JP2003046188A - 波長安定化レーザモジュール及びレーザ光の波長安定化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で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。 【解決手段】 半導体レーザ1の後方出射光はレンズ2に
よって平行光から僅かに広がった光線に変換される。こ
の光線を受光できるように少なくとも二つの受光部分を
持つアレイ状の光検出器を半導体レーザの後方に設置す
る。波長に対して透過率が連続的に増加、または減少す
る特性を持つフィルタ3をレンズ2と光検出器の間に設置
し光線が全てフィルタ3を透過するように配置する。受
光部分5では光線の外側の光を検出することで波長に依
存しない信号が得られ、光出力安定制御に用いる。ま
た、受光部分6では光線の中央の光を検出し波長に依存
した信号が得られ、光波長安定制御に用いることで高精
度に半導体レーザの発振波長を安定化することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は波長安定化レーザモ
ジュール及びレーザ光の波長安定化方法に関し、特に半
導体レーザの波長を安定化するための波長安定化レーザ
モジュール及びレーザ光の波長安定化方法に関する。

【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１０ｋ
ｍ以上の光ファイバ通信には波長分散の影響を押さえる
ためにＤＦＢレーザなどの単一軸モードレーザが用いら
れている。例えばＤＦＢレーザでは単一の波長で発振し
ているが、この発振波長は半導体レーザの温度、或いは
動作電流によって変化する。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、これまでのシステムにおいては、半導体レーザ
の温度、及び光出力を一定にするような制御が行われて
きた。基本的には光出力を一定にすることで、動作電流
も一定になり、半導体レーザの発振波長は一定に保たれ
る。しかしながら、半導体レーザの素子が長期使用の後
劣化すると、光出力を一定にするための動作電流が上昇
し、これに伴って発振波長が変化する。この波長変化量
はわずかであるので、従来の光ファイバ通信システムで
は問題にならなかった。近年、一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（ＤＷＤＭ）
方式のシステムが主流になりつつあり、ここでは使用さ
れる光源の発振波長の間隔が１００ＧＨｚ、或いは５０
ＧＨｚと非常に狭くなっている。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±５０ｐ
ｍとなり、従来の温度一定、光出力一定という制御によ
る波長安定性では不十分になりつつある。また、素子の
温度一定という制御でも、半導体レーザモジュールの環
境温度の変化により、わずかに発振波長が変化するとい
う問題もある。このような半導体レーザの発振波長の変
化を抑え、発振波長を安定化する手段として、これまで
いくつかの波長安定化装置が開発されている。

【０００３】特開平１０ー２０９５４６号公報では、図
１３(ａ)に示すように、半導体レーザとは別のパッケー
ジに収納するタイプの波長安定化装置28が示されてい
る。これは、光ファイバ伝送路からカプラ9によってレ
ーザ光の一部を分岐させて、波長安定化装置28に導入す
るものである。図１３(ａ)に示すように、波長安定化装
置28にはバンドパスフィルタとなるフィルタ3が設置さ
れており、その透過光を検出する光検出器11と反射光を
検出する光検出器10が設置されている。レーザの発振波
長に対して、光検出器10、11では図１３(ｂ)のようにそ
れぞれ上下が反転した受光強度を示す。図１３(ｂ)に矢
印で示した交点で目標の波長となるようにフィルタ、光
検出器を調整しておき、二つの光検出器の検出強度が等
しくなるように半導体レーザの温度にフィードバックす
ることで、半導体レーザの発振波長は安定化される。ま
た、フィルタ部分には安定化させる波長を調整するため
のスライド調整機構12が設置されている。まず、この構
成は基本的に半導体レーザモジュールとは別のパッケー
ジであるので、新たなスペースが必要であることや、大
幅なコストの増加といった問題が生じる。また、信号光
の一部を分岐させる構成であるので、その分の光パワー
の減衰も避けられない。スライド調整機構12でフィルタ
3の位置を調整するだけで安定化する波長の調整を行う
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、面内で透過特性が異なるように加工した
非常に特殊で高価なフィルタを用いる必要がある。ま
た、通常、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3を温度調節するか、温度特
性を補償するような特別な電気回路が必要となる。

【０００４】図１４は第二の従来例として特開平４ー１
５７７８０号公報における波長安定化装置の概略図を示
す。基本的な波長安定化の原理は上記、第一の従来例と
同様であり、信号光の一部を取り出し、フィルタの透過
光と反射光を検出して演算し、半導体レーザの温度にフ
ィードバックするものである。第一の従来例との違い
は、安定化する波長を調整するための周波数設定部13と
して、フィルタ3の角度を調整する方法が示されている
点である。しかし、フィルタ3の角度を調整すると、フ
ィルタ3での反射光の方向は変わるので、反射光を検出
する検出器10の位置も調整する必要が生じる。フィルタ
3の角度を調整する以外にも、フィルタ3の温度を調整す
る方法、フィルタ3の電気光学効果を変化させる方法な
どが示されているが、現実的であるとは言えない。この
ように特定の波長に安定化するための装置を構成するに
は非常に大きな困難が伴うことが分かる。

【０００５】図１５は第三の従来例として特開平９ー２
１９５５４号公報における波長安定化装置の概略図を示
す。ここでは第一の従来例、および第二の従来例とは異
なり、半導体レーザからの光を波長依存性のないビーム
スプリッタ15で二分し、二分された光を受光する二つの
光検出器10と光検出器11の前に、光の波長に対して透過
率が増加するフィルタ16と波長に対して透過率が減少す
るフィルタ17を設置している。この結果、従来例１、２
と同様に二つの光検出器10、11からの信号のバランスを
調整することで、半導体レーザ1の波長安定化を行うこ
とができる。この方法でも特定の波長を合わせるために
フィルタ16、17の角度調節などの手段が必要である。た
だし、この方法では二つのフィルタ16、17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10、11の位置を調整する必要がないことは利点であ
る。しかし、実際にはスペースの限られた半導体レーザ
モジュール内に図4のようにビームスプリッタ15および
光軸の垂直方向にフィルタ17、検出器10を設置するのは
困難である。また、実際には図１５のように半導体レー
ザ出射光を平行光に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
困難となる。この理由は、半導体レーザは比較的大きな
放射角で光を出射しているので、半導体レーザ端面から
光検出器までの距離が遠くなるにつれて光検出強度は著
しく低下することがあげられる。また、検出強度を上げ
るために、光検出器4の受光面積を大きくすると、光検
出器4に入射する光にはフィルタ3への光の入射角に大き
な幅を持つ。この時、フィルタ透過光は受光強度の波長
依存性が小さくなるか、波長依存性がなくなってしまう
傾向にある（本発明の原理の中で詳しく説明）。この問
題を回避するために図１６のようにレンズ2を用いて半
導体レーザからの出射光を平行光にする場合は部品点数
が増加し、レンズ2、フィルタ16、17、ビームスプリッ
タ15、光検出器10、11といった、それぞれの部品位置調
整も困難であり、製作コストが増大することが懸念され
る。

【０００６】図１７は第四の従来例として特開平１０ー
７９７２３号公報における波長安定化装置の概略図を示
す。この方法では上記、第一から第三の従来例と同じよ
うな、波長に対して透過率が増加する信号と、波長に対
して透過率が減少する信号を得るために、半導体レーザ
1からの出射光をレンズ2である放射角度になるように調
整し、その光を傾斜させたフィルタ3に光を入射させ、
それを二つの受光部分を有する光検出器4で検出すると
いう構成となっている。受光部分5と光受光部分6に到達
する光ではフィルタ3に入射するときの角度が異なり、
これによって一枚のフィルタで異なる透過特性を得るこ
とができる。しかし、二つの受光部分5、6で得られるフ
ィルタ透過光の特性は、レンズ2の位置変化による半導
体レーザ光の放射角度の変化、フィルタ3の角度変化、
光検出器4の位置によって複雑に変化する。つまり、受
光部分5と受光部分6へ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、
上記の各部品の位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3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た
め、実際の装置製作上大きな問題が生じる。

【０００７】図１８は第五の従来例として特開平９ー１
２１０７０号公報における波長安定化装置の概略図を示
す。この方法では半導体レーザ1からの後方出射光をビ
ームスプリッタ15によって分岐し、一方の光はフィルタ
を通さずに、直接光検出器10に到達し光強度検出用に用
いており、もう一方の光はフィルタ3を通して光検出器1
1に到達し波長検出用に用いている。

【０００８】図１９（図９(ｂ)）はフィルタの透過率の
波長依存性、或いは光検出器11での光電流の波長依存性
を示す。フィルタを通さない光を検出する光検出器10の
光電流を一定になるように制御することで半導体レーザ
1の出力を一定に制御できる。図１９（図９(ｂ)）のよ
うな波長検出用の信号となる光検出器11からの光電流を
ある一定値Ioに安定化することで、発振波長、および光
出力の一定制御が可能となる。しかし、ビームスプリッ
タを用いて半導体レーザモジュール内に光学系を組むの
はスペース的に困難である。また第三の従来例と同じよ
うに、半導体レーザ出射光を平行光にするような光学系
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となる。この問題を回避するため
にレンズを用て半導体レーザからの出射光を平行光にす
る場合は部品点数が増加し、レンズ、フィルタ、ビーム
スプリッタ、検出器といった、それぞれの部品位置調整
も困難であり、製作コストが増大することが懸念され
る。

【０００９】図２０は第六の従来例として特願２０００
-０６７６０６号における波長安定化装置の概略図を示
す。この方法は半導体レーザ、コリメート用のレンズ、
フィルタ、二つの受光部分を有するデュアルＰＤとから
なる。この方法では、半導体レーザからの後方出射光を
レンズで平行光とし、光束の一部の光はフィルタを通さ
ずに直接一つの光検出器に導き光強度を検出し、残りの
光はフィルタを通してもう一つの光検出器に導き波長を
検出する。結局、得られる信号特性は第5の従来例と同
一となるが、ビームスプリッタを必要としないため、部
品点数低減、省スペースに有効である。しかしながら、
この方法では、光強度を検出する検出器側に波長フィル
タの影響がでないように、フィルタの横方向の微妙な位
置調整が必要となり、フィルタの組み立てに困難が生じ
る可能性がある。また、フィルタが厚い場合、フィルタ
のエッジで平行光の進路が変わるなど、悪影響が懸念さ
れる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
波長安定化装置は部品点数が多くなり、サイズが大きく
なり、従来の半導体レーザモジュール内に集積させるこ
とが困難である点、安定化する波長の設定が非常に困難
であり製作コストが増大する点が課題である。本発明で
は、従来の半導体レーザモジュール内に構成できる、非
常にコンパクトで、部品点数が少なく、製作時には安定
化する波長を決定するフィルタの透過ピーク波長を非常
に容易に、かつ高精度に設定することができ、低コスト
な波長安定化装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記本発明の目的は、下
記の特徴により達成できる。 １：半導体レーザと、半導体レーザの温度調節装置と、
半導体レーザの出射光を平行光から僅かに広がりを持つ
光線に変換するレンズと、波長に対して透過率が連続的
に増加または減少する特性を持つフィルタと、前記フィ
ルタを透過した光線の中央部分を受光し波長依存性の有
る信号を得るための第１の受光部分と、前記フィルタを
透過した光線の中央から外れた部分を受光し波長依存性
のない信号を得るための第２の受光部分とからなる光検
出器と、からなることを特徴とする。 ２：半導体レーザと、半導体レーザの温度調節装置と、
半導体レーザの出射光を平行光から僅かに広がりを持つ
光線に変換するレンズと、波長に対して透過率が連続的
に増加、または減少する特性を持つフィルタと、前記フ
ィルタを透過した光線の中央部分を受光し波長依存性の
有る信号を得るための第１の受光部分と、前記フィルタ
を透過した光線の中央から外れた部分を受光し波長依存
性のない信号を得るための第２の受光部分とからなる光
検出器とが、光ファイバを光出力手段として持つパッケ
ージに収納された装置となっていることを特徴とする。 ３：前記１または２において、半導体レーザへの反射戻
り光が生じないように、光軸に対して、傾斜させて光検
出器を実装する、ことを特徴とする。 ４：前記１または２において、前記光検出器の第１の受
光部分は、光軸の中央付近に位置させ、前記第２の受光
部分は様々な角度成分を持つレーザ光を受光するために
比較的大きい受光部分とし、光軸の中心から外れた位置
に配置する、ことを特徴とする。 ５：前記１〜４のいずれかにおいて、前記第１の受光部
分では波長に依存しない信号が得られ、光出力の検出に
用い、また、前記第２の受光部分では波長に依存する信
号が得られ、波長の検出に用いる、ことを特徴とする。 ６：前記１〜５のいずれかにおいて、前記第１の受光部
分の信号が一定になるようにレーザ電流を制御し、この
状態で前記第２の受光部分の信号が一定になるようにレ
ーザ温度を制御し、これによって光出力と波長が一定に
制御される、ことを特徴とする。 ７：前記１または２において、前記フィルタは、一定波
長間隔で透過率が高い部分と低い部分を繰り返すエタロ
ン型フィルタである、ことを特徴とする。 ８：前記１または２において、前記フィルタは、透過率
が高いか、或いは低い単峰性の透過特性を有することを
特徴とする。 ９：前記１〜４のいずれかにおいて、前記光検出器は、
３つの受光部分を有し、そのうちの一つがフィルタを透
過した光線の中央部分を受光し、残りの二つが電気的に
並列に接続されており、フィルタを透過した光線の中央
から外れた部分を受光する、ことを特徴とする。 １０：前記１〜４のいずれかにおいて、前記光検出器
は、受光部分が上下に分割されており、一つはフィルタ
を透過した光線の中央に小さく配置され、もう一つは横
方向に広がりを持った形状をしている、ことを特徴とす
る。 １１：前記１〜４のいずれかにおいて、前記光検出器
は、横方向に少なくとも４つ以上に分割されている多チ
ャンネル型のアレイ形状をしている、ことを特徴とす
る。 １２：前記１または２において、前記レンズは収差の大
きい球面レンズである、ことを特徴とする。 １３：前記１〜１２のいずれかにおいて、前記半導体レ
ーザは、電界吸収形の半導体光変調器が集積された素子
構造を特徴とする。 １４：半導体レーザから出射された光を平行光から僅か
に広がりを持つ状態にして光フィルタに入射させる手段
と、該フィルタの出射光の中央部分の光を受光して第１
の信号を出力する第１の受光手段と、光線の中央から外
れた部分であって比較的大きい受光部分で受光して第２
の信号を出力する第２の受光手段と、前記第１及び第２
の信号により半導体レーザの温度と注入電流をフィード
バック制御する手段とからなり、半導体レーザの発振波
長と光出力とを安定化する。ことを特徴とするレーザ光
の波長安定化方法。 １５：前記１４において、前記第１の信号は前記第１の
受光部分の信号が一定になるようにレーザ電流を制御
し、この状態で前記第２の受光部分の信号が一定になる
ようにレーザ温度を制御し、光出力と波長が一定に制御
される、ことを特徴とする。 １６：前記１４または１５において、前記第１の信号は
波長に依存しない信号であり、また、前記第２の信号は
波長に依存する信号である、ことを特徴とする。

【００１２】（本発明の原理）本発明では半導体レーザ
から出射された光をレンズによって平行光から僅かに広
がりを持つ状態にし、光フィルタに入射させる。フィル
タの後方には、少なくとも二つの受光部分を有する光検
出器を配置し、一つの受光部分を光線の中央付近に配置
し、それ以外を光線の中央から外れた部分に配置し、な
おかつ比較的大きい受光部分とする。光線の中央に配置
した光検出器からはフィルタの透過特性を反映して波長
に依存する信号が得られる。一方、光線の中央から外れ
た部分に配置した光検出器では受光部分が大きく、あら
ゆる角度成分を持つ光線を受光することになるので、各
角度成分の透過特性が足し合わされた結果として波長依
存性のない信号が得られることになる。これら二つの信
号を用いて適切なフィードバック回路で半導体レーザの
温度と注入電流を制御することにより、半導体レーザの
発振波長と光出力が高精度に安定化される。

【００１３】本発明の最大の利点は、波長に依存した信
号、波長に依存しない信号という二つの信号を得るため
にビームスプリッタなどを用いていないため、部品点数
が少なくなり、コストが低減できる点と、フィルタの調
整が非常に容易となる点である。

【００１４】安定化させる波長を調整するためには、フ
ィルタの角度を調整し透過ピーク波長をシフトさせるこ
とが必要であるが、本発明の構成ではフィルタの透過光
だけを用いているため、フィルタの角度を調整する際
に、光検出器の位置など他の部品の調整をする必要がな
く、容易に波長の設定を行うことができる。

【００１５】光検出器の受光部分が上下に分割されてお
り、そのうちの一つが光線の中央に小さく配置され、も
う一つが横方向に広がりを持った配置の場合は、横方向
に広がりを持った受光部分が多数の光線の角度成分を受
光し、波長に依存しない信号を得るのが容易になる。

【００１６】光検出器の受光部分が３つある場合は受光
する光線の角度成分が広がり波長に依存しない信号が得
やすいだけでなく、光強度の検出感度を高めることがで
きる。

【００１７】また、光検出器の受光部分を横方向に分割
し、そのうちの一つの受光部を波長検出用に、それ以外
の全ての部分から得られる信号を光強度検出用に用いる
場合は、目的の波長特性を得るために、フィルタの角度
調整をする必要がなく、適切な受光信号を選択するだけ
でよいという利点がある。フィルタを高い角度精度で希
望の角度に実装することは高度な技術を要するが、この
方法によればフィルタの微調整が不要となり、フィルタ
固定が容易となる。

【００１８】これまで述べたように、本発明では波長安
定化レーザモジュールが非常にコンパクトに構成できる
ので、従来のレーザモジュールパッケージである、光フ
ァイバから光出力を取り出すためのパッケージ内に収納
することができる。これにより、光伝送装置内におい
て、波長モニタ／波長安定化用のスペースを確保するこ
となく、波長安定化機能を導入することが可能となる。

【００１９】半導体レーザは、電界吸収形の半導体光変
長器が集積された素子構造であっても、本発明の波長安
定化レーザモジュールを適用することが可能であり、従
来の変調器集積型レーザモジュールを波長安定化動作型
に置き換えていくことができ、システムの拡張が容易と
なる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第一の実
施例を示す図である。ＤＦＢレーザなどの単一軸モード
半導体レーザ1の後方出射光はレンズ2によって平行光か
ら僅かに広がりを持つ状態に調整される。ここで、レン
ズは出射光を僅かに広がりを持たせるので、収差の大き
い球面レンズなどを用いてもよい。この僅かに広がった
光を受光できるように図２のように二つの受光部分5、6
を持つアレイ状の光検出器4を半導体レーザの後方に設
置する。ここでは半導体レーザへの反射戻り光が生じな
いように、光軸に対して、傾斜させて光検出器4を実装
する。ここで図２に示すように、光検出器4の一つの受
光部分6は、直径100ミクロン程度とし光軸の中央付近に
位置するようにする。もう一つの受光部分5は様々な角
度成分を持つレーザ光を受光するために比較的大きい受
光部分とし、光軸の中心から外れた位置に配置する。波
長に対して透過率が急峻に変化する波長フィルタとして
ここではエタロン30をレンズ2と光検出器4の間に挿入す
る。光検出器4の二つの受光部分5、6ではどちらもフィ
ルタを透過した光を受光することになる。

【００２１】後述するように、受光部分5では波長に依
存しない信号が得られ、光出力の検出に用いる。また、
受光部分6では波長に依存する信号が得られ、波長の検
出に用いる。波長安定化動作は、受光部分5の信号が一
定になるようにレーザ電流を制御し、この状態で受光部
分6の信号が一定になるようにレーザ温度を制御する。
これによって光出力と波長が一定に制御される。フィル
タは安定化したい波長付近でフィルタ透過率の変化が大
きくなるように調整して実装する。

【００２２】面積の大きい受光部分5では、波長フィル
タを透過した光を受光するにもかかわらず、波長依存性
のない信号が得られることが本発明の特徴であり、この
原理について以下に詳しく説明する。ＤＷＤＭ（高密度
波長分割多重）通信システムで用いる半導体レーザに要
求される波長安定度はピコメートルのオーダーである。
この要求を満たす波長安定度を実現するためには、急峻
な透過特性変化を示す、いわゆる狭帯域の波長フィルタ
が必要となる。このようなフィルタは一般的に光の入射
角の変化により透過特性が大きく変化する。例えば、周
期的な透過特性を示すエタロンフィルターでは、図３の
ように、光の入射角を大きくすると、透過特性は短波長
側へシフトする。図４はエタロンフィルターの角度変化
に対する波長変化量を表したグラフを示す。エタロンフ
ィルターの設置角度が大きいほど、角度変化に対する透
過特性の波長変化は大きくなる。つまりフィルタに対す
る入射角度の変化に対して波長特性の変化は大きい。

【００２３】一方、フィルタを透過する光が完全な平行
光でない場合、図５(ａ)のように透過光を受光する受光
部分上には面内の位置によって異なる角度でフィルタを
透過した光が到達することになる。よって、上に述べた
透過波長特性のフィルタ角度依存性を考慮すると、図５
(ｂ)のように受光部分の位置により受光する光の波長特
性は異なる。実際に得られる信号は全ての角度成分が足
しあわされた形となる。つまり受光部分が大きく、受光
している光の角度成分の幅が大きい場合、実際に得られ
る透過特性の波長依存性はフィルタ自身の透過特性より
も波長感度が鈍ったものになり、ある条件の場合、波長
変化に対して透過率の変化しない平坦な透過特性が得ら
れることになる。単純に受光部分が小さければ受光する
光線の角度成分が少なく波長成分が少ないのに対して、
受光部分が大きければ受光する光線の角度成分が多く波
長成分が多くなり波長依存性が失われることになる。

【００２４】これらの原理の計算例を図６に示した。受
光部分の大きい場合と、小さい場合について、下側に光
線の各角度成分の透過特性をプロットし、上側にこれら
を足し合わせて実際に受光部分で得られる信号特性をプ
ロットしている。図６の左上に示したように、受光する
波長幅が狭い場合、得られる信号はフィルタ自身の透過
特性と大きな違いはない。一方、右上のように、波長幅
が広い場合、全ての成分を足し合わせると平坦になるこ
とから、得られる信号は波長依存性のないものとなる。
さらに広がりを持つ光線では、光線の中央付近の方が周
辺よりも角度成分が少ない。よって波長依存性を得るた
めの受光部分は光線の中央に配置するのが望ましい。反
対に、光線の外側部分では角度成分が多いためより簡単
に波長依存性のない信号を得ることができる。上記の原
理により、本発明では波長に依存する信号と波長に依存
しない信号を一つのフィルタ透過光から得ることができ
る。

【００２５】図７では上記の構造をパッケージに搭載し
た例を示した。上記の部品は外部から温度制御可能な基
板7に搭載され、半導体レーザ1の温度を制御して発振波
長を調整するとともに、すべての光学部品を一定の温度
に制御する。実際のモジュールは基板上にファイバ結合
用レンズ18、アイソレータ27、温度検出用サーミスタ29
などが搭載され、これがパッケージケースに収まり、光
ファイバ14から光を取り出す構成となっている。このよ
うに本発明の波長安定化装置は従来の半導体レーザモジ
ュールのパッケージに収納可能な非常にコンパクトな構
成である。

【００２６】図８は本発明の第二の実施例を示す図であ
る。第一の実施例との違いは波長依存性のある信号を得
るためのフィルタとして誘電体多層膜がガラス基板に形
成されているものを用いる点だけであり、モジュール製
作方法、動作状態は全く同様である。多層膜フィルタを
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
ることが利点である。

【００２７】図９は本発明の第三の実施例を示す図であ
る。第一の実施例との違いは光検出器4の受光部分が３
つあることである。外側の二つの受光部分31、32は電気
的に並列に接続されている。光強度検出用の受光部分5
は光線の外側に配置されるが、光線の外側は光密度が小
さく強度が弱い。図９のように光強度検出用の受光部分
31、32を波長検出用の受光部分33をはさんで両側に配置
し、面積を大きくすることで受光感度を稼ぐことが可能
となる。さらに、受光部分の面積が大きくなることで受
光する波長成分が広がり波長無依存の信号が得られやす
くなる。

【００２８】図１０(ａ)は本発明の第四の実施例を示す
図である。第一の実施例との違いは光検出器の受光部分
が図１０(ｂ)のように上下方向に分割されていることで
ある。中央の小さい受光部分が波長検出用のものとな
り、横方向に広がった長方形のものが光強度検出用のも
のとなる。横方向に広がった受光部分では入射角の成分
が多く、受光する波長幅が広がり波長無依存の信号が得
られやすい。

【００２９】図１１(ａ)は本発明の第五の実施例を示す
図である。第一の実施例との違いは受光部分が横方向に
分割された4チャンネル以上のアレイ受光部34となって
いる点である。図１１(ｂ)にアレイ受光部を正面から見
たところを示す。チャンネルセレクター35は任意のチャ
ンネルの信号、及び複数の任意のチャンネルの信号を足
し合わせた信号を得ることができる。図１１にはチャン
ネル数が８である例を示したが、ここで、例えば中央の
チャンネル4を波長信号として用い、その他のチャンネ
ルの信号を足し合わせたものを光強度信号として用いる
ことで、事実上、上記第三の実施例と同様の構成とな
る。受光部分を多チャンネルのアレイ構造にする最大の
利点は波長信号として用いる受光部分の位置を後から選
択することができる点である。本発明では半導体レーザ
出射光を平行光から僅かに広がった状態にしているの
で、受光部分の位置により光の入射角度は異なってい
る。つまり受光部分の位置により得られるフィルタの波
長特性は異なり、波長信号として用いるチャンネルを選
ぶことで最適な波長特性を得ることができる。これまで
の述べているように、波長フィルタ透過波長特性の光入
射角度依存性は非常に大きいので、僅かな角度変化によ
り波長特性は大きく変化する。このため、これまで波長
フィルタの実装には高い角度精度が必要であった。本発
明の多チャンネルの光検出器4を用いることで、最終的
な波長特性の合わせこみはチャンネルの選択で行うた
め、フィルタのマウント精度を緩めることができる。こ
のフィルタ実装の容易化により組み立てコストは大幅に
低減する。

【００３０】図１２は本発明の第六の実施例を示す図で
ある。第一の実施例との違いは半導体レーザとして、電
界吸収型の半導体変調器が集積化された半導体レーザ光
源を用いている点だけであり、モジュール製作方法、動
作状態は全く同様である。変調器集積型の半導体レーザ
光源はコンパクトで良好な特性を示すことから、近年、
広く光伝送システムの光源部分に用いられており、この
モジュールに対し、全く同一のパッケージで波長安定制
御のオプションを導入できることは大きな利点となる。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜１６に
係る本願発明は下記記載の効果Ａ〜Ｃを奏する。 効果Ａ：波長安定化半導体レーザモジュールを構成する
にあたり、ビームスプリッタなどの光を分岐する手段が
不要であることである。このために、部品点数が減少す
るだけでなく、他の部品を実装する際の位置調整も容易
になる。その理由は、平行光から僅かに広がった光線の
幅を利用して、一つの光線から二種類の信号を検出でき
るような部品配置にしているからである。 効果Ｂ：安定化するための波長の調整、すなわち、フィ
ルタ透過ピーク波長の調整をフィルタ実装時に容易、か
つ高精度に行うことができることである。このため、設
定する波長毎に特別に設計したフィルタを用意する必要
もなくコスト低減につながる。さらに、実装の容易さか
ら、スループットの向上、コストの低減につながる。そ
の理由は、波長に依存する信号を、フィルタの透過光だ
けから取得しているため、フィルタの角度を調整して透
過ピーク波長を調整する際に、光検出器など他の部品の
位置調整が不要となるからである。 効果Ｃ：モジュールを非常にコンパクトに構成すること
ができることである。このため、従来の半導体レーザモ
ジュールと全く同一のパッケージにおいて、波長安定化
レーザモジュールを構成することができるのである。そ
の理由は、本発明のモジュールではビームスプリッタな
どを用いず、部品点数が非常に少ないシンプルな構造と
なっているからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態による波長安定化レ
ーザモジュールを示す図である。

【図２】アレイ型の光検出器を示した図である。

【図３】エタロンフィルタの角度変化に対してフィルタ
の透過特性の変化を示した図である。

【図４】フィルタの設置角度からの変動角度と波長特性
の変化について示した図である。

【図５】広がりを持った光線がフィルタを透過して光検
出器に至る様子を示した図である。

【図６】受光部分の大きさにより信号特性が異なるとい
う、本発明の原理を説明する図である。

【図７】本発明の第一の実施の形態による波長安定化レ
ーザモジュールをパッケージに登載した構成を示すブロ
ック図である。

【図８】本発明の第二の実施の形態による波長安定化レ
ーザモジュールの構成を示すブロック図である。

【図９】本発明の第三の実施例の形態による波長安定化
レーザモジュールの構成を示すブロック図である。

【図１０】本発明の第四の実施の形態による波長安定化
レーザモジュールの構成を示し、（ａ）はそのブロック
図，（ｂ）はこの形態に用いた光検出器を正面から見た
図である。

【図１１】本発明の第五の実施の形態による波長安定化
レーザモジュールの構成を示し、（ａ）はブロック図，
アレイ受光部を正面から見た図である。

【図１２】本発明の第六の実施の形態による波長安定化
レーザモジュールの構成を示すブロック図である。

【図１３】第一の従来例の構成を示し、(ａ)はそのブロ
ック図、(ｂ)は上下が反転した受光強度を示す。

【図１４】第二の従来例の構成を示すブロック図であ
る。

【図１５】第三の従来例の構成を示すブロック図であ
る。

【図１６】第三の従来例を改良した構成を示すブロック
図である。

【図１７】第四の従来例の構成を示すブロック図であ
る。

【図１８】第五の従来例の構成を示すブロック図であ
る。

【図１９】フィルタの透過率の波長依存性、或いは光検
出器での光電流の波長依存性を示す図である。

【図２０】第六の従来例の構成を示すブロック図であ
る。

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザと、半導体レーザの温度調
   節装置と、半導体レーザの出射光を平行光から僅かに広
   がりを持つ光線に変換するレンズと、波長に対して透過
   率が連続的に増加または減少する特性を持つフィルタ
   と、前記フィルタを透過した光線の中央部分を受光し波
   長依存性の有る信号を得るための第１の受光部分と、前
   記フィルタを透過した光線の中央から外れた部分を受光
   し波長依存性のない信号を得るための第２の受光部分と
   からなる光検出器と、からなる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】 半導体レーザと、半導体レーザの温度調
   節装置と、半導体レーザの出射光を平行光から僅かに広
   がりを持つ光線に変換するレンズと、波長に対して透過
   率が連続的に増加、または減少する特性を持つフィルタ
   と、前記フィルタを透過した光線の中央部分を受光し波
   長依存性の有る信号を得るための第１の受光部分と、前
   記フィルタを透過した光線の中央から外れた部分を受光
   し波長依存性のない信号を得るための第２の受光部分と
   からなる光検出器とが、光ファイバを光出力手段として
   持つパッケージに収納された装置となっていることを特
   徴とする波長安定化レーザモジュール。
3. 【請求項３】 半導体レーザへの反射戻り光が生じない
   ように、光軸に対して、傾斜させて光検出器を実装す
   る、ことを特徴とする請求項１または２記載の波長安定
   化レーザモジュール。
4. 【請求項４】 前記光検出器の第１の受光部分は、光軸
   の中央付近に位置させ、前記第２の受光部分は様々な角
   度成分を持つレーザ光を受光するために比較的大きい受
   光部分とし、光軸の中心から外れた位置に配置する、こ
   とを特徴とする請求項１または２記載の波長安定化レー
   ザモジュール。
5. 【請求項５】 前記第１の受光部分では波長に依存しな
   い信号が得られ、光出力の検出に用い、また、前記第２
   の受光部分では波長に依存する信号が得られ、波長の検
   出に用いる、ことを特徴とする請求項１〜４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】 前記第１の受光部分の信号が一定になる
   ようにレーザ電流を制御し、この状態で前記第２の受光
   部分の信号が一定になるようにレーザ温度を制御し、こ
   れによって光出力と波長が一定に制御される、ことを特
   徴とする請求項１〜５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】 前記フィルタは、一定波長間隔で透過率
   が高い部分と低い部分を繰り返すエタロン型フィルタで
   ある、ことを特徴とする請求項１または２記載の波長安
   定化レーザモジュール。
8. 【請求項８】 前記フィルタは、透過率が高いか、或い
   は低い単峰性の透過特性を有することを特徴とする請求
   項１または２記載の波長安定化レーザモジュール。
9. 【請求項９】 前記光検出器は、３つの受光部分を有
   し、そのうちの一つがフィルタを透過した光線の中央部
   分を受光し、残りの二つが電気的に並列に接続されてお
   り、フィルタを透過した光線の中央から外れた部分を受
   光する、ことを特徴とする請求項１〜４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】 前記光検出器は、受光部分が上下に分
    割されており、一つはフィルタを透過した光線の中央に
    小さく配置され、もう一つは横方向に広がりを持った形
    状をしている、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれ
    かに記載の波長安定化レーザモジュール
11. 【請求項１１】 前記光検出器は、横方向に少なくとも
    ４つ以上に分割されている多チャンネル型のアレイ形状
    をしている、ことを特徴とする請求項１〜４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】前記レンズは収差の大きい球面レンズで
    ある、ことを特徴とする請求項１または２記載の波長安
    定化レーザモジュール。
13. 【請求項１３】 前記半導体レーザは、電界吸収形の半
    導体光変調器が集積された素子構造を特徴とする請求項
    １〜１２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】 半導体レーザから出射された光を平行
    光から僅かに広がりを持つ状態にして光フィルタに入射
    させる手段と、該フィルタの出射光の中央部分の光を受
    光して第１の信号を出力する第１の受光手段と、光線の
    中央から外れた部分であって比較的大きい受光部分で受
    光して第２の信号を出力する第２の受光手段と、前記第
    １及び第２の信号により半導体レーザの温度と注入電流
    をフィードバック制御する手段とからなり、半導体レー
    ザの発振波長と光出力とを安定化する。ことを特徴とす
    るレーザ光の波長安定化方法。
15. 【請求項１５】 前記第１の信号は前記第１の受光部分
    の信号が一定になるようにレーザ電流を制御し、この状
    態で前記第２の受光部分の信号が一定になるようにレー
    ザ温度を制御し、光出力と波長が一定に制御される、こ
    とを特徴とする請求項１４記載のレーザ光の波長安定化
    方法。
16. 【請求項１６】 前記第１の信号は波長に依存しない信
    号であり、また、前記第２の信号は波長に依存する信号
    である、ことを特徴とする請求項１４または１５記載の
    レーザ光の波長安定化方法。