JP2003304030A - 波長可変レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度制御によって発振波長が制御されるＤＦ
Ｂレーザ発振器を備えた波長可変レーザ装置であって、
発振波長を変化させた時の光出力の変動を抑制可能な波
長可変レーザ装置を提供する。 【解決手段】 波長可変レーザ装置は、温度制御によっ
て発振波長が制御されるＤＦＢレーザ発振器を備える。
光出力モニタをＤＦＢレーザ発振器の光照射端側に配置
することにより、発振波長を変化させた時の光出力の変
動を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、波長可変レーザ装
置に関し、特に、温度制御によって発振波長が制御され
る分布帰還型半導体レーザ発振器（以下、ＤＦＢレーザ
発振器と呼ぶ）を備えた波長可変レーザ装置であって、
発振波長を変化させたときの光出力の変動を抑制可能な
波長可変レーザ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＷＤＭシステムの急速な発展により、Ｗ
ＤＭシステムで多重化される波長数は２００ｃｈ以上に
も及んでいて、波長数に見合った数のレーザが信号光源
として必要とされている。ＷＤＭシステムの安定した運
営のためには、万が一の信号光源の停止を考慮して、発
振波長が同じスペア（Spare、予備）のレーザをそれぞ
れ保持する必要がある。つまり、少なくとも波長数と同
じ数のスペア・レーザが必要になる。これでは、ＷＤＭ
システムの設備及び運営コストが増大する。

【０００３】そこで、１つのレーザ素子で異なる波長の
レーザ光を出力できる波長可変レーザ、なかでも波長可
変型ＤＦＢレーザ発振器が注目されている。つまり、波
長可変型ＤＦＢレーザ発振器を信号光源のスペアとして
用意することにより、ＷＤＭシステムのレーザのスペア
在庫量の低減と、システムの運営費の低コスト化とを実
現することができる。

【０００４】従来、ＷＤＭシステム等の長距離伝送シス
テムに応用された波長可変レーザ装置は、主として、Ｄ
ＦＢレーザ発振器を温度制御によって発振波長が制御さ
れるように組み込んだ装置である。従来の波長可変レー
ザ装置の構成の一例を図４を参照して説明する。波長可
変レーザ装置３０は、波長可変レーザ３１と、波長可変
レーザ３１の後端側に配置された光モニタ３４と、波長
可変レーザ３１の光照射端側に配置されたコレクタレン
ズ３５、及び集光レンズ３６を備え、光ファイバ３７を
介してレーザ光を伝送する。

【０００５】波長可変レーザ３１は、図５に示すよう
に、ＤＦＢレーザ発振器３２と、ＤＦＢレーザ発振器３
２の基板側に設けられた温度−電気制御装置（Thermo-E
lectric Cooler：以下、ＴＥＣと呼ぶ）３３とを備え、
ＴＥＣ３３によってＤＦＢレーザ発振器３２の動作温度
を変化させ、ＤＦＢレーザ発振器３２の内の屈折率を変
化させることにより、波長を可変にする。図５中、３９
は活性層である。活性層３９は、基板と回折格子との間
にあってもよく、また図５に示すように、回折格子３９
の上にあってもよい。ＤＦＢレーザ発振器３２は、２５
℃に保持されているとき、発振波長が１５５０ｎｍにな
るように回折格子の周期が決定されおり、ＴＥＣ３３の
温度を０℃から４０℃に変化させると、発振波長は３．
２ｎｍ変化する。

【０００６】光モニタ３４は、光出力をモニタする機能
と、光波長をモニタする機能とを備えている。即ち、光
モニタ３４はＤＦＢレーザ発振器３２の後端から出射さ
れた出力光を検出し、検出した光出力を電流信号に変換
し、この電流値が所定値になるようにＤＦＢレーザ発振
器３２の光出力をフィードバック制御する。また、出力
光の光波長をモニタリングし、出力光が所定の光波長に
なるようにＴＥＣ３３の温度をフィードバック制御す
る。ＤＦＢレーザ発振器３２の光照射端から出射された
所定の光波長と所定の光出力とに制御された出力光は、
コレクタレンズ３５及び集光レンズ３６により光ファイ
バ３７の入射面に集光され、光ファイバ３７を経由して
伝送される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の波長可変レーザ装置は、ＤＦＢレーザ発振器の後端側
に光モニタを備え、光モニタの信号を受けた電流制御部
がＤＦＢレーザ発振器から出射される光出力が一定にな
るように制御する。しかし、本発明者は、上述のような
従来の波長可変レーザ装置で、温度を制御して発振波長
を変化させたときに、光照射端から実際に出射される出
力光が一定しないという事実を発見し、以下の実験によ
り確認を行った。

【０００８】従来の波長可変レーザ装置３０を用い、０
℃、２５℃、４０℃の各動作温度において、ＤＦＢレー
ザ発振器３２への注入電流を変化させ、光モニタの電流
値Ｉｍと光照射端から出射される出力光の光出力Ｐｆと
の関係を調べた。光出力Ｐｆは、光ファイバ３７に代え
て光検出器を設置して計測した。図６（ｂ）のグラフに
この結果を示す。同図中で、（ｉ）は動作温度０℃、
（ii）は動作温度２５℃、(iii）は動作温度４０℃にお
けるデータを示す。

【０００９】同図に示すように、光モニタの電流値Ｉｍ
と光照射端から出射される出力光の光出力Ｐｆとの関係
は、各動作温度下で異なる。即ち、温度が上昇するに伴
って光モニタの電流値Ｉｍに対する光出力Ｐｆは低下す
る。このため、光モニタの電流値Ｉｍ一定で波長可変レ
ーザ装置を駆動する場合、温度を制御して発振波長を変
化させた時に、光出力が変動するという問題があった。

【００１０】また、ＤＦＢレーザ発振器３２の状態によ
っては、図７に示すように、ＩｍとＰｆとの関係が線形
にならない場合があった。この場合、前述のように温度
を制御して発振波長を変化させた時に、光出力の変動が
更に大きくなる。

【００１１】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであって、その目的は、温度制御によって発振波長が
制御されるＤＦＢレーザ発振器を備えた波長可変レーザ
装置であって、発振波長を変化させた時の光出力の変動
を抑制可能な波長可変レーザ装置を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明者は、温度制御によって発振波長が制御され
るＤＦＢレーザ発振器を備えた波長可変レーザ装置にお
いては、ＤＦＢレーザ発振器の光照射端から出射する出
力光とＤＦＢレーザ発振器の後端から出射する出力光と
が温度変化に対して一定の関係になっていないことに想
到し、本発明を完成するに到った。

【００１３】即ち、本発明に係る波長可変レーザ装置
は、温度制御によって発振波長が制御されるＤＦＢレー
ザ発振器と、前記ＤＦＢレーザ発振器の光出力を検出す
る光出力モニタと、前記光出力モニタの出力に基づいて
前記ＤＦＢレーザ発振器の注入電流を制御する電流制御
部と、前記ＤＦＢレーザ発振器の発振波長を検出する光
波長モニタと、前記光波長モニタの出力に基づいて前記
ＤＦＢレーザ発振器の温度を制御する温度制御部とを備
える波長可変レーザ装置において、前記光出力モニタ
は、前記ＤＦＢレーザ発振器の光照射端から出射された
出力光の一部を検出する第１光検出器を備えることを特
徴とする。

【００１４】本発明に係る波長可変レーザ装置では、第
１光検出器がＤＦＢレーザ発振器の光照射端側に配置さ
れるため、光出力モニタで検出したＤＦＢレーザ発振器
の光出力（電流値）と、実際のＤＦＢレーザ発振器の光
出力とが動作温度に依存しない線形な関係となる。つま
り、温度制御によってＤＦＢレーザ発振器の発振波長を
変化させ、光出力モニタで検出したＤＦＢレーザ発振器
の光出力（電流値）が所定値になるようにＤＦＢレーザ
発振器の光出力を制御することによって、ＤＦＢレーザ
発振器を所定の光出力で発振させることができる。

【００１５】前記光出力モニタは、前記ＤＦＢレーザ発
振器の出力光を所定の比率で分岐する第１光分岐器を備
えることが出来る。第１光分岐器としては例えばビーム
スプリッタが採用される。

【００１６】上記に代えて、光出力モニタが前記ＤＦＢ
レーザ発振器と同一基板上に集積される前記第１光検出
器を備えることもできる。この場合、波長可変レーザ装
置をコンパクトにすることが可能である。

【００１７】本発明の好適な実施態様では、前記光波長
モニタは、前記ＤＦＢレーザ発振器の後端から出射され
た出力光の内の所定波長の出力光を透過するフィルタ
と、該フィルタを透過した所定波長の出力光を検出する
第２光検出器とを備える。

【００１８】上記に代えて、前記光波長モニタは、前記
ＤＦＢレーザ発振器の光照射端側に、前記ＤＦＢレーザ
発振器の出力光を所定の比率で分岐する第２光分岐器
と、前記第２光分岐器により分岐された出力光の内の所
定波長の出力光を透過するフィルタと、該フィルタを透
過した所定波長の出力光を検出する第２光検出器とを備
えることもできる。

【００１９】本発明の好適な実施態様では、前記ＤＦＢ
レーザ発振器の光照射端側に隣接して、光増幅器又は光
変調器を更に備える。光増幅器を備えることにより大き
な光出力の出力光を供給することが可能となる。特に、
第１光検出器又は分岐器による出力光の損失を補うこと
が可能である。また、光変調器を備えることにより、波
長可変レーザ装置の内部での変調が可能となる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照し、実施
形態例を挙げて本発明を具体的かつ詳細に説明する。実施形態例１ 図１は、本発明の一実施形態例に係る波長可変レーザ装
置の構成を示す模式的平面図である。波長可変レーザ装
置１０は、レーザ部１１と、光出力モニタ部１８と、電
流制御部１９と、光波長モニタ部１３と、温度制御部２
２とを有する。レーザ部１１と光出力モニタ部１２とは
同一基板上に形成され、光波長モニタ部１３と共にパッ
ケージ２４を構成する。

【００２１】レーザ部１１は、ＤＦＢレーザ発振器１６
と、ＤＦＢレーザ発振器１６の光照射端側に光導波路を
介し、ＤＦＢレーザ発振器１６と共通の半導体基板１４
上に形成された光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Opti
cal Amplifier）１７とから構成される。光出力モニタ
部１８は、光増幅器１７の出射端側に光導波路を介して
接続され、ＤＦＢレーザ発振器１６及び光増幅器１７と
共通の半導体基板１４上に形成された第１光検出器（Ｔ
ａｐＰＤ）からなる。光波長モニタ部１３は、ＤＦＢレ
ーザ発振器１６の後端側に配置されており、エタロン
（Etalon）２０及び第２光検出器２１から構成される。

【００２２】ＤＦＢレーザ発振器１６は、温度制御部１
９及び半導体基板１４の下側に設けられたＴＥＣ１５に
より温度制御されており、２５℃に保持されていると
き、発振波長が１５５０ｎｍになるように回折格子の周
期が決定されている。ＴＥＣ１５の温度を１０℃から４
０℃に変化させると、ＤＦＢレーザ発振器１６の発振波
長は３．２ｎｍ変化する。例えば１０℃のときに１５５
０ｎｍであったものが、４０℃のときに１５５３．２ｎ
ｍになる。光増幅器１７は、ＤＦＢレーザ発振器１６の
光照射端から光導波路を介して送られてきた出力光を所
定の利得で増幅する。

【００２３】光出力モニタ部１８は、光導波路を介して
光増幅器１７から送られてきた出力光の一部を電流値に
変換し、出力光の光強度情報として、電流制御部１９に
送る。電流制御部１９では、光ファイバ２３端の光出力
が２５ｍＷとなるように、ＤＦＢレーザ発振器１６に対
するレーザ注入電流を制御する。光出力モニタ部１８を
透過した出力光は、レンズ等（図示せず）を介して光フ
ァイバ２３の入射面に結合され、光ファイバ２３を経由
して伝送される。

【００２４】エタロン２０は、ＤＦＢレーザ発振器１６
の後端面に配置され、ＤＦＢレーザ発振器１６の後端か
ら出射された出力光の内の所定波長の出力光を透過す
る。エタロン２０を透過した所定波長の出力光は第２光
検出器（フォトダイオード）２１で検出され、第２光検
出器２１は所定波長の出力光の光強度情報を温度制御器
２２に送る。温度制御器２２は、第２光検出器２１の光
強度情報を監視し、ＴＥＣ１５の温度を調整することに
より、ＤＦＢレーザ発振器１６の発振波長を所定の波長
に制御する。エタロン２０は、一種の波長フィルタであ
って、例えば５０ＧＨｚ周期等の波長周期特性を有し、
所望の波長を選択することができる。

【００２５】本実施形態例の波長可変レーザ装置１０を
試作し、光出力モニタ１９の電流値Ｉｍと光ファイバ２
３端での光出力値Ｐｆとの関係を、光ファイバ２３に代
えて光検出器を設置して計測した。結果、図６（ａ）に
示すように、電流値Ｉｍと光出力値Ｐｆとは動作温度に
依存しない線形な関係となった。従って、波長可変レー
ザ装置１０の光出力は動作温度、つまりは発振波長によ
って変化しない。

【００２６】一方、従来の波長可変レーザ装置３０で
は、図６（ｂ）に示したように、光モニタの電流値Ｉｍ
を１００μＡで一定になるようにＤＦＢレーザ発振器３
２の光出力を制御したと仮定すると、ＤＦＢレーザ発振
器３２の光照射端から出射される出力光の光出力は、動
作温度０℃のときに２１ｍＷ、動作温度２５℃のときに
２０ｍＷ、動作温度４０℃のときに１９ｍＷとなり、変
動が極めて大きい。

【００２７】今後、ＷＤＭシステムの信号光源として、
例えば４０ｍＷや更には１００ｍＷなどの、より高い光
出力での作動が必要とされるが、同図より、光モニタの
電流値をより高い側に設定すると、動作温度間の光出力
の変動は更に顕著になる。光出力の変動は、ＷＤＭシス
テムにおいて、変調特性、光ファイバ増幅の不均一性な
どの性能に影響を与えるため、安定した光出力で発振で
きる波長可変レーザ装置が求められる。

【００２８】本実施形態例の波長可変レーザ装置１０で
は、光出力モニタ部１８を光増幅器１７の出射端側に配
置したことにより、発振波長に依存する動作温度による
光出力の変動を抑制可能である。

【００２９】従来の波長可変レーザ装置３０で、図７の
ように、光モニタの電流値と光照射端から出射される出
力光の光出力の関係が線形でない原因は、ＤＦＢレーザ
発振器の光照射端面及び後端面における内部光の位相の
状態が、ＤＦＢレーザ発振器への注入電流により変化
し、内部光密度が変化するためと考えられる。

【００３０】なお、上記本実施形態例の波長可変レーザ
装置１０は、光増幅器１７に代えて光変調器を配置して
もよい。光変調器を備えることにより、波長可変レーザ
装置内部での変調が可能となる。

【００３１】実施形態例２ 図２は、本実施形態例に係る波長可変レーザ装置の構成
を示す模式的平面図である。波長可変レーザ装置２５
は、レーザ部１１と、光出力モニタ部１２と、電流制御
部１９と、光波長モニタ部１３と、温度制御部２２とを
有する。レーザ部１１、光出力モニタ部１２、及び光波
長モニタ部１３はパッケージ２８を構成する。

【００３２】光出力モニタ部１２は、光分岐器２６及び
第１光検出器２７から構成される。光分岐器２６は、光
増幅器１７の出射端から出射された出力光の一部（１０
％）を分岐し第１光検出器２７に送り、残り（９０％）
を光ファイバ（図示なし）に送る。第１光検出器２７は
分岐器２６から送られてきた出力光を電流値に変換し、
これを出力光の光強度情報として電流制御部１９に送
る。電流制御部１９は、この光強度情報に基づいて、光
ファイバ（図示なし）端の光出力が２５ｍＷとなるよう
にＤＦＢレーザ発振器１６に対するレーザ注入電流を制
御する。

【００３３】本実施形態例の波長可変レーザ装置２５を
試作し、第２光検出器２７の電流値と光ファイバ（図示
なし）端での光出力値との関係を調べたところ、実施形
態例１と同様の結果となった。

【００３４】実施形態例３ 図３は、本実施形態例に係る波長可変レーザ装置の構成
を示す模式的平面図である。波長可変レーザ装置４０
は、レーザ部１１と、光出力モニタ部１２と、電流制御
部１９と、光波長モニタ部１３と、温度制御部２２とを
有する。レーザ部１１、光出力モニタ部１２、及び光波
長モニタ部１３はパッケージ４２を構成する。光出力モ
ニタ部１２は、第１光分岐器２６及び第１光検出器２７
から構成される。光波長モニタ部１３は、レーザ部１１
の出射端側に配置され、第２光分岐器４１、エタロン
（Etalon）２０、及び第２光検出器２１から構成され
る。

【００３５】光出力モニタ部１２では、第２光分岐器４
１は、光増幅器１７の出射端から出射された出力光の一
部（１０％）を分岐し、エタロン２０に送り、残り（９
０％）を通過させ第１光分岐器２６に送る。エタロン２
０は、第２光分岐器４１で分岐された出力光の内の所定
波長の出力光を透過する。エタロン２０を透過した所定
波長の出力光は第２光検出器（フォトダイオード）２１
で検出され、第２光検出器２１は所定波長の出力光の光
強度情報を温度制御器２２に送る。温度制御器２２は、
第２光検出器２１の光強度情報を監視し、ＴＥＣ１５の
温度を調整することにより、ＤＦＢレーザ発振器１６の
発振波長を所定の波長に制御する。

【００３６】光波長モニタ部１３では、第１光分岐器２
６は、第２光分岐器４１を通過した出力光の一部（１０
％）を分岐し第１光検出器２７に送り、残り（９０％）
を光ファイバ（図示なし）に送る。第１光検出器２７は
第１光分岐器２６から送られてきた出力光を電流値に変
換し、これを出力光の光強度情報として電流制御部１９
に送る。電流制御部１９は、この光強度情報に基づい
て、光ファイバ（図示なし）端の光出力が２５ｍＷとな
るようにＤＦＢレーザ発振器１６に対するレーザ注入電
流を制御する。

【００３７】本実施形態例の波長可変レーザ装置４０を
試作し、第２光検出器２７の電流値と光ファイバ（図示
なし）端での光出力値との関係を調べたところ、実施形
態例１と同様の結果となった。

【００３８】本実施形態例では、光波長モニタ部１２と
光出力モニタ部１３の位置を入れ替えて、光波長モニタ
部１２を光ファイバ側に配置してもよい。この場合、第
１光分岐器２６及び第２光分岐器４１には、分岐精度の
良いものを用いる。

【００３９】以上、本発明をその好適な実施形態例に基
づいて説明したが、本発明の波長可変レーザ装置は、上
記実施形態例の構成にのみ限定されるものではなく、上
記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施した波
長可変レーザ装置も、本発明の範囲に含まれる。

【００４０】

【発明の効果】本発明の波長可変レーザ装置によれば、
温度制御によって発振波長が制御されるＤＦＢレーザ発
振器を備えた波長可変レーザ装置において、光出力モニ
タをＤＦＢレーザ発振器の光照射端側に配置することに
より、発振波長を変化させた時の光出力の変動が抑制さ
れた波長可変レーザ装置を実現している。本発明に係る
波長可変レーザ装置を適用することにより、光出力が安
定した波長可変レーザ装置を実現でき、長距離からメト
ロまで広い分野での応用が期待される。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例１の波長可変レーザ装置の構成を示
す模式的平面図である。

【図２】実施形態例２の波長可変レーザ装置の構成を示
す模式的平面図である。

【図３】実施形態例３の波長可変レーザ装置の構成を示
す模式的平面図である。

【図４】従来の波長可変レーザの構造を示す模式的平面
図である。

【図５】従来の波長可変レーザ装置の構成を示す模式的
断面図である。

【図６】（ａ）は実施形態例１の波長可変レーザ装置の
光出力モニタの電流値Ｉｍと光出力Ｐｆとの関係を示す
グラフであり、（ｂ）は従来の波長可変レーザ装置の光
モニタの電流値Ｉｍと光出力Ｐｆとの関係の一例を示す
グラフである。

【図７】従来の波長可変レーザ装置の光モニタの電流値
Ｉｍと光出力Ｐｆとの関係の別の一例を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１０ 実施形態例１の波長可変レーザ装置 １１ レーザ部 １２ 光出力モニタ部 １３ 光波長モニタ部 １４ 半導体基板 １５ ＴＥＣ １６ ＤＦＢレーザ発振器 １７ 光増幅器（ＳＯＡ） １８ 光波長モニタ部（第１光検出器） １９ 電流制御部 ２０ ５０ＧＨｚ周期のエタロン ２１ 第２光検出器（フォトダイオード） ２２ 温度制御部 ２３ 光ファイバ ２４ パッケージ ２５ 実施形態例２の波長可変レーザ装置 ２６ （第１）光分岐器 ２７ 第１光検出器 ２８ パッケージ ３０ 従来の波長可変レーザ装置 ３１ 波長可変レーザ ３２ ＤＦＢレーザ発振器 ３３ ＴＥＣ ３４ 光モニタ ３５ コレクタレンズ ３６ 集光レンズ ３７ 光ファイバ ３８ 回折格子 ３９ 活性層 ４０ 実施形態例３の波長可変レーザ装置 ４１ 第２光分岐器 ４２ パッケージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F073 AA64 AB21 AB25 AB28 BA02 EA03 EA04 EA15 FA02 FA25 GA12 GA22

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 温度制御によって発振波長が制御される
   ＤＦＢレーザ発振器と、前記ＤＦＢレーザ発振器の光出
   力を検出する光出力モニタと、前記光出力モニタの出力
   に基づいて前記ＤＦＢレーザ発振器の注入電流を制御す
   る電流制御部と、前記ＤＦＢレーザ発振器の発振波長を
   検出する光波長モニタと、前記光波長モニタの出力に基
   づいて前記ＤＦＢレーザ発振器の温度を制御する温度制
   御部とを備える波長可変レーザ装置において、前記光出
   力モニタは、前記ＤＦＢレーザ発振器の光照射端から出
   射された出力光の一部を検出する第１光検出器を備える
   ことを特徴とする波長可変レーザ装置。
2. 【請求項２】 前記光出力モニタは、前記ＤＦＢレーザ
   発振器の出力光を所定の比率で分岐する第１光分岐器を
   備えることを特徴とする、請求項１に記載の波長可変レ
   ーザ装置。
3. 【請求項３】 前記第１光検出器が、前記ＤＦＢレーザ
   発振器と同一基板上に集積されることを特徴とする、請
   求項１に記載の波長可変レーザ装置。
4. 【請求項４】 前記光波長モニタは、前記ＤＦＢレーザ
   発振器の後端から出射された出力光の内の所定波長の出
   力光を透過するフィルタと、該フィルタを透過した所定
   波長の出力光を検出する第２光検出器とを備えることを
   特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の波長可変レ
   ーザ装置。
5. 【請求項５】 前記光波長モニタは、前記ＤＦＢレーザ
   発振器の光照射端側に、前記ＤＦＢレーザ発振器の出力
   光を所定の比率で分岐する第２光分岐器と、前記第２光
   分岐器により分岐された出力光の内の所定波長の出力光
   を透過するフィルタと、該フィルタを透過した所定波長
   の出力光を検出する第２光検出器とを備えることを特徴
   とする、請求項１〜３の何れかに記載の波長可変レーザ
   装置。
6. 【請求項６】 前記ＤＦＢレーザ発振器の光照射端側に
   隣接して、光増幅器又は光変調器を更に備えることを特
   徴とする、請求項１〜５の何れかに記載の波長可変レー
   ザ装置。