JP2003152271A - 半導体レーザの波長制御方法、光送信器及びｗｄｍ光送信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】発光素子の温度特性と光フィルタの温度特性の
相関に鑑み、検出した発光素子の温度から光フィルタの
温度を推定し、光フィルタの温度特性に伴うロック波長
のずれを補正し、レーザ光の波長を高精度に安定化させ
る光モジュール、光送信器及びＷＤＭ光送信装置を提供
する。 【解決手段】レーザ光を出力する発光素子１と、発光素
子１の温度を検出する温度検出部１３と、レーザ光を光
フィルタ２７を通して受光する波長モニタ部２と、波長
モニタ部２の出力信号に基づきレーザ光の波長を調整す
る温度調整部３とを有し、温度調整部３は、温度検出部
１３の信号に基づきレーザ光の波長が波長モニタ部２で
調整可能な波長範囲内に調整された後に、波長モニタ部
２の信号に基づき所定の波長にロックするよう調整し、
温度検出部１３の信号は、発光素子１の温度から光フィ
ルタ２７の温度を推定し、光フィルタ２７の温度特性に
伴うロック波長のずれを補正するために用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、波長分割多重（Ｗ
ＤＭ：Wavelength Division multiplexing）通信システ
ムに利用される半導体レーザの波長制御方法、光送信器
及びＷＤＭ光送信装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、高密度ＷＤＭの分野では、光信
号の波長が長期に渡って安定していることが要求され
る。そのため波長モニタの機能を光モジュール内に設け
る技術が開発されており、例えば特開平２０００−５６
１８５号公報に開示されている。

【０００３】図１５は従来の光モジュールの構成を示す
説明図である。図１５に示すように、従来の光モジュー
ルは、所定の発光波長のレーザ光を出力する半導体レー
ザダイオード等からなる発光素子５０と、発光素子５０
に光結合され、発光素子５０の前側（図１５では右側）
端面から出力されたレーザ光を外部に送出する光ファイ
バ５１と、発光素子５０の発光波長とほぼ同じカットオ
フ波長を持つ光フィルタ５２と、発光素子５０の後側
（図１５では左側）端面から出力されたレーザ光を２つ
に分光するハーフミラーからなるビームスプリッタ５３
と、ビームスプリッタ５３によって分光された一方のレ
ーザ光を光フィルタ５２に透過させた後に受光するフォ
トダイオード等の第１の受光素子５４と、ビームスプリ
ッタ５３によって分光された他方のレーザ光を受光する
フォトダイオード等の第２の受光素子５５と、発光素子
５０の温度を調整するペルチェモジュール５６とを有す
る。また、光モジュールには制御部５７が接続されてい
る。制御部５７は、第１の受光素子５４及び第２の受光
素子５５から出力されるＰＤ電流に基づいて、発光素子
５０の波長を制御するように、ペルチェモジュール５６
を制御する。

【０００４】図１６は制御部５７の構成の一例を示すブ
ロック図である。図１６に示すように、制御部５７は、
例えば、第１の受光素子５４から出力される第１のＰＤ
電流を第１の電圧Ｖ１に変換する第１の電圧変換器６７
と、第２の受光素子５５から出力される第２のＰＤ電流
を第２の電圧Ｖ２に変換する第２の電圧変換器６８と、
第１の電圧変換器６７から出力される第１の電圧Ｖ１及
び第２の電圧変換器６８から出力される第２の電圧Ｖ２
の差又は比を制御信号として出力する比較器６９と、比
較器６９から出力される制御信号に基づいてペルチェモ
ジュール５６の温度を上昇又は下降させる温度制御電流
を出力するＴＥＣ（Thermo Electric Cooler）電流発生
器７０とを有する。

【０００５】発光素子５０と光ファイバ５１との間に
は、発光素子５０の前側端面から出力されたレーザ光を
光ファイバ５１に結合する集光レンズ５８が配置されて
いる。また、発光素子５０とビームスプリッタ５３との
間には、発光素子５０の後側端面から出力されたレーザ
光を平行にする平行レンズ５９が配置されている。

【０００６】発光素子５０、集光レンズ５８及び平行レ
ンズ５９は、ＬＤキャリア６０上に固定されている。第
１の受光素子５４及び第２の受光素子５５は、それぞれ
第１のＰＤキャリア６１及び第２のＰＤキャリア６２に
固定されている。

【０００７】ビームスプリッタ５３、光フィルタ５２、
第１のＰＤキャリア６１及び第２のＰＤキャリア６２
は、金属基板６３上に固定されている。金属基板６３
は、ＬＤキャリア６０の表面に固定され、ＬＤキャリア
６０は、ペルチェモジュール５６上に固定されている。

【０００８】発光素子５０、ビームスプリッタ５３、光
フィルタ５２、集光レンズ５８、平行レンズ７９、ＬＤ
キャリア６０、第１のＰＤキャリア６１、第２のＰＤキ
ャリア６２、金属基板６３及びペルチェモジュール５６
は、パッケージ６４内に設けられている。また、光ファ
イバ５１の先端部を保持するフェルール６５は、パッケ
ージ６４の側部にスリーブ６６を介して固定されてい
る。

【０００９】発光素子５０の前側端面から出力されたレ
ーザ光は、集光レンズ５８によって集光され、フェルー
ル６５によって保持された光ファイバ５１に入射され外
部に送出される。

【００１０】一方、発光素子５０の後側端面から出力さ
れたレーザ光は、平行レンズ５９によって平行になり、
ビームスプリッタ５３によってＺ軸方向（透過方向）
と、Ｚ軸方向に垂直なＸ軸方向（反射方向）との２つの
方向に分岐される。Ｚ軸方向に分岐されたレーザ光は、
第１の受光素子５４によって受光され、Ｘ軸方向に分岐
されたレーザ光は、第２の受光素子５５によって受光さ
れる。

【００１１】第１の受光素子５４及び第２の受光素子５
５から出力されるＰＤ電流は制御部５７に入力され、制
御部５７は、入力されたＰＤ電流の値に基づいて、発光
素子５０の波長を制御するように、ペルチェモジュール
５６の調整温度を制御する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】図１７は、レーザダイ
オードの経年劣化を説明するためのグラフである。図１
７に示すように、レーザダイオードを備えた光モジュー
ルの使用開始時には、そのしきい値はＩthである。ま
た、所定の光出力Ｐfが得られるように、ＡＰＣ（Auto
Power Control)回路が駆動する。

【００１３】光モジュールの使用開始時において光出力
Ｐｆを得るためのレーザダイオードへの注入電流はＩop
である。レーザダイオードが長期間使用され続けるとそ
の特性は劣化し、所定期間終了時のしきい値は初期状態
から上昇し、Ith’となる。また、光出力Ｐｆを得るた
めのレーザダイオードへの注入電流もＩop'に上昇す
る。

【００１４】また、図１８に示すように、レーザダイオ
ードの発光波長はＬＤキャリア（サブマウント）の温度
が一定の場合、注入電流依存性を有し、その依存性は通
常０．０１ｎｍ／ｍＡ程度である。従って、ＬＤキャリ
アの温度が一定の場合にレーザダイオードの経年劣化が
生じた時、発光波長は長い方ヘシフトする。

【００１５】このような特性を有するレーザダイオード
を波長ロックするために光フィルタが使用される。すな
わち、波長をモニタしてレーザダイオードを載せるＬＤ
キャリアの温度をペルチェモジュールによって調整し、
図１９で示す波長ロックポイントＰに光モジュールの発
光波長を固定する。発光波長はレーザダイオードの経年
劣化により注入電流が増大した時、レーザダイオードの
活性層の温度が上昇して長波長側へシフトするが、光フ
ィルタを用いた波長モニタを駆動することにより、波長
シフトを補正するために、ペルチェモジュールによって
ＬＤキャリアの温度を低下させる。

【００１６】ところで、光フィルタは例えば石英で作ら
れており、図２０に示すように、光透過特性について温
度依存性（以下、単に温度特性という）を有する。例え
ば、ある光フィルタでは波長ー光透過率特性が０．０１
ｎｍ／℃の割合で短波側にシフトする。

【００１７】従来の光モジュールでは、例えば図１５に
示すように、発光素子５０と光フィルタ５２とがほぼ同
温に保たれるように、熱的に接続されている。そのた
め、発光素子５０を載せるＬＤキャリア６０の温度が低
下すると光フィルタ５２の温度も低下し、光フィルタ５
２の特性が変化する。すなわち、波長モニタを駆動して
所定の期間が過ぎて、発光素子５０が経年劣化すると、
発光素子５０への注入電流が増加し、発光素子５０の温
度が上昇する。これにより、ずれた波長を補正するため
に制御部５７により、ペルチェモジュール５６が制御さ
れ、発光素子５０の温度が低下し、それに伴い光フィル
タ５２の温度が低下する。光フィルタの温度低下によっ
て、初期の波長特性が得られなくなり、図２１に示すよ
うに、光フィルタ特性は全体的に短波側ヘシフトする。
図２１で、●は初期のロック波長Ｐ、○は所定時間駆動
後のロック波長Ｐ’を示す。このように、ロック波長が
ＰからＰ’へとシフトしてしまい、所望の波長の光を得
ることができなかった。波長モニタを駆動した場合の注
入電流と波長の関係は、図２２に示すようになり、発光
波長は電流依存性を有する。

【００１８】また、光フィルタを搭載したベルチェモジ
ュール５６が一定温度に制御されていた場合において
も、外部環境温度や光モジュールの消費電力量の変化に
応じ、光モジュール内の温度は変動するため、光フィル
タがベルチェモジュールに直接接触していない側から、
現境温度の変動の影響を受け、例えば、図２３のように
光フィルタの温度は変動する。

【００１９】このような光フィルタの温度変化に伴う波
長のずれは、クロストークによる信号劣化の原因にな
り、波長安定化が要求される高密度ＷＤＭシステムにと
って好ましくない。

【００２０】また、高密度ＷＤＭシステムでは、光信号
の波長間隔が狭いため、各光信号波長の波長ずれ防止へ
の要求が厳しく、高い精度で発光波長を固定する必要が
ある。例えば、光フィルタとして図２４に示すような波
長弁別特性を有するエタロンフィルタを用いて光信号を
配列する場合、例えば一定の波長間隔ごとに、光信号を
配列することができるように、スロープの中心付近が所
定波長と重なるように作りこむ。

【００２１】ところで、例えば特開２００１−４４５５
８号公報には、エタロンの温度を検出し、補正部によっ
て制御部へ補正信号を送り、温度補正を行う技術が提案
されている。一般に、エタロンフィルタは温度特性を有
する。エタロンに使用される材料の中でも、温度特性が
小さいものに水晶があり、上記公報の技術でも用いられ
ている。ここで、水晶エタロンの温度特性は５ｐｍ／℃
であることが知られている。

【００２２】光モジュールに用いられるパッケージのケ
ース温度は、従来５〜７０℃の範囲で使用することを保
証することが要求されている。従って、エタロンの温度
によりドリフトは、５ｐｍ／℃×７５℃＝３７５ｐｍと
なる。

【００２３】また、光フィルタを搭載した温度調整器の
調整温度が変動した場合には、さらにエタロンの温度変
動によるドリフトは大きくなる。

【００２４】図２５に示すように、例えば１００ＧＨｚ
（８００ｐｍ）間隔の水晶のエタロンを用いて波長をロ
ッキングし、温度補償を行うとロックされる波長とスロ
ープ上のロッキングポイントは図示するような関係とし
て表される。温度補償を行うことによって、ロックされ
る波長とスロープ上のロッキングポイントはスロープ上
をアクティブに動くことになる。

【００２５】一方、ＷＤＭの分野、特に高密度ＷＤＭの
分野では、非常に多くのそれぞれ異なる発光波長をもつ
レーザモジュールが必要とされるが、それら全種類の波
長のレーザを異なる仕様で生産することは現実的ではな
く、ひとつのレーザモジュールが必要とするいくつかの
波長に調整可能とし、少なくとも２波長以上に対応でき
るような特性を有していることが望ましい。そのような
波長調整を可能にするには波長モニタ部に使用される光
フィルタが必要なレーザ光の波長に対応して波長透過特
性が繰り返し周期を持つ、エタロン等が有効である。

【００２６】しかしながら、レーザの発光波長が光フィ
ルタの波長透過特性が繰り返し周期のどの波長近傍にあ
るかを波長モニタからの信号によって区別することは不
可能である。

【００２７】そのため、あらかじめ波長モニタで調整可
能な所定の波長範囲内に、レーザ発光波長を制御するこ
とが必要である。発光素子を搭載した温度調整器の制御
によってその発光波長制御を行うには、発光素子の温度
を正確に測定し制御する必要があるため、温度検出部を
発光素子近傍に配置する必要がある。

【００２８】発光素子近傍の温度は、発光素子への注入
電流等によって変動し、また、光フィルタとは同じパッ
ケージ内や、同じ温度調整器上にあっても空間的な距離
があるため、温度分布を持っている。従って、光フィル
タの温度を同じ温度検出部で測定し補償をかけることは
非常に困難である。

【００２９】エタロンの温度が中間の温度である３２．
５℃にて、ロックポイントがスロープの中心にあるもの
と仮定すると、−５℃において、スロープの下方にてス
ロープの傾きがなまっている箇所、−７０℃において受
光素子の最大値となる位置にある。波長ロッキングはス
ロープによって波長がどちらにドリフトしているか検出
する。従って、ここで示した低温側、高温側では十分な
ロッキングができず、特に波長弁別特性のピークを越え
て隣のスロープヘ移ってしまう。従ってこのような高密
度ＷＤＭシステムで使用される周期の短いエタロンフィ
ルタを温度補償して波長ロッキングすることは不可能で
ある。まして、伝送容量を向上するために、波長間隔を
５０ＧＨｚ、２５ＧＨｚ、１２．５ＧＨｚと狭めていく
と、温度補償をかけられる範囲３４５ｐｍよりも、ロッ
クが可能な範囲の方が明らかに狭いので、波長ロッキン
グすることができない。

【００３０】このように、波長間隔が狭い高密度ＷＤＭ
システムでは、波長ドリフトを数ｐｍ以内に押さえ込む
必要があり、ケース温度の依存性のみで１０ｐｍ以上と
なってしまう従来の光モジュールや光送信器では要求を
満たすことができなかった。

【００３１】また、光モジュールは底面側からしか温度
制御されていないため、部品ごとに温度分布が生じる。
特にエタロンフィルタは、光軸方向のフィルタ長で、透
過波長特性が決まり、入射光の光径以上の入射面積が必
要なため、１ｍｍ以上の大きさが必要である。

【００３２】また、金属に比べ熱伝導率も小さく、水晶
を用いたエタロンフィルタでは、光軸方向の熱伝導率が
０．０２５５Cal／cm・sec・degであるのに対し、光軸
に垂直な方向、すなわち温度調整器の調整面に垂直な方
向では、熱伝導率が０．０１４８Cal／cm・sec・degと
小さく、温度調整器の制御が難しく、発光素子等の他の
部品に比べ温度分布を生じやすい。

【００３３】このような観点から、発光素子の温度を検
出する温度検出部とは別に光フィルタの温度を検出する
温度検出部を設け、光フィルタの温度特性に伴う波長の
ずれを補正することにより、発光波長を安定化する技術
を本発明者は発明している。

【００３４】しかし、光フィルタの温度を検出する温度
検出部を別個に設けることは部品点数や配線数を増加さ
せ、光モジュールの構成の複雑化、コストアップ化につ
ながる。

【００３５】本発明は、発光素子の温度特性と光フィル
タの温度特性との間に相関関係があることに鑑み、発光
素子の温度を検出することにより光フィルタの温度を推
定し、推定した光フィルタの温度に基づいて光フィルタ
の有する温度特性に伴う波長のずれを補正し、レーザ光
の発光波長を高精度に安定化させることができる半導体
レーザの波長制御方法、光送信器及びＷＤＭ光送信装置
を提供することを目的とする。

【００３６】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザの
波長制御方法は、レーザ光を出力する発光素子と、前記
発光素子の温度を検出する温度検出部と、前記発光素子
から出力されるレーザ光を、光フィルタを通過させて受
光して波長をモニタする波長モニタ部と、前記波長モニ
タ部から出力される信号に基づいて、前記発光素子から
出力されるレーザ光の波長を調整する波長調整部とを有
する光モジュールを制御する半導体レーザの波長制御方
法において、前記温度検出部からの信号は、前記光フィ
ルタの温度を推定して、光フィルタの有する温度特性に
伴う波長のずれを補正するために用いられることを特徴
とするものである。

【００３７】前記波長調整部は、前記発光素子の温度を
調整することにより、前記発光素子の発光波長を調整し
てもよい。

【００３８】前記波長調整部は、前記発光素子への注入
電流を調整することにより、前記発光素子の発光波長を
調整してもよい。

【００３９】前記波長モニタ部は、前記レーザ光を２分
岐する光分岐器と、前記２分岐されたレーザ光をそれぞ
れ受光し、光電変換し電気信号として出力する２つの受
光器とを有し、前記光フィルタは、前記２つの受光器の
うち、少なくとも一方と光分岐器との間に配置されても
よい。

【００４０】前記光分岐器は、例えばプリズムである。

【００４１】前記波長制御部は、前記温度検出部からの
信号に基づいて、レーザ光の波長が波長モニタ部で調整
可能な波長範囲内に調整された後に、前記波長モニタ部
からの信号に基づいてレーザ光の波長を所定の波長にロ
ックするように調整し、その後、前記温度検出部からの
信号に基づいて前記光フィルタの温度を推定し、光フィ
ルタの温度特性に伴う波長のずれを補正するために用い
られてもよい。

【００４２】本発明の光送信器は、前記波長制御方法に
よって制御される光モジュールと、前記波長モニタ部か
ら出力される信号に基づいて、前記発光素子から出力さ
れるレーザ光の発光波長を所定の波長に固定する制御部
と、前記温度検出部によって検出された発光素子の温度
に基づいて前記光フィルタの温度を推定し、推定された
光フィルタの温度に基づいて前記光フィルタの温度特性
に伴う前記波長のずれを補正するように指令する補正信
号を前記制御部に出力する補正部とを有することを特徴
とするものである。

【００４３】本発明のＷＤＭ光送信装置は、前記光送信
器を複数有し、これら光送信器から出力された光信号を
波長多重して送信することを特徴とするものである。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実
施の形態に係る光送信器を説明するための平面断面図、
図２はその側面断面図である。

【００４５】図１及び図２に示すように、本発明の第１
実施形態例に係る光送信器は、レーザ光を出力する半導
体レーザダイオード等の発光素子１と、発光素子１から
出力されるレーザ光のうち、後側端面（図１では左側）
から出力されるモニタ用のレーザ光を受光する波長モニ
タ部２と、発光素子１の温度を制御するペルチェ素子等
の温度調整部３と、波長モニタ部２から出力される信号
に基づいて、発光素子１から出力されるレーザ光の発光
波長を所定の波長に固定するように、温度調整部３の調
整温度を制御する制御部４と、発光素子１の前側端面
（図１では右側）から出力されたレーザ光を入射し、外
部に送出する光ファイバ５と、内部を気密封止するパッ
ケージ６とを有する。

【００４６】ここで、発光素子１、波長モニタ部２、温
度調整部３、光ファイバ５を有し、図１の点線で囲った
部分で光モジュールＭが構成されている。

【００４７】波長モニタ部２は、発光素子１を気密封止
するパッケージ６の内部に配置される。図３は、波長モ
ニタ部２の構成を示す説明図である。図３に示すよう
に、波長モニタ部２は、発光素子１の後側端面から出力
され、平行レンズ７によって平行になったレーザ光を２
つに分光するプリズム８と、プリズム８によって分光さ
れた一方のレーザ光を受光するフォトダイオード等の第
１の受光素子９と、プリズム８によって分光された他方
のレーザ光を受光するフォトダイオード等の第２の受光
素子１０と、プリズム８と第１の受光素子９との間に配
置された光フィルタ２７とを有する。第１の受光素子９
及び第２の受光素子１０は、ＰＤキャリア１１の同一平
面（ここでは同一の取付面１１ａ）上に固定されてい
る。

【００４８】プリズム８の全面には、レーザ光の反射を
抑制するためにＡＲ（Anti Refection)膜がコーティン
グされている。プリズム８によって分岐されるレーザ光
の傾斜角度θ１，θ２は、略同一の角度（例えば１５〜
４５度）であるのが好ましい。これは、第１の受光素子
９及び第２の受光素子１０の受光位置を決めるのが容易
になるからである。

【００４９】光フィルタ２７は、波長ー透過光強度特性
に周期性があるものであり、各周期の波長間隔が１００
ＧＨｚ以下の例えばファブリペロエタロン、誘電体多層
膜フィルタ等が用いられる。

【００５０】発光素子１はＬＤキャリア１２上に固定さ
れている。また、ＬＤキャリア１２上には発光素子１の
温度を検出するためのサーミスタ等の温度検出部１３が
設置されている。

【００５１】また、ＬＤキャリア１２と波長モニタ部２
はベース１９上に固定されている。従って、発光素子１
と光フィルタ２７とは熱的に接続されており、温度調整
部３による発光素子１の温度変化に応じて、光フィルタ
２７の温度も変化することになる。

【００５２】制御部４は、入力された２つのＰＤ電流の
差電圧又は電圧比に基づいて、半導体レーザ素子１から
出力される光の波長が一定となるように、温度調整部３
により温度検出部１３で検出される温度を制御する。

【００５３】制御部４は、第１の受光素子９から出力さ
れる第１のＰＤ電流を第１の電圧Ｖ１に変換する第１の
電圧変換器１４と、第２の受光素子１０から出力される
第２のＰＤ電流を第２の電圧Ｖ２に変換する第２の電圧
変換器１５と、第１の電圧変換器１４から出力される第
１の電圧Ｖ１及び第２の電圧変換器１５から出力される
第２の電圧Ｖ２との電圧の差又は比を制御信号として出
力する比較器１６と、その比較器１６から出力された制
御信号に応じて、温度調整部３の調整温度を制御する温
度制御電流を出力する電流発生器１７とを有する。な
お、第１の電圧変換器１４から出力された第１の電圧Ｖ
１及び第２の電圧変換器１５から出力された第２の電圧
Ｖ２を増幅する増幅器（図示せず）を、比較器１６の前
段に設けてもよい。

【００５４】また、温度検出部１３は、補正部１８に接
続されている。補正部１８は、温度検出部１３によって
検出された温度に基づいて光フィルタ２７の温度を推定
し、推定された光フィルタ２７の温度に基づいて光フィ
ルタ２７の温度特性に伴う波長のずれを補正するように
指令する補正信号を制御部４の比較器１６に出力する。

【００５５】ここで、発光素子１の温度と光フィルタ２
７の温度の相関関係及び光フィルタの温度の推定につい
て説明する。

【００５６】図４に示すように、波長モニタ部２からの
信号に基づいて発光波長をロックする際、その波長はパ
ッケージ６からの熱輻射によって、光フィルタ２７に熱
が伝わり、ケース温度依存性を有することになる。ま
た、図５に示すように、ケース温度と光フィルタとの関
係には相関関係があり、光フィルタの温度はケース温度
に比例する。

【００５７】ところで、ケース温度を変えた時に、発光
素子１の光出力と発光波長が一定になるように、温度調
整部３の温度を制御する。例えば、発光波長をＩＴＵ波
長である１５４８．５１５ｎｍに一定とし、光ファイバ
出力を２０ｍＷに一定とし、ケース温度とＬＤキャリア
１２の温度及びケース温度と光フィルタ２７に温度検出
素子（例えばサーミスタ）を取り付け、温度を検出した
結果、図６に示すような関係が得られる。図６中、点線
が発光素子の温度、実線が光フィルタの温度を示す。図
６からわかるように、ＬＤキャリア１２の温度と光フィ
ルタ２７の温度は、傾き（勾配）が異なるものの両者と
も右上がりであり、相関関係がある。

【００５８】また、図７は、ケース温度に対する発光素
子のサーミスタ抵抗と光フィルタのサーミスタ抵抗との
相関関係を示すグラフである。図７中、点線は発光素子
のサーミスタ抵抗、実線は光フィルタのサーミスタ抵抗
を示す。

【００５９】図７に示すように、ＬＤキャリア１２上の
サーミスタ抵抗と光フィルタ２７のサーミスタ抵抗は、
傾き（勾配）が異なるものの両者とも右下がりであり、
相関関係がある。従って、ＬＤキャリア１２の温度を検
出することによって光フィルタ２７の温度を推定するこ
とが可能である。

【００６０】補正部１８は、光フィルタ２７の温度に応
じた所定電圧を制御部４の比較器１６に入力して、その
電圧分だけ制御信号の電圧をオフセットすることによ
り、光フィルタ２７の温度特性による波長ずれを補正す
る。例えば、図８に示すように、光フィルタ２７の温度
特性により、初期状態から所定時間駆動後では、波長持
性が短波長側ヘシフトする。初期の波長を維持するため
に、まず、光フィルタ２７の温度特性を予め取得してお
く。補正部１８は、温度検出部１３で検出された発光素
子１の温度に基づいて光フィルタ２７の温度を推定し、
推定された光フィルタの温度の変化に応じて適切な補正
電圧を出力し、制御部４の比較器１６にフィードバック
する。補正電圧により制御電圧信号の０Ｖ点をオフセッ
トする。図８において、初期状態の０Ｖ点から、所定時
間を駆動して光フィルタ２７の温度変化によって波長特
性がずれた時、この温度変化を検出して、温度変化に応
じた電圧△Ｖを出力する。これにより０Ｖ点が初期状態
から△Ｖだけ低下した点が０Ｖ点となる。この時の０Ｖ
点に波長ロックがなされるので、初期状態の波長から変
わることなく、安定して波長ロックを行うことができ
る。

【００６１】オフセットする電圧値については、あらか
じめ２つの温度について最適な電圧値を測定しておき、
それに基づいて線形的に計算して設定したり、あるいは
温度に対する最適なオフセット電圧値を格納したデータ
ベースから読み出してもよい。

【００６２】発光素子１の前側（図１では右側）には、
その前側端面から出力されたレーザ光を平行にする平行
レンズ２０が設けられている。また、平行レンズ２０の
前側には、発光素子１への戻り光を阻止する光アイソレ
ータ２１が設けられている。光アイソレータ２１は、例
えば偏光子とファラデー回転子を組み合わせて構成され
る周知のものである。

【００６３】パッケージ６の側部に形成されたフランジ
部６ａの内部には、光アイソレータ２１を通過した光が
入射する窓部２２と、レーザ光を光ファイバ５の端面に
集光する集光レンズ（第２レンズ）２３が設けられてい
る。集光レンズ２３は、フランジ部６ａの端部にＹＡＧ
レーザ溶接により固定されたレンズホルダ２４によって
保持され、レンズホルダ２４の端部には金属製のスライ
ドリング２５がＹＡＧレーザ溶接により固定される。

【００６４】光ファイバ５はフェルール２６によって保
持され、そのフェルール２６は、スライドリング２５の
内部にＹＡＧレーザ溶接により固定されている。

【００６５】パッケージ１の上部には蓋部２８（図２参
照）が被せられ、その周縁部を抵抗溶接することによ
り、パッケージ６の内部が気密封止される。

【００６６】発光素子１の前側端面から出力されるレー
ザ光は、平行レンズ２０で平行になり、光アイソレータ
２１、窓部２２を介して集光レンズ２３によって集光さ
れ、光ファイバ５に入射され外部に送出される。

【００６７】一方、発光素子１の後側端面から出力され
たレーザ光は、平行レンズ７によって平行になり、プリ
ズム８によって２つの方向に分岐される。分岐された一
方のレーザ光は、光フィルタ２７を介して第１の受光素
子９によって受光され、分岐された他方のレーザ光は、
第２の受光素子１０によって受光される。第１の受光素
子９及び第２の受光素子１０から出力される第１のＰＤ
電流及び第２のＰＤ電流は制御部４に入力される。

【００６８】制御部４では、第１の電圧変換器１４によ
り第１のＰＤ電流を第１の電圧Ｖ１に変換し、第２の電
圧変換器１５により第２のＰＤ電流を第２の電圧Ｖ２に
変換し、比較器１６により第１の電圧Ｖ１及び第２の電
圧Ｖ２の電圧の差又は比を制御信号として出力する。比
較器１６から出力される制御信号は電流発生器１７に入
力される。電流発生器１７は、比較器１６からの制御信
号に基づいて温度調整部３の温度を上昇又は下降させる
温度制御電流を選択的に出力する。これによって、発光
素子１から出力されるレーザ光の発光波長を所望の波長
に制御することができる。

【００６９】また、補正部１８は、温度検出部１３によ
って検出された発光素子１の温度に基づいて光フィルタ
２７の温度を推定し、推定された光フィルタ２７の温度
に基づいて、光フィルタ２７の温度特性に伴う波長のず
れを補正するように指令する補正信号を制御部４に出力
する。従って、レーザ光の発光波長を高精度に安定化さ
せることができる。その結果、光信号の信号劣化を低減
でき、信頼性の高い光モジュール及び光送信器を提供す
ることができる。

【００７０】なお、波長ロッキングを駆動するには、発
光素子１の発光波長が、波長弁別カーブの所定範囲に入
っていなければならない。

【００７１】図９は波長弁別カーブを示すグラフであ
る。図９で、波長弁別カーブ上の黒いプロットがロック
する波長である。この波長ロッキングを駆動するには、
図示したキャプチャレンジ内に波長ロッキング駆動する
前に予め入っている必要がある。これを実施するには、
発光素子１の温度を検出してペルチェモジュールからな
る温度調整部３を制御するＡＴＣ駆動が必要である。こ
れを行うには、発光素子１の温度を検出する温度検出部
１３が必要になる。

【００７２】次に、波長ロッキングを制御する手順につ
いて説明する。まず、発光素子１にＡＣＣ回路ないしＡ
ＰＣ回路によって電流を注入し、発光素子１の温度を温
度検出部１３によって検出し、ＡＴＣ回路によって温度
調整部３を制御して温度制御する。ＡＴＣ回路では、基
準温度と検出温度を比較して、その差が０となるように
制御を行う。従って基準温度を制御することで発光波長
を制御することができる。基準温度を制御して、図９で
示したキャプチャレンジ内に発光波長を調整する。これ
を確認したら波長ロッキングに切り替え、前述したよう
に、波長モニタ信号を元に温度調整部３による温度制御
を行う。

【００７３】この波長ロッキングを制御する手順によ
り、プロットしたロッキングポイントヘ発光波長が安定
化される。

【００７４】本発明の第１の実施形態例によれば、発光
素子１の温度特性と光フィルタ２７の温度特性との間に
相関関係があることに鑑み、発光素子１の温度を検出す
ることにより光フィルタ２７の温度を推定し、推定した
光フィルタ２７の温度に基づいて光フィルタ２７の有す
る温度特性に伴う波長のずれを補正するので、長期間に
おいて高い精度でレーザ光の発光波長を高精度に安定化
させることができる。その結果、システムの信頼性を向
上させることができる。

【００７５】また、発光素子１の温度を検出する温度検
出部３は、従来の光モジュールにも配置されているの
で、従来の構成を変えることなく使用することができ
る。

【００７６】さらに、光フィルタ２７の温度を検出する
温度検出部を別個に設ける必要がないので、部品点数や
配線数を増加させることなく、光モジュールの構成の簡
易化、コストダウン化を図ることができる。

【００７７】図１０は、本発明の実施形態例の波長制御
方法を説明するためのフローチャートである。

【００７８】まず、温度検出部１３の検出した値が所定
値になるように温度調整器３（もしくは波長調整器）を
調整し、発光素子１の発光波長が波長モニタ部２のキャ
プチャレンジ内に入るようにする（ステップＳ１）。

【００７９】次いで、温度検出部１３からの信号が光フ
ィルタ温度の補正信号として温度調整器３（もしくは波
長調整器）のコントロールを行う制御部４に入力される
（ステップＳ２）。

【００８０】次いで、波長モニタ部２からの検出信号に
基づいて制御部４が発光素子１の波長の微調整を行う
（ステップＳ３）。

【００８１】ここで、ステップＳ１はレーザ起動時の波
長制御方法であり、ステップＳ２，Ｓ３は通常時の波長
制御方法であり、波長制御方法の切替が行われる。

【００８２】図１１は、本発明の第２の実施形態例を示
すブロック図である。本発明の実施形態例では、図１０
のフローチャートで示される一連の波長制御の過程にお
いて、温度制御部１３は、発光素子１の温度制御から、
光フィルタ２７の温度補償という異なる機能を果たす必
要がある。図１１に示す第２の実施形態例では、そのよ
うな異なる機能を温度検出部１３が行うための構成であ
る。

【００８３】図１１に示すように、第２の実施形態例
は、通常時の波長制御を行う第１の制御部４ａと、レー
ザ起動時の波長制御を行う第２の制御部４ｂとを有す
る。第１の制御部４ａは、波長モニタ部２からの信号に
基づいて波長制御を行うものであり、第１の電圧変換器
１４、第２の電圧変換器１５及び第１の電圧変換器１４
から出力される第１の電圧Ｖ１及び第２の電圧変換器１
５から出力される第２の電圧Ｖ２との電圧の差又は比を
制御信号として出力する比較器１６ａとを有する。

【００８４】第２の制御部４ｂは、得ようとする所定の
波長によって設定値が記憶され、基準値を設定する波長
設定部２９と、波長設定部２９からの信号と温度検出部
１３からの信号とを比較する比較器１６ｂとを有する。

【００８５】電流発生器１６と比較器１６ａ、１６ｂと
の間には第１及び第２の制御部４ａ、４ｂから電流発生
器１７への信号入力の切替を行う選択切替器３０が設け
られている。

【００８６】温度検出部１３からの信号は、補正部１８
及び第２の制御部４ｂの比較器１６ｂに入力される。補
正部１８からの補正信号は、 第１の制御部４ａに入力
される。

【００８７】選択切替器３０によって第１及び第２の制
御部４ａ、４ｂから電流発生器１７への信号入力が切り
替えられ、温度調整部３への電流値を制御し、発光波長
の調整が行われる。この際、レーザ起動時には、第２の
制御部４ｂからの信号を選択し、発光波長が一定のキャ
プチャレンジ内に調整されることによって、制御部４ｂ
からの値が一定値以下になった時に自動的に切り替えら
れる機能を有してもよい。

【００８８】図１２は、本発明の第３の実施形態例を示
すブロック図である。第３の実施形態例では、温度検出
部１３からの信号を光フィルタ２７の温度の補正用信号
に変換するフィルタ温度用補正部４１と、温度検出部１
３からの信号を発光素子１の温度制御用信号に変換する
発光素子温度用変換部４２と、フィルタ温度用補正部４
１及び発光素子温度用変換部４２から制御部４へ入力さ
れる信号を切り替える選択切替器４３とを有する。

【００８９】図１３は本発明の第４の実施形態例を示す
ブロック図である。図１３に示すように、第２の実施形
態例は、制御系にアナログ／デジタル変換回路３７，３
８，３９を用いて制御している。図１３の制御手法にお
いては、パワーモニタＰＤ電流と波長モニタＰＤ電流を
元にした信号をアナログ／デジタル変換回路３７，３８
でアナログ／デジタル変換する。変換された信号は演算
器４４に入力され、演算器４４は、差あるいは比を演算
して制御信号をアナログ／デジタル変換回路３９を介し
て注入電流制御部４０に出力する。注入電流制御部４０
は入力された制御信号に基づいて、発光素子１に注入す
る注入電流を制御し、発光素子１の発光波長を安定化さ
せる。

【００９０】第４の実施形態例によれば、波長モニタ部
２からの信号を注入電流にフィードバックすることによ
り、発光素子１から出力されるレーザ光の発光波長を所
定の波長に固定することができる。

【００９１】図１４は、本発明の第５の実施形態例に係
る波長分割多重通信システムに用いられるＷＤＭ光送信
装置を示す説明図である。

【００９２】図１４に示すように、波長分割多重通信シ
ステムは、光信号を送信する複数の光送信器３１と、そ
の光送信器３１から送信された複数チャネルの光信号を
波長多重化する合波器３２と、その合波器３２により波
長多重化された多重化光信号を増幅中継するために複数
段に接続された複数の光増幅器３３と、光増幅器３３に
より増幅された光信号を各チャネル毎に波長分離する分
波器３４と、その分波器３４により波長分離された各光
信号を受信する複数の光受信器３５とを有する。

【００９３】本発明の第５の実施形態例に係るＷＤＭ光
送信装置３６は、第１〜第４の実施形態例に係る光送信
器３１を複数有し、これら光送信器３１から出力された
光信号を波長多重して送信する。従って、光送信器３１
から発振する光信号の波長が安定するので、信頼性の高
い高密度ＷＤＭシステムを構築することが可能となる。

【００９４】本発明は、上記実施の形態に限定されるこ
とはなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範
囲内において、種々の変更が可能である。例えば、光分
岐器として、プリズム８の代わりにハーフミラー等のビ
ームスプリッタを用いてもよい。

【００９５】

【発明の効果】本発明によれば、発光素子の温度特性と
光フィルタの温度特性との間に相関関係があることに鑑
み、発光素子の温度を検出することにより光フィルタの
温度を推定し、推定した光フィルタの温度に基づいて光
フィルタの有する温度特性に伴う波長のずれを補正する
ので、長期間において高い精度でレーザ光の発光波長を
高精度に安定化させることができる。その結果、システ
ムの信頼性を向上させることができる。

【００９６】また、発光素子の温度を検出する温度検出
部は、従来の光モジュールにも配置されているので、従
来の構成を変えることなく使用することができる。

【００９７】さらに、光フィルタの温度を検出する温度
検出部を別個に設ける必要がないので、部品点数や配線
数を増加させることなく、光モジュールの構成の簡易
化、コストダウン化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光送信器を説
明するための平面断面図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る光送信器を説
明するための側面断面図である。

【図３】波長モニタ部の構成を示す説明図である。

【図４】波長モニタ部の波長と温度との関係を示すグラ
フである。

【図５】ケース温度とフィルタ温度との関係を示すグラ
フである。

【図６】ケース温度に対する発光素子の温度と光フィル
タの温度との相関関係を示すグラフである。

【図７】ケース温度に対する発光素子のサーミスタ抵抗
と光フィルタのサーミスタ抵抗との相関関係を示すグラ
フである。

【図８】波長のずれの補正方法を説明するためのグラフ
である。

【図９】波長弁別カーブを示すグラフである。

【図１０】本発明の実施形態例の波長制御方法を説明す
るためのフローチャートである。

【図１１】本発明の第２の実施形態例を示すブロック図
である。

【図１２】本発明の第３の実施形態例を示すブロック図
である。

【図１３】本発明の第４の実施形態例を示すブロック図
である。

【図１４】本発明の第５の実施形態例に係る波長分割多
重通信システムに用いられるＷＤＭ光送信装置を示す説
明図である。

【図１５】従来の光モジュールの構成を示す説明図であ
る。

【図１６】制御部の構成の一例を示すブロック図であ
る。

【図１７】レーザダイオードの経年劣化を説明するため
のグラフである。

【図１８】レーザダイオードのＬＤキャリアの温度一定
時における注入電流と発光波長の関係を示すグラフであ
る。

【図１９】光フィルタの波長特性と波長の関係を示すグ
ラフである。

【図２０】光フィルタの温度特性を示すグラフである。

【図２１】光フィルタの温度変化による波長のずれを説
明するためのグラフである。

【図２２】波長モニタ駆動時の注入電流と波長の関係を
示すグラフである。

【図２３】ケース温度とフィルタ温度との関係を示すグ
ラフである。

【図２４】光フィルタ（エタロンフィルタ）の波長弁別
特性を示すグラフである。

【図２５】従来の課題を説明するための波長と波長モニ
タＰＤ電流との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

Ｍ：光モジュール １：発光素子 ２：波長モニタ部 ３：温度調整部 ４：制御部 ５：光ファイバ ６：パッケージ ７：平行レンズ ８：プリズム ９：第１の受光素子 １０：第２の受光素子 １１：ＰＤキャリア １２：ＬＤキャリア １３：温度検出部 １４：第１の電圧変換器 １５：第２の電圧変換器 １６：比較器 １７：電流発生器 １８：補正部 １９：ベース ２０：平行レンズ ２１：光アイソレータ ２２：窓部 ２３：集光レンズ ２４：レンズホルダ ２５：スライドリング ２６：フェルール ２７：光フィルタ ２８：蓋部 ２９：波長設定部 ３０：選択切替器 ３１：光送信器 ３２：合波器 ３３：光増幅器 ３４：分波器 ３５：光受信器 ３６：ＷＤＭ光送信装置 ３７〜３９：アナログ／デジタル変換回路 ４０：注入電流制御部 ４１：フィルタ温度用補正部 ４２：発光素子温度用変換部 ４３：選択切替器 ４４：演算器

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０４Ｂ 10/26 10/28 Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA03 CA00 CA32 DA36 DA38 5F073 AB25 AB27 AB28 AB30 BA02 EA03 EA29 FA02 FA04 FA25 GA13 GA14 GA19 GA23 GA38 HA05 HA08 5K002 AA01 BA04 BA13 CA05 CA11 DA02 EA06

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ光を出力する発光素子と、 前記発光素子の温度を検出する温度検出部と、 前記発光素子から出力されるレーザ光を、光フィルタを
   通過させて受光して波長をモニタする波長モニタ部と、 前記波長モニタ部から出力される信号に基づいて、前記
   発光素子から出力されるレーザ光の波長を調整する波長
   調整部とを有する光モジュールを制御する半導体レーザ
   の波長制御方法において、 前記温度検出部からの信号は、前記光フィルタの温度を
   推定して、光フィルタの有する温度特性に伴う波長のず
   れを補正するために用いられることを特徴とする半導体
   レーザの波長制御方法。
2. 【請求項２】前記波長調整部は、前記発光素子の温度を
   調整することにより、前記発光素子の発光波長を調整す
   ることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザの波
   長制御方法。
3. 【請求項３】前記波長調整部は、前記発光素子への注入
   電流を調整することにより、前記発光素子の発光波長を
   調整することを特徴とする請求項１に記載の半導体レー
   ザの波長制御方法。
4. 【請求項４】前記波長モニタ部は、前記レーザ光を２分
   岐する光分岐器と、前記２分岐されたレーザ光をそれぞ
   れ受光し、光電変換し電気信号として出力する２つの受
   光器とを有し、 前記光フィルタは、前記２つの受光器のうち、少なくと
   も一方と光分岐器との間に配置されることを特徴とする
   請求項１乃至３のいずれか１つの項に記載の半導体レー
   ザの波長制御方法。
5. 【請求項５】前記光分岐器は、プリズムであることを特
   徴とする請求項４に記載の半導体レーザの波長制御方
   法。
6. 【請求項６】前記波長制御部は、 前記温度検出部からの信号に基づいて、レーザ光の波長
   が波長モニタ部で調整可能な波長範囲内に調整された後
   に、 前記波長モニタ部からの信号に基づいてレーザ光の波長
   を所定の波長にロックするように調整し、 その後、前記温度検出部からの信号に基づいて前記光フ
   ィルタの温度を推定し、光フィルタの温度特性に伴う波
   長のずれを補正するために用いられることを特徴とする
   請求項１乃至５のいずれか１つの項に記載の半導体レー
   ザの波長制御方法。
7. 【請求項７】前記請求項１乃至６のいずれか１つの項に
   記載の波長制御方法によって制御される光モジュール
   と、 前記波長モニタ部から出力される信号に基づいて、前記
   発光素子から出力されるレーザ光の発光波長を所定の波
   長に固定する制御部と、 前記温度検出部によって検出された発光素子の温度に基
   づいて前記光フィルタの温度を推定し、推定された光フ
   ィルタの温度に基づいて前記光フィルタの温度特性に伴
   う前記波長のずれを補正するように指令する補正信号を
   前記制御部に出力する補正部と、 を有することを特徴とする光送信器。
8. 【請求項８】前記請求項７に記載の光送信器を複数有
   し、これら光送信器から出力された光信号を波長多重し
   て送信することを特徴とするＷＤＭ光送信装置。