JP2001313613A - 光送信器および光伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】レーザの駆動電流を制御する方法による光出力
制御では発振波長を長期間安定に維持させること。 【解決手段】波長依存性を有する波長フィルタ１８を介
して受光する波長モニタ１９、と光出力モニタ１６の差
分出力１１３を熱電子冷却素子２１若しくはＤＦＢレー
ザ１０１にフィードバックする波長安定化回路２０６を
設け、光出力安定化回路２０４、温度安定化回路２０
５、波長安定化回路２０６の作用によって予め設定され
た光出力、光波長を一定に長期間安定に維持することを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は長距離光通信、光ネ
ットワークを構成する光伝送装置並びに同光伝送装置に
用いる光源として使用するに好適な半導体レーザモジュ
ール、光送信器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、光通信の高速化、大容量化の必要
性に対して波長多重(Wavelength Division Multiplexin
g)による光通信方式が実用化されている。波長多重通信
では一本の光ファイバに複数の波長の光信号を多重化し
て伝送することで従来の単一波長での伝送に比べ、多重
化する波長の数に応じた伝送容量の拡大が図れる。

【０００３】一般に波長多重通信を行う伝送線路におい
てはカプラやフィルタで構成されるＷＤＭユニットの透
過損失が波長依存性を有するため異なる波長チャンネル
間の伝送損失ばらつきを生じる。特に長距離伝送用に光
ファイバ増幅器を用いた場合には、光ファイバ増幅器の
利得スペクトルが波長依存性を有し、非平坦であること
から、異なる波長チャンネル間の伝送損失ばらつきは更
に大きくなる。

【０００４】この波長多重伝送を長期間安定して実現す
るためには多重化する各光信号の送信レベル（光信号強
度）を各チャンネル毎に所定の値に長期間安定的に保持
するとともに、各信号間の波長間隔を維持する必要があ
る。しかし、光伝送装置の光源である半導体レーザは、
通常状態で長期間動作させた場合、レーザ素子活性領域
の結晶欠陥（例えば、点欠陥や転位）が増殖され、これ
に伴い発光特性（光出力や、レーザ発振しきい電流値な
ど）が経時変化を起こし、ついには寿命に至る。

【０００５】即ち半導体レーザは、通常状態での動作に
おいてもレーザ素子の経時変化に伴い、その光出力が変
動することが知られている。このため、光伝送装置に用
いる従来の光通信用半導体レーザモジュールでは、例え
ば特開平4-50903号公報などに知られる如く、半導体レ
ーザ後面から発光するレーザ光をモニタ用フォトダイオ
ードで検出し、このモニタ光が一定となるように半導体
レーザ駆動電流を制御し、光ファイバ出力を常に安定化
させる自動光出力制御を行っている。

【０００６】また、外部変調器を集積した半導体レーザ
を使用した外部変調方式における光出力方式においては
例えば特開平4-162481号公報などに知られる如く、電界
吸収型外部変調器を集積した半導体レーザの光出力の変
動を電界吸収型変調器に流れる光電流の変動として検出
し、この光電流が一定となるように半導体レーザ駆動電
流を制御し、光出力を安定化させる自動光出力制御を行
う方法も提案されている。

【０００７】即ち、従来の技術において、光ファイバ出
力を安定化させる自動光出力制御方法は、半導体レーザ
後面からの光出力、若しくは、電界吸収型変調器に流れ
る光電流をモニタし、半導体レーザ前方から光出力、即
ち光ファイバ出力を一定に保持するよう半導体レーザの
駆動電流を制御している。後者の光電流が一定となるよ
うに半導体レーザ駆動電流を制御し、光ファイバ出力を
安定化させる自動光出力制御を行う方法は温度補償を行
うことが可能になるという利点を持つが、いずれの方法
においてもレーザの駆動電流を制御することで光出力を
一定に保持する点に大きな差異はみられない。

【０００８】半導体レーザは半導体レーザ自体を極めて
精度よく温度制御した状態においても半導体レーザの駆
動電流（注入電流）の変動に伴うレーザ活性層部の温度
変動が生じ、発振波長がレーザの駆動電流に応じて変動
する特性を有している。

【０００９】一例としては、常に半導体レーザを２５℃
に温度制御した状態で駆動電流を10mA変化させた場合、
約0.05nmから0.1nm程度変動することが確認されてい
る。これは多重波長間隔の数分の１の大きさであり、極
めて大きな課題である。

【００１０】従って、従来の光出力を一定に保持するた
めの手段は光出力値を一定に保つことは可能であるが、
レーザ駆動電流の変動に伴う発振波長変動を許容する条
件で成立していたものである。

【００１１】これらの課題に対して、例えば特開平11-1
22176号公報、特開平10-209546号公報などによる信号光
の波長変動をモニタする機能を有するモジュールや制御
回路の提案がなされたり、例えば特開平11-238946号公
報、特開平10-079723号公報などによる波長変動のモニ
タ機能を光源である半導体レーザと同一のパッケージに
集積した半導体レーザモジュールおよびその駆動方法な
どが提案されている。いずれの公知例においても従来か
らの光源である半導体レーザモジュールの光出力をモニ
タするためのフォトダイオードのほかに透過損失が波長
依存性を有するフィルタを介して信号光を受光し、波長
変動をモニタするためのフォトダイオードが２つ必要で
ある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前述の通り波長多重光
通信を長期間安定に実現するためには、多重化させる各
信号の光出力レベルの安定化と同時に、各信号の波長間
隔を高精度に維持する必要があるが、従来の光出力制御
方式では波長安定性に関して考慮されていない。

【００１３】即ち、従来のレーザの駆動電流を制御する
方法では、波長多重光通信システム用途の光源用発光素
子モジュールに要求される安定した光出力を維持すると
ともにその発振波長を安定に維持、動作させることが極
めて困難な課題であった。

【００１４】更に光ファイバアンプなどの伝送線路構成
要素における伝送損失の波長依存性をによる波長チャン
ネル間の伝送損失ばらつきを補正するためにレーザ駆動
電流を制御することで送信端での光出力を調整し、受信
端での光強度レベルを調整すると、上記の通り、半導体
レーザの発振波長も変動してしまう。このため、従来は
レーザ駆動電流を制御によらない外部光減衰器などを光
送信器の外部に取り付け、調整を行なう必要があること
から送信系が非常に複雑かつ高コスト化してしまう欠点
があった。

【００１５】これに対し、例えば特開平11-122176号公
報、特開平10-209546号公報などによる信号光の波長を
安定化させるための波長変動をモニタする機能を有する
モジュールを光送信器に組み込むことは発振波長を安定
に維持、動作させることはできるが、波長モニタモジュ
ールの実装領域を必要とするため光送信器が大型化する
という課題がある。更に例えば特開平11-238946号公
報、特開平10-079723号公報などによる波長変動のモニ
タ機能を光源である半導体レーザと同一のパッケージに
集積した半導体レーザモジュール、および、その駆動方
法では発振波長を安定に維持、動作させることはできる
が、同波長制御方式では光出力と発振波長の独立制御が
不可能であり、各チャンネルの波長を変動させることな
く半導体レーザの経年劣化などによる光出力変動並びに
伝送損失のチャンネル間ばらつきを補正する光出力の調
節が困難である。

【００１６】本発明の目的は、電界吸収型外部変調器を
集積した半導体レーザ素子を光源とした光通信用半導体
レーザモジュールの光ファイバ出力とその発振波長を長
期間、常に安定に保持することができるとともに、また
特に波長多重光伝送装置において各チャンネルの波長を
変動させることなく光送信レベル調整が実現可能な半導
体レーザモジュールとその駆動方法、並びに、それを用
いた光伝送装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、光伝送装置の光源として用いる半導体レーザダイオ
ードモジュールに半導体レーザ素子の発振波長に応じた
信号を出力する機能を具備する。

【００１８】具体的には半導体レーザの後端面の出力を
透過損失が波長依存性を有する光学素子からなるフィル
タを介して受光するフォトダイオードを具備し、光送信
器に光出力を一定に保持するための光出力モニタ用フォ
トダイオードの出力と波長モニタ用フォトダイオードの
出力の差分から波長変動を検出し、半導体レーザモジュ
ールにフィードバックすることで波長を一定に保持し得
る機能を具備した。

【００１９】さらに、半導体レーザにモノリシック集積
化された光減衰器を用いて光出力を調節する機能を付加
することで、各チャンネルの波長を変動させることな
く、半導体レーザの経年劣化などによる光出力変動、並
びに、伝送損失のチャンネル間ばらつきを調節できる。

【００２０】また、半導体レーザ部分に埋蔵したヒータ
部に供給する電流を制御することで発振波長を任意に変
化させる機能を有する。

【００２１】また、少なくとも異なる２波長以上の光波
信号を同一の光伝送線路上に伝搬させることにより情報
を伝達する波長多重光通信装置において、半導体レーザ
の経年劣化などに起因する光出力変動を補正する。

【００２２】また、少なくとも異なる２波長以上の光波
信号を同一の光伝送線路上に伝搬させることにより情報
を伝達する波長多重光通信装置において、装置内の電源
電圧変動などに起因する光出力の波長変動を補正する。

【００２３】また、少なくとも異なる２波長以上の光波
信号を同一の光伝送線路上に伝搬させることにより情報
を伝達する波長多重光通信装置において、伝送線路内の
光部品の挿入損失や光増幅器の利得の波長依存性から生
じる各波長の光波信号間の受信端での光強度差を、各チ
ャンネルの送信装置の光出力をその発振波長を変化させ
ることなく調整する。

【００２４】また、少なくとも異なる２波長以上の光波
信号を同一の光伝送線路上に伝搬させることにより情報
を伝達する波長多重光通信装置において、伝送線路内の
光部品の挿入損失や光増幅器の利得の波長依存性から生
じる各波長の光波信号間の受信端での信号対雑音比を調
整する。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施例を図面に
基づいて説明する。図１には、本発明による半導体レー
ザモジュールの第１の実施例を示す。本発明による半導
体レーザモジュールに用いる光源は、回折格子によって
縦共振モードを単一化した分布帰還型半導体レーザ（以
下ＤＦＢレーザ）１０１と電界吸収型光変調器部１０２
とをモノリシック集積化した集積化光源１１である。集
積化光源１１の前方光出力は前方コリメートレンズ１
２、伝送線路上の光部品などからの反射戻り光を遮断す
る光アイソレータ１３、収束レンズ１４を介して光ファ
イバ１５へ光結合される。一方、集積化光源１１の後方
光出力は後方コリメートレンズ１７を介して受光面の表
面に高反射膜１０４コーティングを施した第１のフォト
ダイオード１０３に導かれる。この高反射膜１０４コー
ティングは反射率を５０乃至８０％程度に設定すること
で高反射膜１０４で反射されない光は第１のフォトダイ
オード１０３に入射するので第１のフォトダイオード１
０３が光出力モニタ１６を形成する。この光出力モニタ
１６の表面にコーティングされた高反射膜１０４によっ
て反射したレーザ光はその透過損失が波長依存性を有す
る波長フィルタ１８を介して受光面の表面に無反射膜１
０５コーティングを施した第２のフォトダイオード１０
６に導かれる。この無反射膜１０５コーティングを施し
た第２のフォトダイオード１０６が波長モニタ１９を形
成している。

【００２６】本発明による半導体レーザモジュールでは
集積化光源１１、前方コリメートレンズ１２、後方コリ
メートレンズ１７、光出力モニタ１６、波長フィルタ１
８、波長モニタ１９の光学素子は温度検出素子２０を実
装した熱電子冷却素子２１上に設置されたステム２２上
に実装されることで安定な温度に保持されるとともに、
気密封止パッケージ２３内にはんだつけまたはＹＡＧレ
ーザ溶接によって機械的にも安定に固定されている。

【００２７】図２には、本発明による半導体レーザモジ
ュールに使用する波長フィルタ１８の透過損失の波長依
存性と、この波長フィルタ１８を透過した波長モニタ１
９のフォトダイオード１０６出力の波長依存性を示す。
波長フィルタ１８はファブリペロー共振器（エタロン）
や誘電体多層膜をコーティングしたガラス素材などで作
られ、その共振器長や薄膜構成などの設計値でたとえば
図２（ａ）のように透過損失の波長依存性に周期性を持
たせることや、図２（ｂ）のように広い波長範囲で透過
損失の波長依存性なだらかな特性を示すもの（いわゆる
ローパスフィルタやハイパスフィルタ）が製作可能であ
る。この波長フィルタの透過損失の波長依存性の設計値
は後述の光送信器の制御回路の特性に合わせた設計とす
ることが望ましい。

【００２８】いずれのフィルタにおいても図２に示すよ
うに波長フィルタ１８の透過損失が波長依存性を有して
いるので、波長フィルタ１８を透過した光を受ける波長
モニタ１９のフォトダイオード１０６出力も波長に依存
した出力となる。このため、光出力モニタ１６の出力が
一定になるよう光出力制御を行なった上で入射光の波長
が変動した場合には光出力モニタ１６の出力と波長モニ
タ１９出力の差が所定の値から外れることになるため光
出力モニタ１６出力と波長モニタ１９と光出力モニタ１
６の両者出力の差分値が所定の値になるようにＤＦＢレ
ーザ１０１の温度や注入電流を制御すれば予め設定され
た光出力と光波長を一定に保持することが可能となる。

【００２９】図３は、図２（ａ）（ｂ）に示した波長フ
ィルタを使用した場合の波長モニタ、１９並びに、光出
力モニタ１６の出力の波長依存性を示している。同図に
示されるよう、光出力モニタ１６の出力は入射光の波長
に依存する要素を持たないため、例えば波長モニタ１９
出力と光出力モニタ１６出力が同じ値になる点（差分が
零の点）を所望の波長に設定した場合、入射光の波長が
変動すると波長モニタ１９出力と光出力モニタ１６出力
に差が生じる。従って、光出力モニタ１６出力を設定さ
れた値に保持しつつこの差を零にするようＤＦＢレーザ
１０１の温度や注入電流を制御すれば予め設定された光
出力と光波長を一定に保持することが可能となる。

【００３０】図４は、波長モニタ１９出力と光出力モニ
タ１６出力の差分を得る回路の例である。同回路では波
長モニタ１９出力と光出力モニタ１６出力はそれぞれカ
ソード極の電位で与えられ、両者の電位を差動増幅器１
１２の入力とすることで両者の差分出力１１３が得られ
る。

【００３１】図４では、電源、抵抗を固定している。し
かし、可変電源電圧、可変抵抗等を用いて、後段の差動
増幅器１１２の識別点を操作すれば、任意の波長に設定
できる。また、オフセット調整端子を有する差動増幅器
１１２であれば直接の識別点を操作できる。

【００３２】図５には、本発明による第１の実施例の半
導体レーザモジュールを用いた光送信器の構成を示す。
電気信号入力部２０１から入力された電気信号はドライ
バＩＣ２０２を介して電界吸収型光変調器部１０２に電
圧パルス信号として印可され、ＤＦＢレーザ１０１から
発する光を強度変調し、光パルス信号２０３を光ファイ
バ１５から出力するものである。

【００３３】本発明による光送信器には光出力モニタ１
６の光出力変動を検出しＤＦＢレーザ１０２の注入電流
へフィードバックする光出力安定化回路２０４と温度検
出素子２０の抵抗値変動を検出し、熱電子冷却素子２１
にフィードバックする温度安定化回路２０５と図４に示
した回路による光出力モニタ１６と波長モニタ１９の出
力の差分を出力する差分出力回路２０９と差分出力回路
２０９の差分出力１１３を温度安定化回路２０５にフィ
ードバックする波長安定化回路２０６が構成してある。

【００３４】同光送信器では、前述の通りＤＦＢレーザ
１０２の波長変動を光出力モニタ１６の出力と波長モニ
タ１９の出力の偏差として差分出力回路２０９によって
差分出力１１３として取り出し、波長安定化回路２０６
から温度安定化回路２０５へフィードバックする。この
光出力安定化回路２０４、温度安定化回路２０５、波長
安定化回路２０６の作用によって予め設定された光出
力、光波長を一定に保持することが可能となる。

【００３５】図６には、本発明による半導体レーザモジ
ュールの第２の実施例を示す。本実施例では、ＤＦＢレ
ーザ１０１の後方光出力をコリメートする、後方コリメ
ートレンズ１７、光出力モニタ１６、波長モニタ１９、
波長フィルタ１８を後面光学系支持部材１１４上に配置
してある。光出力モニタ１６と波長モニタ１９は同一平
面上に配置され、後方コリメートレンズ１７と波長フィ
ルタ１８とはあらかじめ後面光学系支持部材１１４上に
位置及び角度を調整して配置されている。

【００３６】また、本実施例では波長フィルタ１８の反
射光を波長モニタ１９で受光する形態となっている。前
述の通り波長フィルタ１８の透過損失が波長依存性を有
しているから、その反射光強度も波長依存性があり、第
１の実施例と逆の傾きの波長対波長モニタ１９出力が得
られることになる。本実施例では第１の実施例に比べ実
装面積が小型化できる利点があるとともに、光出力モニ
タ１６と波長モニタ１９は同一平面上に厳密な位置合わ
せを必要とせず配置でき、更に後方コリメートレンズ１
７と波長フィルタ１８との相対的位置関係を調整固定ま
たは、後面光学系支持部材１１４上にガイド部分を設
け、ガイド部分に合わせて各光学部品を配置すればよ
く、組み立てが容易となる。また、集積化光源１１に対
しては後面光学系支持部材１１４ごとレーザ光に対して
平行方向、および、垂直方向に位置調整を行なうこと
で、光出力モニタ１６と波長モニタ１９の両者が所望の
受光感度が得られるよう調整できる。

【００３７】本実施例のように光出力モニタ１６、波長
モニタ１９を含む光学系を後面光学系支持部材１１４上
に配置し、後面光学系支持部材１１４ごと集積化光源１
１に対し位置調整を行なう形態とすることで、各光学部
品の組み立て位置合わせが容易となるとともに、レーザ
光に対して角度調整を必要とせず位置調整のみで組み立
てできることから、組み立てが極めて容易となる。

【００３８】本実施例に示した後面光学系支持部材１１
４は、本実施例のみならず、前述の図1、および、その
他においても適用可能でレーザモジュールの組み立てを
容易にする有効な手段であるので、以降の説明は省略す
る。

【００３９】なお、本半導体レーザモジュールは図５に
示した光送信器に適用可能である。

【００４０】図７には、本発明による半導体レーザモジ
ュールの第３の実施例を示す。本実施例ではＤＦＢレー
ザ１０１の後方光出力をコリメートする後方コリメート
レンズ１７で集光されたビーム光の一部を直接第１のフ
ォトダイオード１０３で受光するとともに、一部は波長
フィルタ１８を介して第２のフォトダイオード１０６で
受光する構成となっている。本構成によって図１に示し
た第１の実施例と同じ機能を実現でき、第１のフォトダ
イオード１０３の位置並びに波長フィルタ１８の角度を
調整することで、図２で示した通り第１のフォトダイオ
ード１０３は光出力モニタ１６の出力を、第２のフォト
ダイオード１０６は波長モニタ１９の出力を得ることが
できる。更に、本実施例によれば第１のフォトダイオー
ド１０３の表面には高反射膜１０４コーティングが不要
となり、光出力モニタ１６、波長モニタ１９ともに同じ
フォトダイオードを用いることができる利点がある。な
お、本半導体レーザモジュールは図５に示した光送信器
に適用可能である。

【００４１】図８には、本発明による半導体レーザモジ
ュールの第４の実施例を示す。本発明による半導体レー
ザモジュールに用いる光源はＤＦＢレーザ１０１と電界
吸収型光変調器部１０２と電界吸収型光変調器１０２と
同じ構造の電界吸収型減衰器１０７をモノリシック集積
化した集積化光源２４である。本光素子はいわばＤＦＢ
レーザ１０１前方に電界吸収部を二重に集積したもので
ある。本素子において、電界吸収型光変調器１０２部に
は高周波電気信号を印可することでＤＦＢレーザ１０１
から出射される光を強度変調する。もう一方の電界吸収
型減衰器１０７部は定電圧を印可することでその電圧に
応じてその入射光の光強度を減衰させる作用を有してい
るから、この特性を利用して印可する電圧を制御するこ
とで一定光強度レベルの光信号を得ることができる。集
積化光源２４以外の構造は第１の発明による半導体レー
ザモジュールと同一の構造となっている。

【００４２】図９には、本発明による第４の実施例によ
る半導体レーザモジュールを用いた光送信器の構成を示
す。電気信号入力部２０１から入力された電気信号はド
ライバＩＣ２０２を介して電界吸収型光変調器部１０２
に電圧パルス信号として印可され、ＤＦＢレーザ１０１
から発する光を強度変調され、光パルス信号２０３を光
ファイバ１５から出力するものである。本発明による光
送信器には光出力モニタ１６の出力変動を検出し電界吸
収型減衰器１０７の印可電圧へフィードバックする光出
力安定化回路２０７と温度検出素子２０の抵抗値変動を
検出し、熱電子冷却素子２１にフィードバックする温度
安定化回路２０５と図４に示した回路による光出力モニ
タ１６と波長モニタ１９の出力の差分を出力する差分出
力回路２０９と差分出力回路２０９の差分出力１１３を
ＤＦＢレーザ１０１の注入電流へフィードバックする波
長安定化回路２０６が構成してある。同光送信器の波長
安定化回路２０６では、ＤＦＢレーザ１０１の波長変動
を光出力モニタ１６の出力と波長モニタ１９の出力の偏
差を差分出力回路２０９の出力として取り出し、ＤＦＢ
レーザ１０１の注入電流へフィードバックすることで所
定の発振波長となるよう制御を行っている。この光出力
安定化回路２０７、温度安定化回路２０５、波長安定化
回路２０６の作用によって予め設定された光出力、光波
長を一定に保持することが可能となる。更に本発明によ
る光送信器では電界吸収型減衰器１０７に印可する電圧
を制御することで光パルス信号２０３の強度レベルを制
御するものであるから、光強度レベルの制御によってＤ
ＦＢレーザ１０１の注入電流の変動がなく、光信号の波
長変動が生じない。よって、光信号の波長を変化させる
ことなく光パルス信号２０３の強度レベルを変化させる
ことが可能となる。本発明による光送信器の光制御方法
によれば電界吸収型減衰器１０７は印可した電圧に応じ
て光強度を減少させることは可能であるが、電界吸収型
減衰器１０７への入射光の光強度を増幅することはでき
ないため、ＤＦＢレーザ１０１の経時劣化に伴う光出力
減少分を考慮して、動作初期状態では電界吸収型減衰器
１０７に印可電圧を与えておく。このことによって見か
け上、ＤＦＢレーザ１０１の出射光を動作初期段階から
減衰させた状態で動作させることになるが、本発明によ
る半導体レーザモジュールではＤＦＢレーザ１０１の後
方に後方コリメートレンズ１７を具備していることでＤ
ＦＢレーザ１０１後方の光出力を有効に利用できること
から光出力モニタ１６および波長モニタ１９で受光する
に十分な光強度が得られる程度にＤＦＢレーザ１０１の
後端面の反射率を高くすることでＤＦＢレーザ１０１前
方の光出力を高出力化することができ、上記減衰分を補
償している。

【００４３】図１０には、本発明による半導体レーザモ
ジュールの第５の実施例を示す。本発明による半導体レ
ーザモジュールに用いる光源はＤＦＢレーザ１０１と電
界吸収型光変調器部１０２と電界吸収型光変調器１０２
と同じ構造の電界吸収型減衰器１０７をＤＦＢレーザ１
０１前方に、更に電界吸収型光変調器１０２と同じ構造
の電界吸収型モニタ１０８をＤＦＢレーザ１０１後方に
モノリシック集積化した集積化光源２５である。本素子
において、電界吸収型光変調器１０２部には高周波電気
信号を印可することでＤＦＢレーザ１０１から出射され
る光を強度変調する。もう一方の電界吸収型減衰器１０
７部は定電圧を印可することでその電圧に応じてその入
射光の光強度を減衰させる作用を有しているから、この
特性を利用して印可する電圧を制御することで一定光強
度レベルの光信号を得ることができる。また、電界吸収
型モニタ１０８はその入射光の光強度に応じた光電流が
流れる特性を有しており、この光電流の変動をモニタす
ることで、電界吸収型モニタ１０８への入射光の光強度
変動、即ちＤＦＢレーザ１０１の出力変動をモニタでき
ることになる。即ち、この電界吸収型モニタ１０８は光
出力モニタ１６と同じ機能を有する。従って、集積化光
源２５後方には光出力モニタ１６が不要となり、かつ集
積化光源２５後方の光出力強度が波長モニタ１９で受光
するに十分な光強度が得られれば、後方コリメートレン
ズ１７も不要となることから光送信器のコスト低減も可
能となる。この後方光学系以外の構造は第１の発明によ
る半導体レーザモジュールと同一の構造となっている。

【００４４】図１１には、第５の実施例による半導体レ
ーザモジュールを用いた光送信器の構成を示す。電気信
号入力部２０１から入力された電気信号はドライバＩＣ
２０２を介して電界吸収型光変調器部１０２に電圧パル
ス信号として印可され、ＤＦＢレーザ１０１から発する
光を強度変調した光パルス信号２０３を光ファイバ１５
から出力するものである。

【００４５】本発明による光送信器には電界吸収型モニ
タ１０８に流れる光電流の変動をモニタすることで、Ｄ
ＦＢレーザ１０１の出力変動を検出し、電界吸収型減衰
器１０７の印可電圧へフィードバックする光出力安定化
回路２０７と温度検出素子２０の抵抗値変動を検出し、
熱電子冷却素子２１にフィードバックする温度安定化回
路２０５と図４に示した回路による光出力モニタ１６と
波長モニタ１９の出力の差分を出力する差分出力回路２
０９と差分出力回路２０９の差分出力１１３をＤＦＢレ
ーザ１０１の注入電流へフィードバックする波長安定化
回路２０６が構成してある。

【００４６】同光送信器の波長安定化回路２０６では、
ＤＦＢレーザ１０１の波長変動を光出力モニタ１６の出
力と波長モニタ１９の出力の偏差を差分出力回路２０９
の出力として取り出し、ＤＦＢレーザ１０１の注入電流
へフィードバックすることで所定の発振波長となるよう
制御を行っている。この光出力安定化回路２０７、温度
安定化回路２０５、波長安定化回路２０６の作用によっ
て予め設定された光出力、光波長を一定に保持すること
が可能となる。本発明による光送信器の光出力制御方法
は電界吸収型モニタ１０８が入射した光の強度に応じて
光電流に変換するものであることから、電界吸収型モニ
タ１０８に流れる光電流を一定に保持するよう電界吸収
型減衰器１０７に印可する電圧を制御することで出射光
の光強度、即ち半導体レーザ素子の出力光を一定に保持
することが実現できる。

【００４７】更に、本発明による光送信器では光強度レ
ベルの制御によってＤＦＢレーザ１０１の注入電流の変
動がないことから、光信号の波長変動が生じない。よっ
て、光信号の波長を変化させることなく光パルス信号２
０３の強度レベルを変化させることが可能となる点は第
２の発明による光送信器と同じである。

【００４８】また、本発明による光送信器の光制御方法
によれば光出力モニタ１６が不要となることから波長モ
ニタ１９で受光するに十分な光強度が得られる程度にＤ
ＦＢレーザ１０１の後端面の反射率を高くすることでＤ
ＦＢレーザ１０１前方の光出力を高出力化することがで
き、予めＤＦＢレーザ１０１の経時劣化に伴う光出力減
少分を考慮して、動作初期状態で電界吸収型減衰器１０
７に電圧印可しておく分の光強度減衰分を補償してい
る。

【００４９】図１２には、本発明による半導体レーザモ
ジュールの第６の実施例を示す。本発明による半導体レ
ーザモジュールに用いる光源はＤＦＢレーザ１０１の活
性層部分にヒータ１０９を埋蔵し、電界吸収型光変調器
部１０２とをモノリシック集積化した集積化光源２６で
ある。本集積化光源２６はヒータ１０９部に供給する電
流を制御することでＤＦＢレーザ１０１の活性層を部分
加熱し、発振波長を任意に変化させる機能を有してい
る。集積化光源２６以外の構造は第１の発明による半導
体レーザモジュールと同一の構造となっている。

【００５０】図１３には、第６の実施例による半導体レ
ーザモジュールを用いた光送信器の構成を示す。本発明
による光送信器では図４に示した回路による光出力モニ
タ１６と波長モニタ１９の出力の差分を出力する差分出
力回路２０９と差分出力回路２０９の差分出力１１３を
フィードバックする制御信号をフィードバックする波長
安定化回路２０６のフィードバック先がＤＦＢレーザ１
０１の活性層部分にヒータ１０９になっている。この波
長安定化回路２０６のフィードバック信号によって本集
積化光源２６はヒータ１０９部に供給する電流を制御す
ることでＤＦＢレーザ１０１の活性層を部分加熱し、発
振波長を制御するものである。光出力モニタ１６の出力
変動を検出しＤＦＢレーザ１０１の注入電流へフィード
バックする光出力安定化回路２０４と温度検出素子２０
の抵抗値変動を検出し、熱電子冷却素子２１にフィード
バックする温度安定化回路２０５との作用は第１の実施
例による光送信器と同じ構造であり、この光出力安定化
回路２０４、温度安定化回路２０５、波長安定化回路２
０６の作用によって第１の実施例による光送信器と同様
に予め設定された光出力、光波長を一定に保持すること
が可能となる。また、波長安定化回路２０６から本集積
化光源２６のヒータ１０９部に供給する電流を制御する
ことでＤＦＢレーザ１０１の活性層を部分加熱し発振波
長を任意に変化させることも可能であり、突発的に送信
器の発振波長チャンネルを変更する必要が生じた場合の
対応や、同一構造の光送信器を複数個準備するだけで波
長多重通信が実現できるなどの実用上の応用範囲が広が
る。

【００５１】図１４には、本発明による第１乃至第６の
実施例による光送信器を用いて波長１．５５μｍ帯の双
方向波長多重光伝送装置を作製した例を示す。装置は各
チャンネルの波長信号を発する光送信器３００、光合波
器３０１、前段光増幅器３０２、光ファイバ３０３、イ
ンライン増幅器３０４、後段光増幅器３０５、光分波器
３０６、光受信器３０７で構成されている。波長多重光
伝送装置では１本の光ファイバ３０３に２波長以上の光
信号を伝送するものであるから、光ファイバ３０３に導
入する光信号の数（チャンネル数）を増やすことで容易
に信号伝達量をそのチャンネル数分倍増することが可能
である。

【００５２】しかしながら、実用上は光合波器３０１、
前段光増幅器３０２、光ファイバ３０３、インライン増
幅器３０４、後段光増幅器３０５、光分波器３０６等の
光伝送線路を構成する要素の波長帯域の制限から一本の
光ファイバ３０３に導入しうる光信号の数（チャンネル
数）にも限度がある。このため、更に信号伝達量を増加
させるためには各チャンネル間の波長間隔を狭くするこ
とで光伝送線路を構成する要素の波長帯域の制限内でチ
ャンネル数を増加させる手段がとられる。このように各
チャンネル間の波長間隔を狭くするためには、各チャン
ネルの波長と隣接チャンネルとの波長間隔が長期間安定
に維持されなければ隣接チャンネルとの信号干渉が生じ
てしまい、正確な信号伝達が出来なくなる。本発明によ
る光送信器ではそうした隣接チャンネルとの波長間隔を
長期間安定に維持するために、図１及び図５乃至図１３
に示したような各チャンネルの波長を一定に保持する機
能を半導体レーザモジュール並びに光送信器に付加して
あることからこの機能を用いて隣接チャンネルとの波長
間隔を長期間安定に維持できる波長多重光伝送装置を実
現できる。

【００５３】図１５（ａ）は図１４に示した光伝送装置
における１５３０ｎｍから１５６０ｎｍ帯での送信端か
ら受信端にいたる全伝送損失の波長依存性を示してい
る。図示のように特に１５４０ｎｍ近傍での伝送損失が
他の波長域に比べ大きい。これは特にエルビウムを添加
した光ファイバ増幅器の利得波長依存性を反映した結果
である。この大きな伝送損失の波長依存性を補償するた
めに従来は光減衰器を光送信器の外部に取り付け調整を
行なっていた。本発明では図８乃至図１３に示したよう
な発振波長を変動させることなく光出力を変化させる機
能を付加してあることからこの機能を用いて伝送損失の
波長依存性補償を行なうことができる。この出力調整は
各チャンネルの電界吸収型減衰器１０７に印可する電圧
を制御することで容易に実現可能である。

【００５４】図１５（ｂ）には、信号成分Ｓ（Ｓｉｇｎ
ａｌ）と雑音成分Ｎ（Ｎｏｉｓｅ）とした時、上記機能
によって各チャンネルの受信端での入力レベル（Ｓ＋
Ｎ）を一定に調整した場合の各チャンネルの光出力分布
を示す。

【００５５】図１５（ｃ）には、上記機能によって各チ
ャンネルの受信端での信号対雑音比（Ｓ＋Ｎ）を一定に
調整した場合の各チャンネルの光出力分布を示す。図１
５（ｂ）、図１５（ｃ）いずれの場合においても本発明
による図８乃至図９に示したような発振波長を変動させ
ることなく光出力を変化させる機能を用いて伝送損失の
波長依存性補償を容易に行なうことができる。

【００５６】受信端でのＳ／Ｎ又はＳ＋Ｎを一定にする
ためには，受信入力レベルをモニタし，そのモニタ値を
送信端に戻す必要があるが，通常の光伝送システムにお
いては例えば，あるチャンネルで信号受信が不可能若し
くは受信感度が著しく劣化したなど何らかの障害が発生
した際に送信チャンネルを送信側の予備系（バックアッ
プ系）に切り替えるなどの障害回避を行なうために通常
の信号伝達系とは別に監視系の伝送回線が設置されてい
る。（極めて一般的な公知技術のため図示せず。）よっ
て，この監視系を用いて受信端での各チャンネルＳ／Ｎ
又はＳ＋Ｎの変動を各チャンネルの送信器にフィードバ
ックし，図８乃至図１３に示したような各チャンネルの
電界吸収型減衰器１０７に印可する電圧を制御すること
で発振波長を変動させることなく光出力調整を容易に実
現可能である。

【００５７】また，送信，受信の双方向通信システムで
は通常用いられるＳＤＨ，ＳＯＮＥＴなどのフレームフ
ォーマットの空きバイトを用いて受信端から送信端への
受信入力レベルのフィードバック信号を伝達することも
可能である。

【００５８】さらには伝送クロックを上げ，情報信号に
符号訂正信号を付加したＦＥＣ（Ｆｏｒｗａｒｄ Ｅｒ
ｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）形態の伝送システムで
は，符号訂正信号と受信端から送信端への受信入力レベ
ルのフィードバック信号を付加することで受信端から送
信端への受信入力レベルをモニタ値をフィードバックす
ることが可能である。

【００５９】

【発明の効果】以上、実施例に基づいて説明したように
本発明によれば予め設定された光出力、光波長を長期間
安定に保持する光送信器を実現でき、特に波長多重光通
信を行なう光伝送装置において各チャンネルの波長と隣
接チャンネルとの波長間隔が長期間安定に維持できる。
また、本発明によれば光送信器に発振波長を変動させる
ことなく光出力を変化させる機能を付加してあることか
らこの機能を用いて波長多重光通信を行なう光伝送装置
において各チャンネルの各伝送損失の波長依存性補償を
行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体レーザモジュールの第１の
実施例を示す図である。

【図２】本発明による半導体レーザモジュールに使用す
る波長フィルタの透過損失と波長モニタ出力の波長依存
性を示す図である。

【図３】波長モニタ出力と光出力モニタ出力の波長依存
性を示す図である。

【図４】波長モニタ出力と光出力モニタ出力の差分を得
る差分出力回路の回路図である。

【図５】本発明による第１、第２、第３の実施例の半導
体レーザモジュールを用いた光送信器の構成図である。

【図６】本発明による半導体レーザモジュールの第２の
実施例を示す図である。

【図７】本発明による半導体レーザモジュールの第３の
実施例を示す図である。

【図８】本発明による半導体レーザモジュールの第４の
実施例を示す図である。

【図９】本発明による第４の実施例の半導体レーザモジ
ュールを用いた光送信器の構成図である。

【図１０】本発明による半導体レーザモジュールの第５
の実施例を示す図である。

【図１１】本発明による第５の実施例の半導体レーザモ
ジュールを用いた光送信器の構成図である。

【図１２】本発明による半導体レーザモジュールの第６
の実施例を示す図である。

【図１３】本発明による第６の実施例の半導体レーザモ
ジュールを用いた光送信器の構成図である。

【図１４】本発明による第１乃至第６の実施例の光送信
器を用いた光伝送装置の構成図である。

【図１５】光伝送装置における１５３０ｎｍから１５６
０ｎｍ帯での送信端から受信端にいたる全伝送損失の波
長依存性を示す図である。

【符号の説明】

１１…集積化光源、 １２…前方コリメートレンズ、 １３…光アイソレータ、 １４…収束レンズ、 １５…光ファイバ、 １６…光出力モニタ、 １７…後方コリメートレンズ、 １８…波長フィルタ、 １９…波長モニタ、 ２０…温度検出素子、 ２１…熱電子冷却素子、 ２２…ステム、 ２３…気密封止パッケージ、 ２４…集積化光源、 ２５…集積化光源、 ２６…集積化光源、 １０１…ＤＦＢレーザ、 １０２…電界吸収型光変調器部、 １０３…第１のフォトダイオード、 １０４…高反射膜、 １０５…無反射膜、 １０６…第２のフォトダイオード、 １０７…電界吸収型減衰器、 １０８…電界吸収型モニタ、 １０９…ヒータ、 １１０…波長モニタの出力強度の波長依存性、 １１１…光出力モニタの出力強度の波長依存性、 １１２…差動増幅器、 １１３…差分出力、 １１４…後面光学系支持部材、 ２０１…電気信号入力部、 ２０２…ドライバＩＣ、 ２０３…光パルス信号、 ２０４…光出力安定化回路、 ２０５…温度安定化回路、 ２０６…波長安定化回路、 ２０７…光出力安定化回路、 ２０９…差分出力回路、 ３００…光送信器、 ３０１…光合波器、 ３０２…前段光増幅器、 ３０３…光ファイバ、 ３０４…インライン増幅器、 ３０５…後段光増幅器、 ３０６…光分波器、 ３０７…光受信器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｓ 5/0687 5/12 (72)発明者 藤原 祥隆 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所通信事業部内 (72)発明者 大槻 昌徳 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所通信事業部内 (72)発明者 前田 文秀 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所通信事業部内 (72)発明者 大山 徹 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所通信事業部内 (72)発明者 黒口 克己 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所通信事業部内 Ｆターム(参考） 5F073 AA64 AB12 AB21 AB25 AB27 AB28 AB30 EA03 EA29 FA02 FA25 FA29 GA12 GA13 GA14 GA23 5K002 AA01 BA02 BA13 BA21 CA01 CA02 CA05 CA11 DA02 FA01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発光素子と、 上記発光素子の一方の光出力を光ファイバに光結合する
   光学系と、 上記発光素子の他方の光出力の一部を受光し、該光出力
   の光電力を監視する第１の監視部と、 上記発光素子の他方の光出力の他部を受光し、該光出力
   の光波長を監視する第２の監視部と、 上記第１の監視部と上記第２の監視部の出力を入力と
   し、差分出力信号を出力する差分出力部と、 上記差分出力信号で上記発光素子を冷却する熱電子冷却
   素子を有する温度安定化部と、該差分出力信号で上記発
   光素子の上記一方の光出力を減衰させる半導体の電界吸
   収効果を用いた減衰部と、該差分出力信号で上記発光素
   子を加熱するヒータとの３つのうち少なくとも１つで構
   成された波長安定化部とを有することを特徴とする光送
   信器。
2. 【請求項２】前記発光素子が、回折格子によって縦共振
   モードを単一化した半導体レーザで、 上記半導体レーザと前記光学系との間に、半導体の電界
   吸収効果を用いた外部変調器を有し、 前記第２の監視部が、上記半導体レーザの前記他方の光
   出力の他部を、反射、あるいは、透過させることによっ
   て光波長依存性を有する波長フィルタと、 上記波長フィルタを反射、あるいは、透過した光出力を
   受光し、無反射膜コーティングを施された第２のフォト
   ダイオードとで、 前記第１の監視部が、該監視部を反射させる場合は、高
   反射膜コーティングを施し、一方、該監視部を透過させ
   る場合は、無反射膜コーティングを施された第１のフォ
   トダイオードで構成されていることを特徴とする請求項
   １に記載の光送信器。
3. 【請求項３】前記発光素子が、回折格子によって縦共振
   モードを単一化した半導体レーザで、 上記半導体レーザと前記光学系との間に、半導体の電界
   吸収効果を用いた外部変調器を有し、 前記第２の監視部が、上記半導体レーザの前記他方の光
   出力の他部を、反射、あるいは、透過させることによっ
   て光波長依存性を有する波長フィルタと、 上記波長フィルタを反射、あるいは、透過した光出力を
   受光し、無反射膜コーティングを施された第２のフォト
   ダイオードで、 前記第１の監視部が、半導体の電界吸収効果を用いたモ
   ニタで構成されていることを特徴とする請求項１に記載
   の光送信器。
4. 【請求項４】前記第１の監視部、あるいは、前記第２の
   監視部に入力する光が、レンズで集光されていることを
   特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の光
   送信器。
5. 【請求項５】互いに信号波長が異り、電気信号を該信号
   波長の信号光に変換して出力する複数の請求項１から請
   求項４のいずれかに記載の光送信器を有し、 上記複数の信号光の受信端の上記各波長間で、該信号光
   の光電力と雑音光の光電力の和がほぼ一定であるか、あ
   るいは、該信号光の光電力と雑音光の光電力の比がほぼ
   一定であることを特徴とする光伝送装置。