JP2003309319A - 波長ロッカーモジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】低コストで温度変動に対して安定した特性を備
えた波長ロッカーモジュールを提供する。 【解決手段】半導体レーザ９と、半導体レーザ９の出力
光をレンズ１０により集光し伝送路に出力する光ファイ
バー１１と、半導体レーザ９が出力するモニター光を分
光するハーフミラー１２と、分光された第一のモニター
光を所定の波長選択特性でフィルタリングするエタロン
フィルタ１９と、エタロンフィルタ１９に備えた電極２
０、２１と、モジュールの温度変動をモニターする温度
変動モニター部１６と、温度変動モニター部１６の制御
により前記電極２０、２１へ所定の電圧を印加する電圧
印加部２２と、波長選択された第一のモニター光の強度
を検出するフォトダイオード１４と、分光された第二の
モニター光の強度を検出するフォトダイオード１５と、
温度変動モニター部１６の制御により半導体レーザ９を
所定の温度に保つ熱電素子１７とにより構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光波長多重通信の
光源として用いられる半導体レーザ等の波長を制御する
波長ロッカーモジュールに関し、特に光信号の波長変動
を検出するエタロンフィルタの波長温度依存性（波長シ
フト）を抑制する手段を備えた波長ロッカーモジュール
に関する。

【０００２】

【従来の技術】インターネットの急激な普及に伴い、画
像等の大容量データの転送が頻繁に行われるようになっ
てきた。そこで、伝送路の大容量化が急務であり、既存
の一本の光ファイバーケーブルに多数の波長の光信号を
多重して伝送する高密度波長多重（以降、ＤＷＤＭと称
す）方式による通信が実用化され、年々、その高密度化
が図られている。

【０００３】図４は、ＤＷＤＭ方式による通信の構成例
である。同図を説明すると、送信装置１において、ディ
ジタルデータを波長λ１、λ２、・・λｎによる光信号
により夫々変調した送信器２ａ、２ｂ、・・２ｎの出力
信号を、合波器３により合波して光信号の波長多重を行
う。送信装置１は、光ファイバーケーブル４と光増幅器
５を介して受信装置６に接続し、分波器７により波長λ
１、λ２、・・λｎに波長多重された光信号を分波して
受信器８ａ、８ｂ、・・８ｎに入力し、ディジタルデー
タに復調する構成である。

【０００４】一本の光ファイバーに多数の波長の光信号
を多重するためには、光信号を一定の波長に保つことが
必要で、その光源となる半導体レーザは、高い精度で安
定に動作することが必要である。半導体レーザは、温度
等の要因により光の波長が変化する性質を持っているた
め、一般的に光信号の波長の変動を検出して制御し、光
信号の波長を一定に保つ機能を備えた波長ロッカーモジ
ュールが用いられている。波長ロッカー機能を備えた波
長ロッカーモジュールは、半導体レーザが出力する光信
号の波長を検出し波長の変動をモニターする機能と、光
信号の強度をモニターする機能と、波長ロッカーモジュ
ールの温度変動をモニターする機能とを含み、当該モニ
ター結果を半導体レーザの駆動部にフィードバックして
半導体レーザの出力制御を行っている。

【０００５】図５は、従来の波長ロッカーモジュールの
構成例である。同図は、半導体レーザ９と、半導体レー
ザ９の出力光を集光するレンズ１０と、光信号を伝送路
に出力する光ファイバー１１と、半導体レーザ９が出力
するモニター光を分光するハーフミラー１２と、分光さ
れた第一のモニター光を所定の波長選択特性でフィルタ
リングするエタロンフィルタ１３と、波長選択された第
一のモニター光の強度を検出するフォトダイオード１４
と、分光された第二のモニター光の強度を検出するフォ
トダイオード１５と、モジュールの温度変動をモニター
する温度変動モニター部１６と、該温度変動モニター部
１６からの制御信号により半導体レーザを所定の温度に
保つペルチェ素子等の熱電素子１７と、温度変動モニタ
ー部１６からの制御信号によりエタロンフィルタ１３を
所定の温度に保つペルチェ素子等の熱電素子１８とによ
り構成する。

【０００６】次に、半導体レーザ９の波長の変動をモニ
ターする機能を説明すると、半導体レーザ９が出力する
モニター光は、ハーフミラー１２を介して受光したエタ
ロンフィルタ１３において、波長の選択が行われる。図
６は、エタロンフィルタの波長選択特性の一例である。
同図に示すように、エタロンフィルタの波長選択特性
は、横軸に波長、縦軸に光の出力強度を割り当て、波長
λの光信号を入力した際の出力強度をＰ_０とすると、入
力波長が−Δλ変動すると、出力強度はＰ₋に低下す
る。一方、入力波長が＋Δλ変動すると、出力強度はＰ
_＋に増加する。従って、エタロンフィルタが出力する光
信号の強度をフォトダイオードを用いて検出すれば、光
信号の波長の変動は認識可能である。そこで、エタロン
フィルタ１３の出力をフォトダイオード１４で検出し、
半導体レーザ９の波長の変動に対応した電気信号を得る
ことにより、該電気信号を半導体レーザ９の駆動部（図
示していない）にフィードバックし、波長のコントロー
ルを行う。尚、半導体レーザ９は、温度変動による出力
波長や出力強度の変動を低減するため、モジュールの温
度変動をモニターする温度変動モニター部１６から供給
される制御信号に基づいて制御される熱電素子１７を用
いて定温化を図っている。

【０００７】次に、エタロンフィルタ１３は、周囲の温
度変動に起因して波長選択特性のシフトが生ずる。これ
は、エタロンフィルタ１３に使用する材料の線膨張係数
と熱光学係数（温度に対する屈折率の変化度合い）に起
因し、ソリッドタイプのエタロンフィルタでは、石英を
使用した場合１０ｐｍ／°Ｃの波長シフトが、又水晶を
使用した場合５ｐｍ／°Ｃの波長シフトが夫々生ずる。
そこで、エタロンフィルタ１３を使用した波長ロッカー
モジュールにおいては、エタロンフィルタ１３の温度変
動に対する波長シフトを防止するため、温度変動モニタ
ー部１６から供給される制御信号に基づいて制御される
熱電素子１７を用いて定温化を図っている。

【０００８】一方、フォトダイオード１４により検出さ
れる光信号は、半導体レーザ９の波長変動の他、光信号
の強度が変動しても変化する。そこで、半導体レーザ９
の光信号の強度変化を検出するため、半導体レーザ９の
モニター光をハーフミラー１２で分光した第二のモニタ
ー光を、フォトダイオード１５により直接検出する。従
って、前記フォトダイオード１４の出力とフォトダイオ
ード１５の出力とを比較することにより、フォトダイオ
ード１４による検出出力の変化が、波長変動によるもの
か、或いは強度変動によるものかを識別可能である。半
導体レーザ９の駆動部は、フォトダイオード１４とフォ
トダイオード１５の検出結果により、所定のコントロー
ルを行って光信号を安定化させる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
波長ロッカーモジュールに用いているエタロンフィルタ
は、波長多重を高密度化しようとするとエタロンフィル
タの基板が厚くなり、熱電素子を用いてエタロンフィル
タの温度を安定化させる際に時間がかかることから、エ
タロンフィルタの温度コントロールが困難になること
や、エタロンフィルタの温度コントロールを行うペルチ
ェ素子が高価である事等が問題となっていた。波長多重
を高密度化して多重する波長の間隔を狭めるために、エ
タロンフィルタの基板を厚くする理由は次の通りであ
る。エタロンフィルタの特性は、下記に示すようにＦＳ
Ｒ（フリー、スペース、レンジ）と呼ばれる周期で表す
ことが出来る。 ＦＳＲ＝λ^２／（２・ｎ・ｄ・ｃｏｓθ） λ：波長、ｎ：エタロン硝材の屈折率、ｄ：エタロン板
厚、θ：入射角 従って、波長間隔を狭めるためには、エタロンフィルタ
の基板を厚くすることが必要となる。本発明は、上述し
たような問題を解決するためになされたものであって、
低コストで温度変動に対して安定した特性を備えた波長
ロッカーモジュールを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係わる波長ロッカーモジュールは、以下の構
成をとる。請求項１記載の波長ロッカーモジュールは、
半導体レーザと、該半導体レーザの出力光を集光して出
力する集光レンズと、半導体レーザが出力するモニター
光を二つに分光するハーフミラーと、分光された第一の
モニター光を所定の波長選択特性でフィルタリングする
エタロンフィルタと、フィルタリングした第一のモニタ
ー光の強度を検出する第一のフォトダイオードと、分光
された第二のモニター光の強度を検出する第二のフォト
ダイオードと、モジュール内の温度変動をモニターし制
御信号を出力する温度変動モニター部と、該温度変動モ
ニター部からの制御信号に基づき半導体レーザを所定の
温度に保つように機能する熱電素子とを備えた波長ロッ
カーモジュールにあって、前記エタロンフィルタは所定
の位置に電極対を配設した圧電基板を用いて構成したも
のであり、前記電極対には電圧印加部が接続され、該電
圧印加部が前記温度変動モニター部からの制御信号に基
づき前記電極対に所定の電圧を供給して前記エタロンフ
ィルタの波長シフトを抑圧するよう構成する。

【００１１】請求項２記載の波長ロッカーモジュール
は、前記圧電基板が水晶基板であるよう構成する。

【００１２】請求項３記載の波長ロッカーモジュール
は、前記圧電基板がリチウムナイオベート基板であるよ
う構成する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図示した実施例に基づいて
本発明を詳細に説明する。本発明においては、波長ロッ
カーモジュールに用いているエタロンフィルタの温度に
対する波長シフト特性を安定化させるために、エタロン
フィルタを構成する材質として圧電基板を用い、圧電基
板の所定の位置に電極対を設け、該電極対に印加する電
圧をモジュール内の温度変動に対応させて可変させるこ
とにより圧電基板の板厚を制御し、エタロンフィルタの
波長シフト特性を安定化させたものである。

【００１４】図１は、本発明に係る波長ロッカーモジュ
ールの構成を示す実施例である。同図は、半導体レーザ
９と、半導体レーザ９の出力光を集光するレンズ１０
と、光信号を伝送路に出力する光ファイバー１１と、半
導体レーザ９が出力するモニター光を分光するハーフミ
ラー１２と、分光された第一のモニター光を所定の波長
選択特性でフィルタリングするエタロンフィルタ１９
と、エタロンフィルタ１９に備えた電極２０、２１と、
モジュールの温度変動をモニターする温度変動モニター
部１６と、温度変動モニター部１６から供給される制御
信号に基づく制御により前記電極２０、２１へ所定の電
圧を印加する電圧印加部２２と、波長選択された第一の
モニター光の強度を検出するフォトダイオード１４と、
分光された第二のモニター光の強度を検出するフォトダ
イオード１５と、温度変動モニター部１６から供給され
る制御信号に基づく制御により半導体レーザ９を所定の
温度に保つ熱電素子１７とにより構成する。

【００１５】そこで先ず、本発明において使用するエタ
ロンフィルタの機能について説明する。図２及び３は、
本発明に係わるエタロンフィルタの波長選択特性の一例
を示す図である。本発明に係わるエタロンフィルタは、
ソリッド型エタロンフィルタからなり、エタロンフィル
タの基板に水晶等のような圧電基板を用いたものであ
る。圧電基板は、両端に電極を設けて電圧を印加する
と、圧電現象が生じ、圧電基板の板厚を変化させること
が可能であり、印加電圧を可変することにより波長シフ
トをコントロールすることが出来る。そこで、モジュー
ル内の温度変化によりエタロンフィルタに使用している
材料の線膨張係数に起因して波長シフトが発生した際
に、この変化分をキャンセルするように、圧電基板に印
加する電圧をコントロールすると、温度に対する波長シ
フトの小さなエタロンフィルタを得ることが出来、この
エタロンフィルタを用いることにより安定性に優れた波
長ロッカーモジュールを構成することが可能となる。従
って、このような波長ロッカーモジュールは、エタロン
フィルタの温度コントロールのために使用していた高価
なペルチェ素子等の熱電素子が不要となることで機械的
に簡素な構成となり、低コストな波長ロッカーモジュー
ルを提供することが出来る。

【００１６】図２を説明すると、本図は、エタロンフィ
ルタを構成する圧電基板に電圧を印加していない場合の
エタロンフィルタ特性の一例を示し、所定の波長選択特
性を備えている。一方、図３は、エタロンフィルタを構
成する圧電基板に、例えば１０Ｖを印加した場合のエタ
ロンフィルタ特性の一例を示し、電圧印加により圧電基
板の板厚を変化させて、波長選択特性を可変させること
が可能である。

【００１７】図１の動作を説明する。半導体レーザ９
は、その出力光がレンズ１０により集光された後、光フ
ァイバー１１を介して外部に出力される。一方、半導体
レーザ９が出力するモニター光は、ハーフミラー１２に
より分光されて二つのモニター光を得る。ハーフミラー
１２により分光された第一のモニター光は、半導体レー
ザ９の波長シフトを検出するためエタロンフィルタ１９
に入力する。一方、第二のモニター光は、フォトダイオ
ード１５に入力し、半導体レーザ９の出力強度を検出す
る。検出結果は、半導体レーザ９の駆動部（図示してい
ない）にフィードバックされ、パワーコントロールに用
いられる。尚、半導体レーザ９には、温度変動を低減す
るため温度変動モニター部１６から供給される制御信号
に基づいて制御される熱電素子１７を備えている。

【００１８】次に、エタロンフィルタ１９を構成する圧
電基板には、電極２０、２１が設けられており、電圧印
加部２２により所定の電圧が印加されている。この印加
電圧は、温度変動モニター部１６からの制御信号により
周囲温度の変化に対応して可変し、電圧印加部２２は、
圧電基板の熱膨張係数による板厚の変化を、前記印加電
圧を可変させることによりキャンセルさせるよう機能す
る。従って、エタロンフィルタの波長選択特性（波長シ
フト）は、高価なペルチェ素子等のような熱電素子を用
いずとも温度変化に対して安定となる。

【００１９】そこで、エタロンフィルタにより波長選択
された第一のモニター光は、フォトダイオード１４によ
り検出される。フォトダイオード１４により検出される
光信号は、波長変動の他、光信号の強度が変動しても変
化する。そこで、第二のモニター光を直接検出したフォ
トダイオード１５による出力と、前記フォトダイオード
１４の出力とを比較することにより、フォトダイオード
１４の検出出力の変化が、波長変動によるものか、或い
は強度変動によるものかを識別する。これらの情報は、
半導体レーザ９の駆動部に入力され、所定のコントロー
ルを行って光信号を安定化する。

【００２０】

【発明の効果】上述したように請求項１乃至３記載の発
明は、エタロンフィルタの基板に圧電素子を用い、基板
に電極を施して所定の電圧を印加するよう構成すること
で、温度の変化に対する波長シフトの小さいエタロンフ
ィルタが提供出来、このフィルタを用いることで高価な
ペルチェ素子をエタロンフィルタに取り付けることが不
要となり、低コストで高安定な波長ロッカーモジュール
を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る波長ロッカーモジュールの構成を
示す実施例である。

【図２】本発明に係わるエタロンフィルタの波長選択特
性の一例を示す図である。（印加電圧０Ｖ）

【図３】本発明に係わるエタロンフィルタの波長選択特
性の一例を示す図である。（印加電圧１０Ｖ）

【図４】ＤＷＤＭ方式による通信の構成例である。

【図５】従来の波長ロッカーモジュールの構成例であ
る。

【図６】エタロンフィルタの波長選択特性の一例であ
る。

【符号の説明】

１・・送信装置、 ２ａ、２ｂ、２ｃ
・・送信器、３・・合波器、 ４・
・光ファイバーケーブル、５・・増幅器、
６・・受信装置、７・・分波器、
８ａ、８ｂ、８ｎ・・受信器、９・・半導体レ
ーザ、 １０・・レンズ、１１・・光ファイ
バー、 １２・・ハーフミラー、１３・・エ
タロンフィルタ、 １４・・フォトダイオード、
１５・・フォトダイオード、 １６・・温度変動
モニター部、１７・・ペルチェ素子、 １８
・・ペルチェ素子、１９・・エタロンフィルタ、
２０・・電極、２１・・電極、
２２・・電圧印加部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体レーザと、 該半導体レーザの出力光を集光して出力する集光レンズ
   と、 半導体レーザが出力するモニター光を二つに分光するハ
   ーフミラーと、 分光された第一のモニター光を所定の波長選択特性でフ
   ィルタリングするエタロンフィルタと、 フィルタリングした第一のモニター光の強度を検出する
   第一のフォトダイオードと、 分光された第二のモニター光の強度を検出する第二のフ
   ォトダイオードと、 モジュール内の温度変動をモニターし制御信号を出力す
   る温度変動モニター部と、 該温度変動モニター部からの制御信号に基づき半導体レ
   ーザを所定の温度に保つように機能する熱電素子とを備
   えた波長ロッカーモジュールにあって、 前記エタロンフィルタは所定の位置に電極対を配設した
   圧電基板を用いて構成したものであり、前記電極対には
   電圧印加部が接続され、該電圧印加部が前記温度変動モ
   ニター部からの制御信号に基づき前記電極対に所定の電
   圧を供給して前記エタロンフィルタの波長シフトを抑圧
   したことを特徴とする波長ロッカーモジュール。
2. 【請求項２】前記圧電基板が水晶基板であることを特徴
   とする請求項１記載の波長ロッカーモジュール。
3. 【請求項３】前記圧電基板がリチウムナイオベート基板
   であることを特徴とする請求項１記載の波長ロッカーモ
   ジュール。