており、電気信号Ｂは、半導体レーザ１
のその時点での光出力情報とその時点で半導体レーザ１
が発振している光の波長情報とが共に含まれた情報を担
っている。このときエタロン型フィルタ３１の受光面の
角度を光軸に対して適切に調節すれば、電気信号Ｂは、
安定化の目標とする基準波長を中心としてその前後の波
長変動の情報を所望の感度で演算回路８に伝達する。

【００３６】電気信号Ａと電気信号Ｂとは、実施形態１
の波長安定化レーザモジュールから取り出され、演算回
路８に送られる。演算回路８は、電気信号Ａの変動から
半導体レーザ１の光出力の変動を検知し、現行出力と基
準出力との差を出力偏倚信号として図示しない注入電流
調節装置に連続的にフィードバックし、半導体レーザの
光出力を安定化させる。また演算回路８は、電気信号Ａ
と電気信号Ｂとから波長変動に依存する信号成分を取り
出し、予め演算回路８内に記憶されている波長に対する
透過率のスペクトルデータを参照して、半導体レーザ１
が現在発振している光波長を求め、この現行波長と安定
化の目標とする基準波長との差を波長偏倚信号として生
成する。半導体レーザの波長は一般に注入電流と温度と
に依存して変動するので、前記波長偏倚信号は、図示し
ない半導体レーザの注入電流調節手段および基板７に設
けられたペルチェ素子のいずれか一方または双方にフィ
ードバックし、これによって半導体レーザ１の出力波長
を安定化する。

【００３７】実施形態１の波長安定化レーザモジュール
は、波長に依存した信号と波長に依存しない信号とを得
るために従来用いられていたビームスプリッタなどの部
品を用いず、レンズも１個のみで済むので、部品点数が
少なく、スペース効率が良好で、従来から用いられてい
る半導体レーザモジュールのケース内に収容できる程度
にきわめてコンパクトに構成することができ、製作時に
は組み立ても調整も容易であるから製造コストが大幅に
低減できる利点がある。

【００３８】次にエタロン型フィルタ３１およびその作
用について詳しく説明する。エタロン型フィルタは、フ
ァブリーペロー干渉計とも言われるように、光の干渉に
よって非常に狭い波長幅の光だけを透過する特性を持っ
ている。基本構造は、図３に示すように入出射面が高精
度（1/100 波長程度）に平面研磨された厚さｄの平行
な光学ガラスである。光は屈折率ｎのガラス内部で多重
反射を起こす。ここで反射光と透過光が干渉することに
より、図４に示すように波長に対して透過率が高い部分
と低い部分を繰り返す透過特性を持つフィルタとなる。
図４に示す透過率ピークの間隔はＦＳＲ（自由スペクト
ル間隔：Free Spectral Range ）と呼ばれている。
このＦＳＲの大きさを周波数の単位で表すと、光が垂直
に入射するとき、エタロン型フィルタの厚さｄ、屈折率
ｎ、光速ｃを用いて、 ＦＳＲ＝c/2nd …式２ と表すことができる。従って、ガラスの屈折率ｎ、厚さ
ｄを選択することによってエタロン型フィルタのＦＳＲ
を任意に設定することができる。

【００３９】波長安定化制御を行うに際しては、図５に
示すように、エタロン型フィルタの透過率が単調に減少
する波長帯域、または単調に増大する波長帯域に安定化
の目標とする基準波長 λ0 が位置するように設定す
る。透過率スペクトル上でこの基準波長 λ0 が位置す
る点を波長安定化点Ｓと呼ぶことにする。図５に矢印で
示したように、いま或る透過率ピークの右肩で単調に透
過率が減少している帯域の中間に波長安定化点Ｓを設定
する場合を考える。このとき、基準波長λ0 となる波
長安定化点Ｓでのエタロン型フィルタの透過率（の光電
流換算値）をＩ0 とすると、半導体レーザ出射光の波
長 が基準波長λ0 よりも長い時は透過率がＩ0 より
も小さくなり、逆に基準波長λ0 よりも短い時は透過
率がＩ0 よりも大きくなる。このように波長安定化点
Ｓ付近の或る波長帯域内であれば、透過率（Ｉ）の増減
から、その時点における半導体レーザ出射光の波長 を
検知することができる。そして、透過率（Ｉ）が常にＩ
0 を保つように制御することによって、半導体レーザ
の出射波長を安定化させることができる。

【００４０】ここで例えば半導体レーザ１の前方光出力
が２０mWとなるように、第１光電変換素子５で検出され
る光電流の基準値を設定し、常にこの基準値となるよう
に半導体レーザ１の注入電流を制御しておく。この状態
では光出力一定モードとなっている。さらに、図５に矢
印で示した波長安定化点Ｓに対して、第２光電変換素子
６の光電流が基準電流値（すなわち基準透過率）Ｉ0
となるように半導体レーザ１の温度を制御すれば波長安
定化が実現される。この場合の制御方法はアナログ電子
回路でフィードバックループを形成してもよいし、ＡＤ
コンバータでデジタルデータに変換しコンピュータ上で
制御回路を構築するソフトウエアフィードバックを用い
てもよい。

【００４１】また、図６（ａ），（ｂ）に示すように、
半導体レーザの発振波長は、素子の温度ばかりでなく半
導体レーザ１の注入電流を変化させることでも変化し、
逆に、光出力は注入電流ばかりでなく温度を変化させた
ときにも変化する。従って、図１における第１光電変換
素子５の光電流を制御して光出力を一定に制御するため
に、注入電流と素子温度とを同時に制御するフィードバ
ックループを用いてもよい。同様に第２光電変換素子６
の光電流を制御して発振波長を一定にするために、注入
電流と素子温度を同時に制御するフィードバックループ
を用いてもよい。

【００４２】前記のように、波長安定化レーザモジュー
ルの波長制御性は、エタロン型フィルタの透過特性に大
きく依存している。特に図７に示すように、波長安定化
点Ｓを含む透過率周期の肩の部分の勾配、すなわちdＩ
／dλの大きさは、波長安定化のフィードバックループ
の利得に影響するので非常に重要である。エタロン型フ
ィルタを用いた場合の透過特性の特徴としては、図７の
ように、エタロン型フィルタの入出射面反射率に大きく
依存する。すなわち入出射面の反射率が大きい場合はデ
ルタ関数に近い急峻なピークを持つ透過特性となり、波
長安定化点Ｓ1での勾配dＩ／dλは大きくなる。ただ
し、このとき波長安定化が可能な波長幅は狭くなる。一
方、エタロン型フィルタの入出射面反射率が小さい場合
はサインカーブ的な緩やかな透過特性となり、波長安定
化が可能な波長幅は広くなる。ただしこのとき波長安定
化点Ｓ2 での勾配dＩ／dλは小さくなる。そこで、反
射率を大きくすることは特に高精度の波長安定度が必要
な場合に適している。反射率を小さくすることは波長安
定度よりも安定化可能な波長帯域幅を大きくしたい場合
に適している。

【００４３】なお、上記の波長安定化が可能な波長帯域
幅を調整するためにはエタロン型フィルタのＦＳＲを調
整することが有効である。波長安定化が可能な波長幅を
広くするためには、ＦＳＲを大きくし、なおかつエタロ
ン型フィルタの入射面反射率を小さくすればよい。勾配
dＩ／dλが波長安定化を行うのに十分な大きさであれ
ば、本発明の波長安定化レーザモジュールにおいては、
任意のＦＳＲを有するエタロン型フィルタを用いること
ができる。

【００４４】本発明の波長安定化レーザモジュールで
は、エタロン型フィルタの透過特性を入射角の調節のみ
で自由に変化させることができる。例えば図８（ａ）に
示すように、予めエタロン型フィルタのＦＳＲを１００
GHz（０．８nm）と非常に狭い値に設定し、入出射面の
反射率も６０％程度と高めに設定して、エタロン型フィ
ルタ３１受光面への平行光束の入射角を０°とすると、
波長安定化点Ｓa における勾配は非常に大きくなる。
ここで、エタロン型フィルタの入射角を次第に傾斜させ
ると、エタロン型フィルタのＦＳＲは図８（ｂ）、
（ｃ）のようにシフトし、さらに強くエタロン型フィル
タを傾斜させると、図８（ｄ）のようにピークがＦＳＲ
の幅（１周期分）だけシフトするに至る。このとき、入
射角の増加に伴ってエタロン型フィルタの入出射面反射
率が低下することなどの理由から、透過特性の振幅が小
さくなり、図８（ｅ）に示すように波長安定化点Ｓe
での勾配が小さくなる。このように本発明の波長安定化
レーザモジュールでは全く同一の部品構成で、単にエタ
ロン型フィルタ３１の角度を調整するだけで、安定化す
る基準波長の設定ばかりでなく、波長安定化のためのフ
ィードバックループにおいて重要なパラメータである波
長安定化点Ｓでの勾配の調整も行うことができる。

【００４５】エタロン型フィルタ３１の角度を変化させ
ても、光検出器４への光軸はずれないので、安定化する
基準波長 0 を設定するためには、エタロン型フィルタ
３１の入射角を調整するだけでよく、光検出器４の位置
などは調整不要である。これは、従来例１〜４では２つ
の波長に依存する信号の差分がゼロになる点で安定化す
るなど、２つの信号レベルを調整する必要があったが、
本発明の構成ではそれぞれの光電変換素子５，６の信号
を独立に演算回路８に出力するので、波長安定化レーザ
モジュールのケース内で２つの信号のレベル調整を行う
必要がない。すなわち、光検出器４の位置ずれなどに対
する許容幅が大きくなる。

【００４６】ところで、本発明の波長安定化レーザモジ
ュールがＤＷＤＭに適用される場合には、特に高い波長
精度を確保することが求められる。そして高い波長精度
を得るためには、前記のように波長安定化点Ｓにおける
勾配を大きくすることが有効である。すなわち本発明に
用いるフィルタの透過特性の振幅（ＯＮ／ＯＦＦ比）を
大きくする必要がある。ここで、例えば図１７に示すよ
うに、レンズ２により収束された平行光束の平行度が悪
く、すなわち平行からのビーム偏倚角 が大きく、ビー
ムが広がり（または狭まり）を持つ場合、第２光電変換
素子６が受光する光には異なる角度でフィルタに入射し
た光が含まれることになる。一方、例えばエタロン型フ
ィルタには透過特性の入射角依存性があるので、光の入
射角に幅がある場合にはフィルタ透過光の波長に帯域幅
が生じることになる。いまこの帯域幅を「受光波長幅」
と呼ぶと、波長精度を向上しようとすればこの受光波長
幅を狭くする必要があることになる。受光波長幅は、例
えば１００pmを越えると、精度の点でＤＷＤＭ用の波長
安定化装置には適用が困難になることが実験の結果わか
った。そこで、受光波長幅が例えば１００pm以下となる
ような光の平行度が求められることになる。

【００４７】図１８に前記のビーム偏倚角 と受光波長
幅との関係の一例を示す。図１８は、第２光電変換素子
６の受光径が0.05mmであり、受光面の中心位置がレンズ
の中心から0.2mmずれて配置され、またレンズ２の主面
位置から受光面までの距離が1mmあり、フィルタは光軸
Ｘに対して垂直に配置された場合の例を示している。図
１８から明らかなように、ＤＷＤＭ用の波長安定化装置
に適用するために受光波長幅を１００pm以下にしようと
すれば、レンズ２により収束された平行光束の平行度
（ビーム偏倚角β）は±２°以内とされることが望まし
いことがわかる。ところで平行度が±２°以内となるよ
うに実装することは、例えば光ファイバに集光するレン
ズの実装精度などに比べるとはるかに容易であり、非球
面レンズなどの高価な光学部材を用いることなく容易に
実現することができる。

【００４８】実施形態１において実際の波長安定化レー
ザモジュールは、図１に示すように、基板７上に光ファ
イバ結合用レンズ１８、光アイソレータ２７、温度検出
用のサーミスタ２９などが搭載され、半導体レーザ１、
レンズ２、エタロン型フィルタ３１、二つの光電変換素
子５，６を備えた光検出器４と共に、従来の半導体レー
ザモジュールと同様なサイズのケース９内に組み込ま
れ、これに接続された光ファイバ１４から光通信用の光
を出射する構成となっている。基板７は付属するペルチ
ェ素子によって温度制御可能とされていて、半導体レー
ザ１の温度を制御して発振波長を安定化する共に、ケー
ス内の全ての光学部品を一定の温度に制御する。このよ
うに実施形態１の波長安定化レーザモジュールは、従来
の半導体レーザモジュールのケースに収納可能な非常に
コンパクトな構成となっている。

【００４９】以上詳しく説明したように、半導体レーザ
１、レンズ２、エタロン型フィルタ３１、２つの光電変
換素子５，６を用いた実施形態１の波長安定化装置を従
来の半導体レーザモジュールのケース９内に組み込むこ
とにより、波長が高精度に安定化された半導体レーザモ
ジュールが得られる。

【００５０】（実施形態２）図９は、本発明の実施形態
２の波長安定化レーザモジュールに含まれる波長安定化
装置を示している。以下「波長安定化装置」とは、波長
安定化レーザモジュール内に組み込まれた少なくとも半
導体レーザ、レンズ、フィルタ、および第１，第２光電
変換素子を含むアッセンブリを意味する。実施形態２
は、実質的に実施形態１と同様であるが、ただし波長依
存性の信号を得るためのフィルタとしてエタロン型フィ
ルタに代わって誘電体多層膜がガラス基板上に形成され
た多層膜フィルタ３２を用いている。多層膜フィルタ３
２を用いる場合、ガラス基板の厚さを任意に設定するこ
とができるので、基板を薄くしてコンパクトな構成にで
きる利点がある。実施形態２の作用や使い方は実施形態
１と実質的に同様である。

【００５１】（実施形態３）図１０は、本発明の実施形
態３における波長安定化装置を示している。実施形態３
は、波長依存性のある信号を得るためのフィルタ３３が
一方の光電変換素子（第２光電変換素子６）に貼り付け
て固定されている点で実施形態１と異なる。このフィル
タ３３は実施形態１で用いたエタロン型フィルタであっ
ても、実施形態２で用いた多層膜フィルタであっても、
またその他の同様な機能を有するフィルタであってもよ
い。この実施形態３の場合、透過率周期波長の調整や波
長に依存した透過率の勾配の調整、また光検出強度の最
適化は、フィルタ一体型の光検出器４１の光軸に対する
角度や位置を実装時に最適化することで容易に行うこと
ができる。実施形態３の波長安定化レーザモジュールは
実施形態１または実施形態２に比べて更にコンパクトに
波長安定化装置を組み込める利点がある。

【００５２】（実施形態４）図１１は、本発明の実施形
態４における波長安定化装置を示している。実施形態４
は、波長依存性のある信号を得るためのフィルタ３４が
一方の光電変換素子（第２光電変換素子６）にコーティ
ングにより形成されている点で実施形態１と異なる。こ
のフィルタ３４は誘電体多層膜が第２光電変換素子６の
受光面に直接コーティングされたものである。この実施
形態では、第２光電変換素子６が誘電体多層膜の基板を
兼ねているので、部品点数が更に減少すると共に光検出
器４２の厚みも、例えば実施形態３などの場合に比べて
大幅に減少し、非常にコンパクトな波長安定化レーザモ
ジュールが得られる。

【００５３】（実施形態５）図１２は、本発明の実施形
態５における波長安定化装置を示している。実施形態５
は、実質的に実施形態１と同様であるが、ただし半導体
レーザとして、電界吸収型半導体光変調器と集積された
素子構造を有する半導体レーザ１１を用いている。この
半導体レーザ１１は、電界吸収型半導体光変調器と集積
されているので、一般に用いられているＤＦＢレーザと
外部変調器とを別個のモジュールとして構成する場合に
比べ、光伝送システム全体をコンパクトに構成すること
ができる利点がある。

【００５４】（実施形態６）図１３は、本発明の実施形
態６における波長安定化装置の部分を示している。実施
形態６は、実質的に実施形態１と同様であるが、ただし
半導体レーザとして波長可変型半導体レーザ１２を用い
ている点が異なり、またフィルタとしては特にＦＳＲが
９０GHzのエタロン型フィルタ３５を用いている。

【００５５】次に波長可変型半導体レーザについて説明
する。波長可変型半導体レーザは、１つのレーザ素子で
ありながら発振波長を変化させることができるものであ
る。近年、急速に広まっているDWDMシステムでは、波長
の異なるチャンネル毎に異なる半導体レーザを含む光源
ユニットが必要である。またバックアップ用にも同数の
ユニットが必要となり、DWDMシステムのチャンネル数の
増大により、バックアップのコストが膨大化する傾向に
ある。１つの波長可変レーザで複数のチャンネルのバッ
クアップを行うことができれば、コストはその分だけ軽
減される。このような用途を中心として、２ないし４チ
ャンネル、またはそれ以上のチャンネルをカバーするよ
うな波長可変型半導体レーザの需要が高まってきてい
る。最も一般的な構造で、実用化に近いものは、従来の
ＤＦＢ半導体レーザの温度を変化させることにより発振
波長を変化させるタイプの波長可変型半導体レーザであ
る。通常、波長１．５５ミクロン帯のＤＦＢレーザは、
素子温度を１０℃変化させると、発振波長が約１nm変化
する。すなわち、図１４に示すように、±１２℃だけ素
子温度を変化させることによって、１００GHz（０．８n
m）間隔で４チャンネル分に相当する２．４nmをカバー
することができる。

【００５６】実施形態６の波長安定化レーザモジュール
には、前記４チャンネルをカバーする波長可変型半導体
レーザ１２が組み込まれている。このように同一間隔の
複数の波長で安定化制御を行うためには、ＦＳＲがこの
波長間隔と同一のエタロン型フィルタを用い、安定化す
る基準波長ごとに異なる透過率周期を検出する構造にす
ればよい。ただし実際には、エタロン型フィルタの素材
として用いられる一般的な石英ガラスには透過率周期に
温度依存性が存在する。例えば実施形態１におけるよう
に、１つの基準波長を安定化する場合であれば、制御す
る温度範囲は±１℃以内程度でよい。しかし実施形態６
のように半導体レーザの素子温度を２４℃も変化させる
場合は、エタロン型フィルタの温度特性の影響が無視で
きなくなる。図１５の上段に示すように、一般的なエタ
ロン型フィルタでは温度が１０℃変化するごとに中心波
長の位置が０．１nmだけシフトする。

【００５７】本発明における波長安定化レーザモジュー
ルでは、エタロン型フィルタ３５と半導体レーザ１２は
同一の温調基板７上に実装し、同一温度になるようにし
て温度制御を行うようにしているので、半導体レーザ１
２の発振波長の変化にともなって基板７の温度が変化す
る場合、エタロン型フィルタの透過率は温度変化に伴っ
て、図１５の下段に示すような波長依存性を示すように
なる。すなわち、実装時のＦＳＲは元のＦＳＲよりも広
がる。これを実効的なＦＳＲと呼ぶ。そこでこの実効的
なＦＳＲをDWDMシステムの波長間隔である１００GHz
（０．８nm）に整合するように設計すれば、各チャンネ
ルで波長安定化を行うことができるようになる。

【００５８】前記エタロン型フィルタにおける元のＦＳ
Ｒと実効的なＦＳＲとは、このエタロン型フィルタの温
度特性と半導体レーザの発振波長の温度特性を使って次
のように表すことができる。 Ｄ＝（１−Ｔetalon／ＴLD）×Ｄ0 …式１ 式１中、Ｄはエタロン型フィルタの透過率周期の波長間
隔、D0は前記半導体レーザが発振する複数の波長の間
隔、Ｔetalonはエタロン型フィルタの温度が１℃変化し
たときの中心波長の変化量、ＴLDは前記半導体レーザの
温度が１℃変化したときの発振波長の変化量である。た
だし、前記中心波長とは、透過率が最大となるある一つ
の波長を示す。

【００５９】次に、波長可変半導体レーザ１２におい
て、複数の基準波長を安定化する方法について説明す
る。図１４において、ch１からch４までの波長（ここで
は１５５５．７５nm〜１５５８．１７nmに設定する）で
作動する波長可変半導体レーザを用いる。一方、ch１か
らch４までの作動温度は図１４に示すように、１８℃、
２６℃、３４℃、および４２℃である。このときＴLDは
約０．１nm／℃、Ｔetalonは約０．０１nm／℃となるの
で、実効的なＦＳＲを１００GHzにするためには、エタ
ロン型フィルタの元のＦＳＲを９０GHzにすればよいこ
とがわかる。その上でこのエタロン型フィルタの角度を
調整すれば、各温度での透過率の波長依存性は図１５上
段のようになり、実効的なＦＳＲは図１５の下段のよう
に１００GHzとほぼ等しくすることができる。このよう
に設定したエタロン型フィルタを波長モニタ用の第２光
電変換素子６の前に設置することで、各チャンネルにお
いて実施形態１で説明したと同様に波長安定化を行うこ
とができる。

【００６０】前記の例では、エタロン型フィルタの透過
率周期の右肩部分の傾斜を用いて波長の安定化を行って
いるが、透過率周期の左肩を使用しても同様の結果が得
られることはいうまでもない。更に、透過率周期の左右
双方の肩を用いて、ＦＳＲの半分の間隔、ここでは５０
GHz間隔で波長安定化を行うことも可能である。ただし
この場合は、チャンネルごとにフィードバックループに
おいて制御方向が反転するので、波長安定化レーザモジ
ュール中で補正する必要がある。

【００６１】前記の例では元のエタロン型フィルタのＦ
ＳＲとして９０GHzの例を示したが、この値はエタロン
型フィルタの温度特性によって最適値が異なるので、エ
タロン型フィルタの温度特性を求めた後にＦＳＲを設定
する必要がある。また、実効的なＦＳＲを複数の基準波
長の間隔と合わせる際には、通常、±３％程度の精度が
あればよい。ただし、安定化可能な波長帯域、安定化す
る波長チャンネル数などに大きく依存し、安定化可能な
波長帯域が狭い場合や安定化する波長チャンネル数が多
い場合は、より高い精度が必要となる。

【００６２】（実施形態７）図１６は、本発明の実施形
態７における波長安定化装置の部分を示している。実施
形態７は、実質的に実施形態１と同様であるが、ただし
波長依存性の信号を得るためのフィルタとしてＳｉ基材
のエタロン型フィルタ３６を用いている。エタロン型フ
ィルタとしては通常、石英基材のものが用いられている
が、石英基材は高価であるので、これを材料費、加工費
の安いＳｉに置き換えることは有利である。Ｓｉは光通
信に用いる１．３ミクロンないし１．６ミクロン帯では
ほとんど透明であり、低損失のフィルタとして十分な特
性がある。またＳｉは、近年成熟しつつあるマイクロマ
シン技術が適用できる可能性が大きく、マイクロマシン
技術によってＳｉ基板フィルタの角度調整や位置調整の
高精度制御が可能になる可能性がある。

【００６３】更に、Ｓｉは石英ガラスよりも屈折率が約
２倍高いので、フィルタの厚さを薄くすることができ
る。特に、ＦＳＲを５０GHz以下程度の小さい値に設定
する場合、石英ガラス基板のエタロン型フィルタでは厚
さが２mm以上になり、フィルタのエッジでの回折光が第
１光電変換素子５に入射して誤動作を招く可能性があ
る。このときフィルタ基板としてＳｉを用いると、ＦＳ
Ｒが５０GHzの場合でもフィルタの厚さは１mm程度とな
り前記の問題が解消する。

【００６４】以上例示した各実施形態において、第１お
よび第２の光電変換素子は、２つの受光面を持つ集積化
されたアレイ状の光検出器４として示したが、第１およ
び第２の光電変換素子はそれぞれ単体の素子を並列して
設置してもよい。単体であれ、アレイ状の光検出器であ
れ、これら第１および第２の光電変換素子は特性や受光
面積が同じであっても異なっていてもよい。

【００６５】

【発明の効果】本発明の波長安定化レーザモジュール
は、半導体レーザの出射光を平行光束に変換する手段
と、前記平行光束の一部を受光して電気信号に変換する
第１光電変換手段と、前記平行光束の一部を入射しその
波長に依存して透過率を連続的に変化させるフィルタ
と、前記フィルタを透過した光を受光して電気信号に変
換する第２光電変換手段とを有しているので、高精度で
ありながら部品点数が少なく、スペース効率が良好で従
来から用いられている半導体レーザモジュールのケース
内に収容できる程度にきわめてコンパクトに構成するこ
とができ、製作時には組み立ても調整も簡単であるから
製造コストが大幅に低減できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態１を示す構成図である。

【図２】 図１における光検出器を示す平面図である。

【図３】 図１におけるフィルタの一例を示す斜視図で
ある。

【図４】 エタロン型フィルタの波長と透過率との関係
を示す透過スペクトル図である。

【図５】 エタロン型フィルタにおける波長安定化作用
を説明するための透過スペクトル図である。

【図６】 （ａ）および（ｂ）は、半導体レーザの光出
力変動要因を示すグラフである。

【図７】 エタロン型フィルタの透過特性を説明するた
めの透過スペクトル図である。

【図８】 （ａ）〜（ｅ）は、エタロン型フィルタにお
けるピーク波長の変化を説明するための透過スペクトル
図である。

【図９】 本発明の実施形態２における波長安定化装置
を示す構成図である。

【図１０】本発明の実施形態３における波長安定化装置
を示す構成図である。

【図１１】本発明の実施形態４における波長安定化装置
を示す構成図である。

【図１２】本発明の実施形態５における波長安定化装置
を示す構成図である。

【図１３】本発明の実施形態６における波長安定化装置
を示す構成図である。

【図１４】エタロン型フィルタの透過特性の温度依存性
を説明するための透過スペクトル図である。

【図１５】エタロン型フィルタの透過特性の温度依存性
を説明するための透過スペクトル図である。

【図１６】本発明の実施形態７における波長安定化装置
を示す構成図である。

【図１７】レンズ透過光の平行度を示す概念図である。

【図１８】ビーム偏倚角 と受光波長幅pmとの関係を示
すグラフである。

【図１９】従来の波長安定化装置の一例を示す構成図で
ある。

【図２０】図１９の波長安定化装置の作用を説明するた
めの光電流スペクトル図である。

【図２１】従来の波長安定化装置の他の一例を示す構成
図である。

【図２２】従来の波長安定化装置の更に他の一例を示す
構成図である。

【図２３】図２１の波長安定化装置の作用を説明するた
めのブロック図である。

【図２４】図２１の波長安定化装置の作用を説明するた
めの透過スペクトル図である。

【図２５】従来の波長安定化装置の更に他の一例を示す
構成図である。

【図２６】従来の波長安定化装置の更に他の一例を示す
構成図である。

【符号の説明】 １ 半導体レーザ １１ 半導体レーザ １２ 半導体レーザ ２ レンズ ３ フィルタ ３１ エタロン型フィルタ ３２ 多層膜フィルタ ３３ （貼り付けられた）フィルタ ３４ （コーティングされた）フィルタ ３５ エタロン型フィルタ ４ 光検出器 ４１ 光検出器 ４２ 光検出器 ４９ 保持基板 ５ 第１光電変換素子 ６ 第２光電変換素子 ７ （温度調節可能な）基板 ９ ケース

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザと、前記半導体レーザの温
   度を調節する温度調節手段と、前記半導体レーザの出射
   光を平行光束に変換する手段と、前記平行光束の一部を
   受光して電気信号に変換する第１光電変換手段と、前記
   平行光束の一部を入射しその波長に依存して透過率を連
   続的に変化させるフィルタと、前記フィルタを透過した
   光を受光して電気信号に変換する第２光電変換手段とを
   有し、 前記第１光電変換手段および第２光電変換手段からの電
   気信号を演算して得られた波長安定化のための制御信号
   を前記半導体レーザおよび／または前記温度調節手段に
   フィードバックして前記半導体レーザが安定化の目標と
   する基準波長のレーザ光を安定して出力できるようにし
   たことを特徴とする波長安定化レーザモジュール。
2. 【請求項２】 前記第１光電変換手段および第２光電変
   換手段が前記半導体レーザの後方出射光を受光するよう
   に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の波長安
   定化レーザモジュール。
3. 【請求項３】 前記半導体レーザの出射光を平行光束に
   変換する手段がレンズであり、このレンズから出射した
   単一の平行光束の一部が前記第１光電変換手段に入射
   し、他の一部が前記フィルタに入射するようにしたこと
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の波長安定
   化レーザモジュール。
4. 【請求項４】 前記平行光束の平行度が±２°以内とさ
   れたことを特徴とする請求項１〜請求項３に記載の波長
   安定化レーザモジュール。
5. 【請求項５】 前記フィルタが、前記基準波長を含む波
   長帯域内で透過率が波長に依存して単調に増大または減
   少する透過特性を有するものであることを特徴とする請
   求項１〜請求項４のいずれかに記載の波長安定化レーザ
   モジュール。
6. 【請求項６】 前記フィルタが、入射角の調節によっ
   て、波長に依存する透過率変化の勾配を変化させ得るも
   のであることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれ
   かに記載の波長安定化レーザモジュール。
7. 【請求項７】 前記フィルタが、前記基準波長を含まな
   い波長帯域において透過率が最大となるかまたは最小と
   なる単峰性の透過特性を有するものであることを特徴と
   する請求項１〜請求項６のいずれかに記載の波長安定化
   レーザモジュール。
8. 【請求項８】 前記フィルタが、透明基板上に誘電体多
   層膜が形成された多層膜フィルタであることを特徴とす
   る請求項１〜請求項７のいずれかに記載の波長安定化レ
   ーザモジュール。
9. 【請求項９】 前記フィルタが、一定波長間隔で透過率
   が極大と極小とを繰り返す透過率周期を有するエタロン
   型フィルタであることを特徴とする請求項１〜請求項６
   のいずれかに記載の波長安定化レーザモジュール。
10. 【請求項１０】 前記半導体レーザが温度に依存して複
    数の波長を発振し得る波長可変型のものであり、かつ前
    記エタロン型フィルタの透過率周期の波長間隔が下記の
    式１に従って設定されたことを特徴とする請求項９に記
    載の波長安定化レーザモジュール。 Ｄ＝（１−Ｔetalon／ＴLD）×Ｄ0 …式１ （式１中、Ｄはエタロン型フィルタの透過率周期の波長
    間隔、D0は前記半導体レーザが発振する複数の波長の間
    隔、Ｔetalonはエタロン型フィルタの温度が１℃変化し
    たときの中心波長の変化量、ＴLDは前記半導体レーザの
    温度が１℃変化したときの発振波長の変化量である。た
    だし、前記中心波長とは、透過率が最大となるある一つ
    の波長を示す。）
11. 【請求項１１】 前記フィルタが、石英ガラスより高い
    屈折率を有する透明基材から形成されたことを特徴とす
    る請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の波長安定化
    レーザモジュール。
12. 【請求項１２】 前記透明基材がＳｉであることを特徴
    とする請求項１１に記載の波長安定化レーザモジュー
    ル。
13. 【請求項１３】 前記フィルタが、前記第２光電変換手
    段に固定されていることを特徴とする請求項１〜請求項
    １２のいずれかに記載の波長安定化レーザモジュール。
14. 【請求項１４】 前記フィルタが、前記第２光電変換手
    段の受光面上にコーティングにより形成されたことを特
    徴とする請求項８に記載の波長安定化レーザモジュー
    ル。
15. 【請求項１５】 前記第１光電変換手段と第２光電変換
    手段とが保持基板上に並列され、アレイ状の光検出器を
    形成したことを特徴とする請求項１〜請求項１４のいず
    れかに記載の波長安定化レーザモジュール。
16. 【請求項１６】 前記第１光電変換手段の受光面が、入
    射光の光軸から傾斜して配置されたことを特徴とする請
    求項１〜請求項１５のいずれかに記載の波長安定化レー
    ザモジュール。
17. 【請求項１７】 前記半導体レーザが、電界吸収型半導
    体光変調器と集積された素子構造を有するものであるこ
    とを特徴とする請求項１〜請求項１６のいずれかに記載
    の波長安定化レーザモジュール。
18. 【請求項１８】 前記温度調整手段が、ペルチェ素子で
    あることを特徴とする請求項１〜請求項１７のいずれか
    に記載の波長安定化レーザモジュール。
19. 【請求項１９】 レーザ光出力手段として光ファイバを
    有すると共に、少なくとも前記半導体レーザと温度調節
    手段と平行光束に変換する手段とフィルタと第１光電変
    換手段と第２光電変換手段とが単一ケース内に収納され
    てなることを特徴とする請求項１〜請求項１８のいずれ
    かに記載の波長安定化レーザモジュール。