JP2004103845A - 光共振器および波長管理モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】半導体レーザ装置に内蔵させることができ、しかもＷＤＭ方式における波長間隔の高密度化にも対応できる波長管理モジュールを提供する。
【解決手段】第１の反射面２１と、第２の反射面２２と、第３の反射面２３を備えてなり、第１の反射面２１で反射された光が、第３の反射面２３で第２の反射面２２に向かう方向へ反射され、かつ第２の反射面２２で反射された光が、第３の反射面で第１の反射面２１に向かう方向へ反射させるように構成された光共振器２０と、第１の光路５１を通る被測定光を第１の反射面２１に入射させる入射手段（第１のビームスプリッタ３２）と、第２の反射面２２から出射された透過光の強度変化を検知する第１の検知手段（第１の光ダイオード３５）を備えてなる波長管理モジュール３０。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ装置に内蔵させて用いるのに好適な波長管理モジュールおよび光共振器に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
波長分割多重方式（以下、ＷＤＭ方式という）においては、複数の波長の信号光を使用するが、用いる信号光の波長間隔が高密度になると隣接波長の間隔が小さくなる。ＷＤＭ方式における光源としては、一般的に半導体レーザ（以下、ＬＤということもある。）が用いられるが、ＬＤ光源は経時変化や環境により出射光の中心波長の変動が発生し、これによって隣接波長とのクロストークが発生して混信が生じることがある。そこで、ＬＤ光源の発振波長を一定に保つために、例えば図２に示すような波長管理モジュールを使用した波長管理システムが用いられる。
【０００３】
この図において、符号１はＬＤ光源を備えた半導体レーザ装置（以下、ＬＤ装置ということもある。）、１１は波長管理モジュールを示す。ＬＤ装置１はチップの温度またはＬＤ光源に導入する電流値を制御することによってＬＤ光源の発信波長が制御できるように構成されており、前者の場合はチップの温度を制御する手段（図示略）が設けられている。
ＬＤ装置１からの出射光は光カプラ２によって２つに分岐される。この光カプラ２により、例えば出射光の９５％は信号光としてＬＮ変調器３を介して伝送用の光ファイバに入射され、残りの５％はモニター用信号光として波長管理モジュール１１へ入射される。
波長管理モジュール１１では、まずコリメータ１２でモニター用信号光を平行光としてハーフミラー１３に入射させる。ハーフミラー１３の透過光は光共振器（一般的にエタロンと呼ばれることもある。）１４に入射され、光共振器１４の透過光強度が第１の光ダイオード１５で測定される。従来の光共振器１４は、互いに平行な反射面が対向配置された構造を有し、例えば四角柱状のソリッドエタロンと呼ばれる光共振器が用いられる。
一方、ハーフミラー１３の反射光は反射ミラー１６を介して第２の光ダイオード１７に導かれ、その光強度が測定される。
【０００４】
光共振器１４における光の透過率は波長依存性を有しており、例えば図３に示すような正弦波に近い波長−透過光強度特性を有する。したがって、光共振器１４に入射されるモニター用信号光の波長が一定であれば、第１の光ダイオード１５で測定される透過光強度は一定であり、モニター用信号光の波長に変化が生じた場合には、第１の光ダイオード１５で測定される透過光強度の変化として現れる。
【０００５】
また、ＬＤ光源からの出射光は強度が経時的に変化する場合があり、この場合には信号光の波長が一定であっても、第１の光ダイオード１５で測定される透過光強度が変化してしまう。これについては、ハーフミラー１３の反射光強度を第２の光ダイオードで測定した値が、ＬＤ光源からの出射光強度の変化に応じて変化するので、演算装置５において、第１の光ダイオード１５で測定される光強度の値と、第２の光ダイオードで１７測定される光強度の値とを用いて、出射光強度の変化による透過光強度の変化量が相殺されるように演算処理することによって、出射光（信号光）の波長変化による透過光強度の変化量がわかる。
そして、演算装置５からは、この演算処理後の透過光強度の変化量に基づいた波長変動量の検知結果が出力されるので、制御装置６では、波長変動量の検知結果が略ゼロになるように、すなわち演算処理後の透過光強度の変化量が略ゼロになるように、ＬＤ装置１の温度コントローラ又はＬＤ導入電流値を制御して出射光（信号光）の波長を変化させる。
【０００６】
ところで、近年では、波長管理モジュールをＬＤ装置１に内蔵させることが提案されており（例えば特許文献１参照）、波長管理モジュールの小型化が強く要求されるようになっている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１７１０２３号公報
【０００８】
また、一方では、ＷＤＭ方式における波長間隔の高密度化が進み、それに対応するために、図３に示される光共振器の波長−透過光強度特性における波長間隔Ｗが縮小される傾向にある。該波長間隔Ｗは光共振器におけるキャビティ長（反射面間の距離）に反比例するので、光共振器のキャビティ長を大きくすることによって、ＷＤＭ方式における波長間隔の高密度化に対応することは可能である。しかしながら、そうすると光共振器のサイズが大きくなってしまうために、波長管理モジュールをＬＤ装置１に内蔵させることが難しくなり、場合によっては、ＬＤ装置１を大きくしなければ波長管理モジュールを内蔵できないという問題があった。
【０００９】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、ＬＤ装置に内蔵させることができ、しかもＷＤＭ方式における波長間隔の高密度化にも対応できる波長管理モジュールおよび光共振器、ならびに該波長管理モジュールを内蔵した半導体レーザ装置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】
前記課題を解決するために、本発明の光共振器は、第１の反射面と、第２の反射面と、第３の反射面を備えてなり、前記第１の反射面で反射された光が、前記第３の反射面で前記第２の反射面に向かう方向へ反射され、かつ前記第２の反射面で反射された光が、前記第３の反射面で前記第１の反射面に向かう方向へ反射されることを特徴とする。
前記第３の反射面が全反射面となっていることが好ましい。
前記第１の反射面を含む面と、前記第２の反射面を含む面と、前記第３の反射面を含む面とが、略二等辺三角柱の側面をなしていることが好ましい。
また、前記第１の反射面を含む面と前記第２の反射面を含む面とのなす角度が略直角であることがさらに好ましい。
本発明において、前記略二等辺三角柱であるとは、前記第１の反射面を含む面と前記第３の反射面を含む面とがなす角度、および前記第２の反射面を含む面と前記第３の反射面を含む面とがなす角度が互いに等しいか、またはわずかに異なる構成をいう。両角度の差は０．０４°以内が好ましい。
本発明において、前記第１の反射面を含む面と前記第２の反射面を含む面とのなす角度が略直角であるとは、該角度が９０°であるか、または９０°よりわずかに大きい又は小さい構成をいう。該角度は９０°±０．０４°の範囲内が好ましい。
前記第１の反射面を含む面と前記第３の反射面を含む面とがなす角度、および前記第２の反射面を含む面と前記第３の反射面を含む面とがなす角度が互いに等しい構成とすると、図３に例示される光共振器の波長−透過光強度特性における透過光強度の最大値と最小値との比を大きくするうえで好ましい。
また、前記第１の反射面を含む面と前記第２の反射面を含む面とのなす角度が９０°であると、光共振器への入射方向と出射方向とが垂直になるので、装置の組立上好ましい。
一方、前記第１の反射面を含む面と前記第３の反射面を含む面とがなす角度に対して、前記第２の反射面を含む面と前記第３の反射面を含む面とがなす角度がわずかに異なる構成、または前記第１の反射面を含む面と前記第２の反射面を含む面とのなす角度が９０°より大きいか又は小さい構成とすると、外側から第１の反射面へ入射される光の入射位置によって反射面間で共振する際の光路長（キャビティ長）を調整できるという効果が得られる。
【００１１】
また本発明の波長管理モジュールは、本発明の光共振器と、該光共振器の前記第１の反射面に被測定光を入射させる入射手段と、前記第２の反射面から出射される透過光の強度変化を検知する第１の検知手段を備えてなることを特徴とする。
前記被測定光の強度変化を検知する第２の検知手段を備えてなることが好ましい。
また本発明は、半導体レーザ光源を備えた半導体レーザ装置であって、該装置内における、前記半導体レーザ光源から出射されたレーザ光の光路上に、本発明の波長管理モジュールが設けられていることを特徴とする半導体レーザ装置を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態について説明する。
図１は本発明の波長管理モジュールの第１の実施形態を示したもので、上方から見た平面図である。図中符号３０は波長管理モジュールを示す。また図中符号５９は波長管理モジュール３０が内蔵されているＬＤ装置を示し、５０はＬＤ光源を示す。図１中の破線は被測定光の光路を示しており、本実施形態ではＬＤ光源５０から出射されたレーザ光の光路を示している。
本実施形態の波長管理モジュール３０は、基台３１上に、光共振器２０、第１のビームスプリッタ３２（入射手段）、第２のビームスプリッタ３４、第１の光ダイオード（第１の検知手段）３５、および第２の光ダイオード（第２の検知手段）３６が設けられて概略構成されている。
【００１３】
本実施形態における光共振器２０は、底面が直角二等辺三角形からなる三角柱状の透明基材からなっている。３つの側面上にはそれぞれ反射膜が蒸着されており反射面となっている。第１の反射面２１と第２の反射面２２とがなす角度は９０°で、第１の反射面２１と第３の反射面２３とがなす角度、および第２の反射面２２と第３の反射面２３とがなす角度がそれぞれ４５°となるように設計されている。第１の反射面２１および第２の反射面２２の反射率は４０〜９０％の範囲内で設定されることが好ましい。第３の反射面２３は好ましくは全反射面とされ、反射率は１００％に近いほど好ましい。光共振器２０は、一方の底面が基台３１表面に密着して固定されている。
以下、基台３１表面の法線方向をＺ方向、Ｚ方向に垂直で、かつ光共振器２０の第１の反射面２１に平行な方向をＸ方向、Ｚ方向に垂直で、かつ光共振器２０の第２の反射面２２に平行な方向をＹ方向とする。
【００１４】
光共振器２０の第１の反射面２１に隣接して第１のビームスプリッタ３２が、該第１のビームスプリッタ３２の入射面と、光共振器２０の第１の反射面２１とが略ハ字状になるように設けられている。第１のビームスプリッタ３２は、Ｘ方向に沿って波長管理モジュール３０を通過する被測定光の第１の光路５１上に設けられている。そして、第１のビームスプリッタ３２で、該被測定光の一部がＹ方向に平行な第２の光路５２を通る分岐光に分岐され、この分岐光（被測定光の一部）が光共振器２０の第１の反射面２１に入射されるように構成されている。一方、該被測定光の他部は、第１の光路５１に沿ってＬＤ装置５９から信号光として出射される。
【００１５】
光共振器２０の第２の反射面に隣接して第１の光ダイオード３５が設けられている。そして、第１のビームスプリッタ３２から第２の光路５２を通って光共振器２０の第１の反射面２１に入射された分岐光は、第３の反射面２３を介して、第１の反射面２１と第２の反射面２２との間で共振し、第２の反射面２２から出射された透過光が第１の光ダイオード３５の受光部３５ａに入射されるように構成されている。
ここで、第２の光路５２を通る分岐光が光共振器２０の一方の反射面２１に入射される際の入射角は、該一方の反射面２１に対して略垂直とされる。好ましくは垂直であるが、第１の反射面２１および第２の反射面２２の反射率が高くない場合（例えば６０％以下）においては、光共振器２０の透過光が第１の光ダイオード３５の受光部３５ａに入射され、かつ透過特性が損なわれない範囲であれば、入射方向が第１の反射面２１の法線方向に対して傾いていてもよい。
【００１６】
また、第１の光路５１上であって前記第１のビームスプリッタ３２の前段に、第２のビームスプリッタ３４が設けられている。該第２のビームスプリッタ３４は、第１のビームスプリッタ３２の入射面と、第２のビームスプリッタ３４の入射面とが略ハ字状になるように設けられている。
そして、前記第１の光路５１を通る被測定光が第２のビームスプリッタ３４で分岐され、該分岐光（被測定光の一部）が第２の光ダイオード３６の受光部３６ａに入射されるように構成されている。
図中符号５３は、第２のビームスプリッタ３４で分岐されて第２の光ダイオード３６に入射される第３の光路を示しており、本実施形態ではＹ方向に平行である。
第１〜第３の光路５１，５２，５３は、基台３１表面に平行な同一平面上に存在している。
【００１７】
本実施形態において、第１のビームスプリッタ３２および第２のビームスプリッタ３４として、平行平板が用いられている。このため、これら第１のビームスプリッタ３２および第２のビームスプリッタ３４をそれぞれ通過する前後で第１の光路５１が一直線状にならず、Ｙ方向に若干のずれが生じる。
そして該第１のビームスプリッタ３２と第２のビームスプリッタ３４とが略ハ字状に配置され、第１の光路５１を通る被測定光が、第１のビームスプリッタ３２を通過する際に生じる光路のずれと、第２のビームスプリッタ３４を通過する際に生じる光路のずれとが、逆向きで同じずれ幅となるように構成されている。これにより、第１のビームスプリッタ４２で生じる光路のずれは、第２のビームスプリッタ３４で生じる光路のずれによって補償されるので、被測定光が波長管理モジュールを通過すると前と後とで光路ずれが生じるのが防止される。
【００１８】
本実施形態の波長管理モジュール３０は、ＬＤ装置５９に内蔵させて用いることができ、その場合には、ＬＤ光源５０から出射されるレーザ光の光路が、第１の光路５１となるように位置決めされる。
【００１９】
かかる構成の波長管理モジュール３０を用いてＬＤ光源５０の波長管理を行う方法は、基本的には従来と同様である。
すなわち、図示しない演算装置において、第１の光ダイオード３５で測定される光強度の値と、第２の光ダイオード３６で測定される光強度の値とを用いて、ＬＤ光源５０から出射されるレーザ光の強度変化による透過光強度の変化量が相殺されるように演算処理することによって、レーザ光の波長変化による透過光強度の変化を検出する。
そして、演算装置からは、この演算処理後の透過光強度の変化に基づいた波長変動量の検知結果が出力されるので、図示しない制御装置で、波長変動量の検知結果が略ゼロになるように、ＬＤ光源５０の温度コントローラ又はＬＤ導入電流値を制御して出射光の波長を変化させる。
演算装置および制御装置はＬＤ装置５９の外部に設けることができる。
【００２０】
なお、本実施形態において、第１のビームスプリッタ３２と第２のビームスプリッタ３４として、平行平板以外のビームスプリッタを用いることもできる。例えばキューブハーフミラーを用いることができる。キューブハーフミラーはこれを通過する前後で光路のずれが生じないという利点を有し、平行平板は小型化が容易であるという利点を有する。
また、第２の光ダイオード３６を設けない構成とすることも可能である。この場合はＬＤ光源５０から出射されるレーザ光（被測定光）の強度変化をモニターできないので、波長管理の精度は低下するが、波長管理モジュールをより小型化することができる。この場合、第２のビームスプリッタ３４を設けなくてもよいが、そうすると、被測定光が第１のビームスプリッタ３２を通過する際に生じる光路ずれが補償されなくなる。したがって、第２のビームスプリッタ３４を設けない場合は、第１のビームスプリッタ３２として、その通過前後で光路ずれを生じないキューブハーフミラー等を用いることが好ましい。
【００２１】
本実施形態における光共振器２０は、直角二等辺三角柱状であるので、従来の四角柱状の光共振器に比べて、反射面間で共振する際の光路長（キャビティ長）が同じであっても、底面積を小さくすることができる。したがって、従来に比べて光共振器の小型化を達成することができるので、これにより波長管理モジュールの小型化を図ることができる。
また、従来の四角柱状の光共振器にあっては、入射手段（ビームスプリッタ）と受光手段（光ダイオード）を、該光共振器をはさんで対向配置させる必要があったのに対し、本実施形態では、光共振器２０への入射方向と、透過光の出射方向とが直交するので、第１のビームスプリッタ３２（入射手段）と第１の光ダイオード３５を直角に配置させることができる。したがって、第１のビームスプリッタ３２と第１の光ダイオード３５と光共振器２０をコンパクトに配置させることが可能となり、これによっても波長管理モジュール３０の小型化を図ることができる。
【００２２】
このように、本実施形態によれば、波長管理モジュール３０を小型化することができるので、ＬＤ装置５９内に波長管理モジュール３０を内蔵させる際の省スペース化を図ることができる。これにより、ＷＤＭ方式における波長間隔の高密度化に対応して光共振器におけるキャビティ長を大きくする場合も、ＬＤ装置の大きさを変えずに、波長管理モジュールをＬＤ装置に内蔵させることが可能となる。
また、本実施形態の波長管理モジュール３０は、既存のＬＤ装置において、ＬＤ光源から出射されるレーザ光の光路上に挿入しても、該レーザ光が波長管理モジュール３０を通過する際に光路ずれを生じないので、ＬＤ光源の前方、すなわちＬＤ装置におけるレーザ光の出射部とＬＤ光源との間に内蔵させることができる。勿論、ＬＤ光源の後方に内蔵させることも可能である。
【００２３】
また本実施形態では、特に、第１の光路５１を通る被測定光が第１のビームスプリッタ３２を通過する際に生じる光路のずれと、第２のビームスプリッタ３４を通過する際に生じる光路のずれとが相殺されるように構成されているので、第１および第２のビームスプリッタ３２，３４として光路ずれを生じるものを用いても、被測定光が波長管理モジュール３０を通過する前と後とで、光路にずれが生じるのを防止することができる。したがって、第１および第２のビームスプリッタ３２，３４を構成する光学素子の選択の幅が広くなり、小型化の点で有利な平行平板を用いることができる。
【００２４】
なお、本実施形態において、光共振器２０は、第１の反射面と、第２の反射面と、前記第１の反射面で反射された光を前記第２の反射面に向かう方向へ反射し、かつ前記第２の反射面で反射された光を前記第１の反射面に向かう方向へ反射する第３の反射面を有していればよく、光共振器２０の形状を変更することができる。例えば、光共振器を三角柱以外の多角柱状とし、４以上からなる側面のうち、３つの側面をそれぞれ含む面が略直角二等辺三角柱の側面をなすように構成して、該３つの側面のうち略直角をなす２つの側面をそれぞれ前記第１の反射面および前記第２の反射面とし、残りの側面を前記第３の反射面としてもよい。具体例としては、三角柱状の光共振器２０の底面を、該光共振器２０内で共振する光路を確保できる範囲で、３つの頂角のうちの１以上を取り除いた多角形状としてもよい。例えば、光共振器２０の、内角４５°の頂角を含む三角形の部分（図中、斜線を付した部分）をカットした多角形状とすることができる。
【００２５】
また、上記実施形態の変形例として、光共振器２０の第１の反射面２１の法線方向に対して第２の反射面２２が傾斜している構成としてもよい。すなわち、上記実施形態では、第１の反射面と第２の反射面とがなす角度が９０°に設計されていたが、この角度を９０°より若干大きい略直角または９０°より若干小さい略直角としてもよい。
かかる構成とすれば、被測定光の、第１の反射面２１への入射位置が異なると、第３の反射面２３を介して第１の反射面２１と第２の反射面２２との間で共振する光の光路長（キャビティ長）が変わり、光共振器の透過特性が変わるので、個々の光共振器について、第１の反射面２１への入射位置を調整することにより透過特性を微調整することが可能となる。したがって、製造上の精度の限界等により個々の光共振器に透過特性のばらつきがあっても、波長管理モジュールを組み立てる際に、光共振器の透過特性を微調整することができるので、光共振器の歩留まりが向上し、低コスト化を図ることができる。
この場合、光共振器としての機能を保持しつつ、入射位置の制御による透過特性の微調整を効果的に行えるようにするためには、第１の反射面２１と第２の反射面とがなす角度は、９０°±０．０４°の範囲内とすることが好ましく、９０．０２°±０．０１°の範囲内がより好ましい。また第１の反射面２１および第２の反射率２２はそれぞれ４０〜６０％であることが好ましい。
【００２６】
なお、上記の実施形態において、光共振器２０の第１の反射面２１と第２の反射面２２とが垂直であっても、第１の反射面２１への入射方向を制御することによって、光共振器２０の透過特性の微調整を行うことが可能である。
具体的には、光共振器２０を、Ｘ−Ｙ平面内で回転させて第１の反射面２１への入射角度を変化させることによって、該光共振器２０内で共振する光の光路を変化させることができるので、これにより光共振器２０の透過特性を微調整することができる。
このように光共振器２０を回転させると、透過光の出射方向が変化するが、この場合、第１の光ダイオード３５の位置を調整することによって光路の変化に対応することができる。
【００２７】
また、第１の反射面を含む面と、第２の反射面を含む面と、第３の反射面を含む面とが側面をなす多角柱は、必ずしも略直角二等辺三角柱でなくてもよく、二等辺三角柱であれば、光共振器を構成することが可能であり、これを用いて波長管理モジュールおよび半導体装置を構成することが可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光共振器を小型化できるので、これによって波長管理モジュールを小型化することができる。したがって、ＬＤ装置内に波長管理モジュールを内蔵させる際の省スペース化を図ることができるので、ＷＤＭ方式における波長間隔の高密度化に対応するために光共振器のキャビティ長を大きくする場合にも、波長管理モジュール内蔵型のＬＤ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る波長管理モジュールの一実施形態を示す平面図である。
【図２】従来のＬＤ装置の波長管理システムの例を示した概略構成図である。
【図３】光共振器における透過率の波長依存性の例を示すグラフである。
【符号の説明】
２０…光共振器、
２１…第１の反射面、
２２…第２の反射面、
２３…第３の反射面、
３０…波長管理モジュール、
３２…第１のビームスプリッタ（入射手段）、
３４…第２のビームスプリッタ、
３５…第１の光ダイオード（第１の検知手段）、
３６…第２の光ダイオード（第２の検知手段）、
５１…第１の光路（被測定光）。

Claims (7)

1. 第１の反射面と、第２の反射面と、第３の反射面を備えてなり、前記第１の反射面で反射された光が、前記第３の反射面で前記第２の反射面に向かう方向へ反射され、かつ前記第２の反射面で反射された光が、前記第３の反射面で前記第１の反射面に向かう方向へ反射されることを特徴とする光共振器。
2. 前記第３の反射面が全反射面となっていることを特徴とする請求項１記載の光共振器。
3. 前記第１の反射面を含む面と、前記第２の反射面を含む面と、前記第３の反射面を含む面とが、略二等辺三角柱の側面をなしていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の光共振器。
4. 前記第１の反射面を含む面と前記第２の反射面を含む面とのなす角度が略直角であることを特徴とする請求項３に記載の光共振器。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の光共振器と、
   該光共振器の前記第１の反射面に被測定光を入射させる入射手段と、
   前記第２の反射面から出射される透過光の強度変化を検知する第１の検知手段を備えてなることを特徴とする波長管理モジュール。
6. 前記被測定光の強度変化を検知する第２の検知手段を備えてなることを特徴とする請求項５に記載の波長管理モジュール。
7. 半導体レーザ光源を備えた半導体レーザ装置であって、該装置内における、前記半導体レーザ光源から出射されたレーザ光の光路上に、請求項５または６のいずれかに記載の波長管理モジュールが設けられていることを特徴とする半導体レーザ装置。

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