JP2004335532A - 半導体レーザモジュール、光学部品ブロックおよび光共振器フィルタ。 - Google Patents
半導体レーザモジュール、光学部品ブロックおよび光共振器フィルタ。 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】空間を効率的に利用し、大型の光フィルタを収納可能な波長モニタ内蔵レーザモジュールの構成を提供する。
【解決手段】半導体レーザ素子30から発光されたレーザ光が、第1の部分反射鏡10を透過し第2の部分反射鏡11で反射され全反射鏡12によって前記半導体レーザ素子30からの発光と略平行かつ対向する方向に反射し、前記光フィルタ20に入射するように配置される構成とし、長軸の光フィルタの収納を容易にする。
【選択図】 図1
【解決手段】半導体レーザ素子30から発光されたレーザ光が、第1の部分反射鏡10を透過し第2の部分反射鏡11で反射され全反射鏡12によって前記半導体レーザ素子30からの発光と略平行かつ対向する方向に反射し、前記光フィルタ20に入射するように配置される構成とし、長軸の光フィルタの収納を容易にする。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信分野に用いられる光送信器、特に波長分割多重(WDM:Wavelength Division Multiplexing)通信分野に用いられる光送信器に関する。
【0002】
【従来の技術】
WDM通信分野においては伝送量の増大に伴い、より狭い間隔で波長を多重化する高密度化が行われており、波長が精度高く制御されたレーザ光源が求められている。そこで、レーザ素子からの発光波長をモニタし、発光波長制御にフィードバックすることによって、発光波長を安定化するということが行われている。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−56185号公報
【特許文献2】
特開平10−79551号公報
【特許文献3】
特開2002−335036号公報
【0004】
WDM通信等の光通信に用いられる半導体レーザとして、例えば図10に示すように、波長モニタ機能を備えたレーザモジュールが知られている。半導体レーザ素子130が温度調整器160上に構成され、半導体レーザ素子130の温度環境を変えることにより、発光波長を可変とし、半導体レーザ素子130の後方端面から発光されるレーザ光を光分岐器135によって2分岐し、分岐された一方の光を受光器122で受光し、分岐されたもう一方の光を光フィルタ120透過後、受光器121で受光し、これら二つの受光器121、122で受光される光強度を比較し、発光波長がモニタされる。このような光フィルタとしてはバンドパスフィルタやエタロンフィルタなど、特定の波長を選択的に透過する波長選択フィルタが使用されるが、光学材料の両端面での光干渉を利用し、波長透過特性に周期性を有する光共振器フィルタ(エタロンフィルタ)が一般に使用される。これら受光器でモニタされた波長情報に基づいて、温度調整器160が制御されることによって、レーザ光が所定の発光波長に保持される。この温度調整器160は通常、ペルチェ素子が集積されたTEC(thermo−electric cooler)が用いられている。
【0005】
さらにはWDM通信システムにおいては波長が正確に制御され、かつ、異なる波長を持つ信号光源を数多く有することが要求されている。しかし異なる種類の信号光源を用いることは通信業者、供給業者に在庫の増大とコストの増大を招くことから、幾つかの異なる発光波長を選択し制御することが可能なレーザ光源の開発が求められている。このようなものとして、例えば、半導体基板上にレーザアレイ、光合波器(MMI)、光増幅器(SOA)などが集積された半導体集積素子を用いたレーザ光源が開発されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
図10に示されるような波長モニタでは光フィルタの大型化に伴い、より広い空間を必要とする。また、エタロンフィルタの波長透過特性の周期性はその光路長に依存し、光路長が長い程、周期間隔が狭くなり精度よくレーザ波長をモニタすることが可能である。WDM通信の伝送量増大に伴い多くの波長数を使用するため波長間隔は狭くなる傾向にあり、より精度の高い制御が求められている。それに伴いより長い光路長を有する大型化したエタロンフィルタが使用される。このようにレーザ素子および波長モニタ機能が内蔵されたレーザモジュールでは部品点数の増大、光学部品の巨大化は一定サイズのパッケージにそれらの部品を収納することを困難にするという問題が生じる。またレーザアレイなど半導体集積素子ではレーザ素子後方端面光を波長モニタ光に利用することが難しく、信号光に用いられるレーザ光を分岐し波長モニタ光に利用することが望ましい。
【0007】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、空間を効率的に利用した波長モニタを構成し、かつ、精度よくレーザ波長をモニタすることを可能とするものである。さらにはそのような波長モニタの構成を用いることによりレーザモジュールパッケージに波長モニタ機能を内蔵することを容易にするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は次のような構成としたものである。
第1の発明は、半導体レーザ素子と、第1の光分岐器と、第2の光分岐器と、反射鏡と、光フィルタと、該半導体レーザ素子と第1の光分岐器と第2の光分岐器と反射鏡と光フィルタとを収納するパッケージを有し、前記半導体レーザ素子から発光されたレーザ光が、第1の光分岐器を透過し第2の光分岐器で反射され、反射鏡によって前記半導体レーザ素子からの発光と略平行かつ対向する方向に反射され、前記光フィルタに入射するように配置されていることを特徴とする半導体レーザモジュールに係る発明である。
【0009】
第2の発明は第1の発明に加え、前記光フィルタに入射され透過した光を受光する受光素子を有し、該受光素子の受光面が半導体レーザ素子の発光端面と略同一の方向に面していることを特徴とする半導体レーザモジュールに係る発明である。
【0010】
第3の発明は第1の発明において、前記第1、第2の光分岐器が平行平板からなる部分反射鏡であって、前記半導体レーザ素子から発光されるレーザ光の第1の光分岐器の反射面への入射角と第2の光分岐器の反射面への入射角の大きさが等しく、かつ、第1と第2の光分岐器の反射面が平行でないように配置され、第1の光分岐器と第2の光分岐器の厚さが略同一であることを特徴とする半導体レーザモジュールに係る発明である。
【0011】
第4の発明は、少なくともひとつの光分岐器と反射鏡を有し、該光分岐器の反射面と、該反射鏡の反射面が略垂直に配置されていることを特徴とする光学部品ブロックに係る発明である。
【0012】
第5の発明は、第4の発明に加え、第1の光分岐器と第2の光分岐器と反射鏡を有する光学部品ブロックであって、該第1、第2の光分岐器が平行平板からなる部分反射鏡であって、該光学部品ブロックに入射されるレーザ光に対して、第1の光分岐器の反射面への入射角と第2の光分岐器の反射面への入射角の大きさが等しく、かつ、第1と第2の光分岐器の反射面が平行でないように配置され、第1の光分岐器と第2の光分岐器の厚さが略同一であり、第1の光分岐器を透過した光が第2の光分岐器の反射面に入射されるように配置されていることを特徴とする光学部品ブロックに係る発明である。
【0013】
第6の発明は第4の発明に加え、第1の光分岐器と第2の光分岐器と反射鏡と光フィルタを有し、第1の光分岐器を透過した光が第2の光分岐器で反射され前記反射鏡によって反射された光が前記光フィルタに入射するように配置されていることを特徴とする請求項5に記載の光学部品ブロックに係る発明である。
【0014】
第7の発明は、第4の発明による光学部品ブロックをもちいて第1の発明を実現する構成に係る発明であって、半導体レーザ素子と、請求項6に記載の光学部品ブロックとを有し前記半導体レーザ素子から発光されたレーザ光が、前記光学部品ブロックに入射されて3分岐され、ひとつの分岐光が前記半導体素子から発光されたレーザ光軸と略平行かつ対向する方向に分岐されることを特徴とする半導体レーザモジュールに係る発明である。
【0015】
第8の発明は、光入射面と光反射面と光出射面とを有する多角柱形状の光学媒質で構成される光共振器フィルタであって、光入射面から入射した光が反射面で反射されて出射面に達することによって、光入射面と光出射面との間で光共振器が構成されることを特徴とする光共振器フィルタに係る発明である。
【0016】
第9の発明は、第8の発明に加え、前記光入射面と前記光出射面とが垂直となるよう構成されていることを特徴とする光共振器フィルタに係る発明である。
【0017】
第10の発明は第8の発明による光共振器フィルタをもちいて第1の発明を実現する構成に係る発明であって、半導体レーザ素子と、請求項8に記載の光共振器フィルタと、受光素子とを有し前記半導体レーザ素子から発光されたレーザ光が、前記光共振器フィルタに入射されレーザ光入射方向と垂直方向に透過されたレーザ光を受光するように前記受光素子が配置されていることを特徴とする半導体レーザモジュールに係る発明である。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、各図は本発明を理解できる程度に各構成要素およびその機能を概略的に示したもので、本発明を限定するものではない。
【0019】
第1の実施形態
図1は第1の実施形態を示す平面模式図である。図1は半導体レーザ素子から出力されるレーザ光を光ファイバによって搬送される信号光とモニタ光に分岐し、半導体レーザ素子から出力されるレーザ光の波長をモニタする機能を有するレーザ装置の構成を示す図である。
【0020】
本実施形態のレーザ装置は、半導体レーザ素子30、半導体レーザ素子30の端面から出力されるレーザ光を平行光にするレンズ40、平行にされた前記レーザ光を反射と透過によって2方向に分岐する光分岐器10、分岐された第1のレーザ光を受光し強度をモニタする第1の受光素子21、光分岐器10を透過した反射と透過によって2方向に分岐する光分岐器11、光分岐器11で反射した第2のレーザ光を、半導体レーザ素子30の端面から出力されたレーザ光の出射方向と略平行かつ対向方向となるように反射する反射鏡12、反射鏡12で反射されたレーザ光が入射される所定波長のレーザ光を透過させるエタロンフィルタ20、エタロンフィルタ20を透過した光を受光し強度をモニタする第2の受光素子22、分岐された第3のレーザ光を光ファイバに結合するレンズ41、結合されたレーザ光を搬送する光ファイバ50と、半導体レーザ素子30、光分岐器10、11、受光素子21、22およびエタロンフィルタ20を搭載し温度調整をおこなう温度調整器60と、それらを収納するパッケージ100とから構成されている。
【0021】
本実施形態のレーザ装置は、第1の受光素子21によって受光される光量に応じて出力されるPD電流と、第2の受光素子22とによって受光される光量に応じて出力されるPD電流の差もしくは比に基づいて半導体レーザ素子30からの発光波長がモニタされ、そのモニタ情報に基づいて、ペルチェ素子で構成される温度調整器60が制御されることによって半導体レーザ素子30の発光波長が安定に制御されている。エタロンフィルタ20は、石英からなる媒質で構成されており、光入射方向の長さが2.048mmの直方体であり、共振器長によって決まる透過波長間隔がWDM通信における50GHz間隔に相当するよう設計されている。エタロンフィルタ20を透過した光を受光する第2の受光素子22は、半導体レーザ素子30の発光方向前方にあって、発光方向とほぼ対向する向きの光を受光するように配置されているが、第2の受光素子22の受光面とエタロンフィルタ20の端面が平行とならないよう数度から20度程度傾け、反射光の干渉を防いでもよい。
【0022】
図2は本実施形態に用いられる光分岐器10でのレーザ光の分岐を示すものである。光分岐器10は平行平板状光透過材料からなる部分反射鏡であり、レーザ光入射面での反射率が2%であり、出射面での反射を防ぐように各々の面に誘電体多層膜がコーティングされている。平行平板を用いた部分反射鏡では、入射面で部分反射し反射光Aとなる。一方、透過光は媒質中を進行し、反射防止膜がコーティングされた出射面を透過する。しかしながら、出射面での反射率を完全に無くすことはできず、僅かに反射を生ずる。従って、反射光Aに対し光分岐器の厚さ及び入射角で決まる値距離dだけ離れた位置に反射光と平行で位相の遅れた同一波長の反射光A’が存在することになる。反射光AとA’は光干渉をおこし反射光強度が波長依存性を有し、波長モニタのために分岐される反射光A自体の強度が小さいため、光反射強度の波長依存性は無視できないものとなる。
このような反射強度の波長依存性は受光素子でモニタする光強度の値に影響を及ぼし波長モニタの精度を損なうが、光分岐器の厚さもしくは入射角を調整し、距離dを大きくすることによって反射光Aと反射光A’の干渉を防ぐことができる。本実施形態で用いられる受光素子21、22は受光径が0.3mmであり、またレーザ光のビーム径は一般には0.5mm程度であるので、距離dを0.5mm以上にすることが望ましい。入射角を調整することは、波長モニタの配置に影響を与えるため、光分岐器の厚さによって調整することが望ましく、そのような距離dを実現するには光分岐器の厚さを0.8mm以上とすればよい。光分岐器11においても同様である。図3は光分岐器の厚さが、0.5mm1.0mmの時の受光径0.3mmの受光素子で測定される光強度の波長依存性を示すものである。従来、反射と透過によってレーザ光を分岐する光分岐器として使用されているものは図10に示される光分岐器135のように光透過媒質からなる2個の三角柱を貼り合わせ、その界面に部分反射鏡が形成された立方体形状の光分岐器が一般に使用されている。
【0023】
本実施形態では平行平板状の部分反射鏡を光分岐器として使用しているため、従来の立方体形状の光分岐器よりも小型であり、かつ光分岐器の厚さが0.8mm以上であるため、波長によらず分岐光強度が安定しているため、精度良くレーザ光の波長をモニタすることが可能である。本実施形態では半導体レーザ素子30から光ファイバへと導出されるレーザ光軸の両側に受光素子が配置され、かつ、エタロンフィルタの光軸がレーザ光とほぼ平行となるよう配置されるため、パッケージ内の空間を有効に利用することができ、光路長の長いエタロンフィルタであっても設置が容易である。また、レーザ素子の受光量の少ない第2の受光素子の受光面が半導体レーザ素子30の発光端面から出射されるレーザ光の方向とほぼ対向方向に面しているため、半導体レーザ素子30の発光端面からの迷光の受光を減ずることができ、安定に光フィルタの透過光量をモニタすることができる。
【0024】
第2の実施形態
図4は第2の実施形態の構成を示す平面模式図であり、図5は第2の実施形態に用いられる光部品ブロックを示す平面模式図である。第1の実施形態と同様の構成については説明を省略する。第1の実施形態と異なる点は、図5に示すように光分岐器10、11と、反射鏡12、エタロンフィルタ20が予め1個の光学部品ブロック25に構成されていることである。光学部品ブロック25は基板上に平行平板形状を有する部分反射鏡10、11が略垂直に設置されている。各々の部分反射鏡の反射面へのレーザ光の入射角をそれぞれa、bとした時、|a|=|b|で、かつ各々の反射面が平行とならないように設置されている。この時、部分反射鏡10によって反射された反射光と、部分反射鏡11によって反射された反射光は、レーザ光の光軸で隔てられる各々の側に分岐される。部分反射鏡10、11の厚さは等しいので光軸に対する角度a、bの大きさが等しい場合、透過光が部分反射鏡10を透過する際に光軸からずれる距離と部分反射鏡11を透過する際にずれる距離の大きさが等しく、かつ逆方向にずれるため、部分反射鏡10、11の両方を透過したレーザ光は、部分反射鏡10に入射する前のレーザ光と同じ光軸上を進行させることができる。また部分反射鏡11と反射鏡12の反射面は互いに垂直となるように配置されており、部分反射鏡11において反射し反射鏡12に入射したレーザ光は、部分反射鏡11に入射する前のレーザ光軸と平行かつ対向する方向に反射されるようになっている。このように光分岐器10、11と、反射鏡12については予め固定されており、エタロンフィルタ20は角度調整可能なように仮固定されている。
【0025】
図6は光学部品ブロック25を光学的な位置調整をおこないレーザモジュールパッケージ内に設置する方法を示す図である。同一部品の符号については省略する。図6−aに示すようにパッケージ100には予め温度調整器60、半導体レーザ素子30、レンズ40、第1の受光素子21、第2の受光素子22が所定の位置に設置されている。光学部品ブロック25をパッケージ100内に載置し、図6−bに示すように光学部品ブロック25をY軸方向に移動させながら、第2の受光素子22での受光量をモニタし、受光量が最適となる位置を決定する。次に図6−cに示すように光学部品ブロック25をX軸方向に移動し、第1の受光素子21での受光量をモニタし、受光量が最適となる位置を決定する。第2の受光素子22に入射するレーザ光の光路は光分岐器10、11と、反射鏡12の位置で決まっており光学部品ブロック25のX軸方向の移動に対しては変化しないため、第2の受光素子22での受光量は最適な状態に保たれる。このように第1、第2の受光素子への受光量が最適となるよう光学部品ブロック25の位置を固定した後に、エタロンフィルタ20の角度調整をおこない、フィルタ特性が最適となる位置で固定する。
【0026】
このように光学部品ブロック25を用いれば、位置調整を光学部品ブロック25をXY軸方向に調整することで容易に光学的な位置調整が可能である。第2の実施形態では第1の実施形態に比べ、さらに波長モニタを小型化し、かつ組み立て工程を容易にすることができる。
【0027】
第3の実施形態
図7は第3の実施形態の構成を示す平面模式図である。第1の実施形態と同様の構成については説明を省略する。第1の実施形態と異なる点はエタロンフィルタ20が三角柱状をしており、レーザ光の進行方向を変える反射鏡の機能も兼ね備えていることである。また、半導体レーザ素子31として複数の活性層を有し、それら複数の活性層から出力されるレーザ光が光合波器(MMI)33によって合波され1つの導波路から出力される半導体レーザアレイ集積素子が用いられており、レーザ部は温度調整器60に搭載され、波長モニタ部は温度調整器61に搭載されていることである。
【0028】
図8は本実施形態に使用される反射鏡付きエタロンフィルタ23を示す平面模式図であり、図9は反射鏡付きエタロンフィルタ23に入射面に垂直にレーザ光が入射された場合の波長透過特性を示す図である。
本実施形態に使用される反射鏡付きエタロンフィルタは少なくともレーザ光入射面、反射面、レーザ光出射面の少なくとも3面から構成される多角柱状であればよく、台形柱状であっても不等辺三角柱状でもよい。
反射鏡付きエタロンフィルタ23は、石英からなる媒質に入射面及び出射面は所定の反射率となるよう誘電体多層膜がコーティングされ、反射面は全反射となるようコーティングが施されており、一辺が2.048mmの二等辺直角三角柱状をしている。入射面に入射されたレーザ光は反射面で反射し、出射面から出射するが、入射面−出射面間で光共振器が形成されるため、特定波長のレーザ光のみが透過する波長選択フィルタとして機能する。本実施形態の反射鏡付きエタロンフィルタ23は直角二等辺三角形状であるので、入射面に対してレーザ光が直角に入射された場合、レーザ光は石英媒質中を直進し、反射面で直角に反射し、出射面に達するため共振器長は反射鏡付きエタロンフィルタの一辺の長さ2.048mmと一致し、共振器長によって決まる透過波長間隔がWDM通信における50GHz間隔に相当するよう設計されている。
【0029】
本実施形態では実施形態1に比べ、エタロンフィルタが反射鏡の機能も兼ねているため、さらに部品点数を減少させることができ、かつエタロンフィルタ自体の大きさを小さくすることが可能であるため、さらに波長モニタの小型化が可能である。
【0030】
【発明の効果】
以上のように本発明にかかるレーザモジュールでは、空間を効率的に利用しうる構成としたことによって共振器長の長い光フィルタの搭載を可能にし、半導体レーザ素子から出力される発光波長を精度よくモニタ可能なレーザモジュールを構成することができる。本構成により、レーザモジュールを小型化でき、かつ波長モニタ機能によりレーザ光の波長を所定の波長に安定に維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態にかかるレーザモジュールの平面模式図である。
【図2】第1の実施形態にかかるレーザモジュールに用いられる部分反射鏡での光分岐を説明するための平面模式図である。
【図3】第1の実施形態にかかる部分反射鏡での反射光強度の波長依存性を示す図である。
【図4】第2の実施形態にかかるレーザモジュールの平面模式図である。
【図5】第2の実施形態にかかるレーザモジュールに用いられる光部品ブロックの構成を説明するための平面模式図である。
【図6】第2の実施形態にかかるレーザモジュールの組み立て工程を説明するための図である。
【図7】第3の実施形態にかかるレーザモジュールの平面模式図である。
【図8】第3の実施形態にかかるレーザモジュールに用いられる光共振器フィルタを説明するための図である。
【図9】第3の実施形態にかかるレーザモジュールに用いられる光共振器フィルタの波長透過特性を示す図である。
【図10】従来の波長モニタ機能を有するレーザモジュールを説明するための平面模式図である。
【符号の説明】
10:光分岐器
11:光分岐器
12:反射鏡
20:エタロンフィルタ
21:第1の受光素子
22:第2の受光素子
23:反射鏡付きエタロンフィルタ
25:光学部品ブロック
30:半導体レーザ素子
31:半導体レーザアレイ集積素子
33:光合波器(MMI)
40、41:レンズ
50:光ファイバ
60、61:温度調整器
100:パッケージ
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信分野に用いられる光送信器、特に波長分割多重(WDM:Wavelength Division Multiplexing)通信分野に用いられる光送信器に関する。
【0002】
【従来の技術】
WDM通信分野においては伝送量の増大に伴い、より狭い間隔で波長を多重化する高密度化が行われており、波長が精度高く制御されたレーザ光源が求められている。そこで、レーザ素子からの発光波長をモニタし、発光波長制御にフィードバックすることによって、発光波長を安定化するということが行われている。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−56185号公報
【特許文献2】
特開平10−79551号公報
【特許文献3】
特開2002−335036号公報
【0004】
WDM通信等の光通信に用いられる半導体レーザとして、例えば図10に示すように、波長モニタ機能を備えたレーザモジュールが知られている。半導体レーザ素子130が温度調整器160上に構成され、半導体レーザ素子130の温度環境を変えることにより、発光波長を可変とし、半導体レーザ素子130の後方端面から発光されるレーザ光を光分岐器135によって2分岐し、分岐された一方の光を受光器122で受光し、分岐されたもう一方の光を光フィルタ120透過後、受光器121で受光し、これら二つの受光器121、122で受光される光強度を比較し、発光波長がモニタされる。このような光フィルタとしてはバンドパスフィルタやエタロンフィルタなど、特定の波長を選択的に透過する波長選択フィルタが使用されるが、光学材料の両端面での光干渉を利用し、波長透過特性に周期性を有する光共振器フィルタ(エタロンフィルタ)が一般に使用される。これら受光器でモニタされた波長情報に基づいて、温度調整器160が制御されることによって、レーザ光が所定の発光波長に保持される。この温度調整器160は通常、ペルチェ素子が集積されたTEC(thermo−electric cooler)が用いられている。
【0005】
さらにはWDM通信システムにおいては波長が正確に制御され、かつ、異なる波長を持つ信号光源を数多く有することが要求されている。しかし異なる種類の信号光源を用いることは通信業者、供給業者に在庫の増大とコストの増大を招くことから、幾つかの異なる発光波長を選択し制御することが可能なレーザ光源の開発が求められている。このようなものとして、例えば、半導体基板上にレーザアレイ、光合波器(MMI)、光増幅器(SOA)などが集積された半導体集積素子を用いたレーザ光源が開発されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
図10に示されるような波長モニタでは光フィルタの大型化に伴い、より広い空間を必要とする。また、エタロンフィルタの波長透過特性の周期性はその光路長に依存し、光路長が長い程、周期間隔が狭くなり精度よくレーザ波長をモニタすることが可能である。WDM通信の伝送量増大に伴い多くの波長数を使用するため波長間隔は狭くなる傾向にあり、より精度の高い制御が求められている。それに伴いより長い光路長を有する大型化したエタロンフィルタが使用される。このようにレーザ素子および波長モニタ機能が内蔵されたレーザモジュールでは部品点数の増大、光学部品の巨大化は一定サイズのパッケージにそれらの部品を収納することを困難にするという問題が生じる。またレーザアレイなど半導体集積素子ではレーザ素子後方端面光を波長モニタ光に利用することが難しく、信号光に用いられるレーザ光を分岐し波長モニタ光に利用することが望ましい。
【0007】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、空間を効率的に利用した波長モニタを構成し、かつ、精度よくレーザ波長をモニタすることを可能とするものである。さらにはそのような波長モニタの構成を用いることによりレーザモジュールパッケージに波長モニタ機能を内蔵することを容易にするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は次のような構成としたものである。
第1の発明は、半導体レーザ素子と、第1の光分岐器と、第2の光分岐器と、反射鏡と、光フィルタと、該半導体レーザ素子と第1の光分岐器と第2の光分岐器と反射鏡と光フィルタとを収納するパッケージを有し、前記半導体レーザ素子から発光されたレーザ光が、第1の光分岐器を透過し第2の光分岐器で反射され、反射鏡によって前記半導体レーザ素子からの発光と略平行かつ対向する方向に反射され、前記光フィルタに入射するように配置されていることを特徴とする半導体レーザモジュールに係る発明である。
【0009】
第2の発明は第1の発明に加え、前記光フィルタに入射され透過した光を受光する受光素子を有し、該受光素子の受光面が半導体レーザ素子の発光端面と略同一の方向に面していることを特徴とする半導体レーザモジュールに係る発明である。
【0010】
第3の発明は第1の発明において、前記第1、第2の光分岐器が平行平板からなる部分反射鏡であって、前記半導体レーザ素子から発光されるレーザ光の第1の光分岐器の反射面への入射角と第2の光分岐器の反射面への入射角の大きさが等しく、かつ、第1と第2の光分岐器の反射面が平行でないように配置され、第1の光分岐器と第2の光分岐器の厚さが略同一であることを特徴とする半導体レーザモジュールに係る発明である。
【0011】
第4の発明は、少なくともひとつの光分岐器と反射鏡を有し、該光分岐器の反射面と、該反射鏡の反射面が略垂直に配置されていることを特徴とする光学部品ブロックに係る発明である。
【0012】
第5の発明は、第4の発明に加え、第1の光分岐器と第2の光分岐器と反射鏡を有する光学部品ブロックであって、該第1、第2の光分岐器が平行平板からなる部分反射鏡であって、該光学部品ブロックに入射されるレーザ光に対して、第1の光分岐器の反射面への入射角と第2の光分岐器の反射面への入射角の大きさが等しく、かつ、第1と第2の光分岐器の反射面が平行でないように配置され、第1の光分岐器と第2の光分岐器の厚さが略同一であり、第1の光分岐器を透過した光が第2の光分岐器の反射面に入射されるように配置されていることを特徴とする光学部品ブロックに係る発明である。
【0013】
第6の発明は第4の発明に加え、第1の光分岐器と第2の光分岐器と反射鏡と光フィルタを有し、第1の光分岐器を透過した光が第2の光分岐器で反射され前記反射鏡によって反射された光が前記光フィルタに入射するように配置されていることを特徴とする請求項5に記載の光学部品ブロックに係る発明である。
【0014】
第7の発明は、第4の発明による光学部品ブロックをもちいて第1の発明を実現する構成に係る発明であって、半導体レーザ素子と、請求項6に記載の光学部品ブロックとを有し前記半導体レーザ素子から発光されたレーザ光が、前記光学部品ブロックに入射されて3分岐され、ひとつの分岐光が前記半導体素子から発光されたレーザ光軸と略平行かつ対向する方向に分岐されることを特徴とする半導体レーザモジュールに係る発明である。
【0015】
第8の発明は、光入射面と光反射面と光出射面とを有する多角柱形状の光学媒質で構成される光共振器フィルタであって、光入射面から入射した光が反射面で反射されて出射面に達することによって、光入射面と光出射面との間で光共振器が構成されることを特徴とする光共振器フィルタに係る発明である。
【0016】
第9の発明は、第8の発明に加え、前記光入射面と前記光出射面とが垂直となるよう構成されていることを特徴とする光共振器フィルタに係る発明である。
【0017】
第10の発明は第8の発明による光共振器フィルタをもちいて第1の発明を実現する構成に係る発明であって、半導体レーザ素子と、請求項8に記載の光共振器フィルタと、受光素子とを有し前記半導体レーザ素子から発光されたレーザ光が、前記光共振器フィルタに入射されレーザ光入射方向と垂直方向に透過されたレーザ光を受光するように前記受光素子が配置されていることを特徴とする半導体レーザモジュールに係る発明である。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、各図は本発明を理解できる程度に各構成要素およびその機能を概略的に示したもので、本発明を限定するものではない。
【0019】
第1の実施形態
図1は第1の実施形態を示す平面模式図である。図1は半導体レーザ素子から出力されるレーザ光を光ファイバによって搬送される信号光とモニタ光に分岐し、半導体レーザ素子から出力されるレーザ光の波長をモニタする機能を有するレーザ装置の構成を示す図である。
【0020】
本実施形態のレーザ装置は、半導体レーザ素子30、半導体レーザ素子30の端面から出力されるレーザ光を平行光にするレンズ40、平行にされた前記レーザ光を反射と透過によって2方向に分岐する光分岐器10、分岐された第1のレーザ光を受光し強度をモニタする第1の受光素子21、光分岐器10を透過した反射と透過によって2方向に分岐する光分岐器11、光分岐器11で反射した第2のレーザ光を、半導体レーザ素子30の端面から出力されたレーザ光の出射方向と略平行かつ対向方向となるように反射する反射鏡12、反射鏡12で反射されたレーザ光が入射される所定波長のレーザ光を透過させるエタロンフィルタ20、エタロンフィルタ20を透過した光を受光し強度をモニタする第2の受光素子22、分岐された第3のレーザ光を光ファイバに結合するレンズ41、結合されたレーザ光を搬送する光ファイバ50と、半導体レーザ素子30、光分岐器10、11、受光素子21、22およびエタロンフィルタ20を搭載し温度調整をおこなう温度調整器60と、それらを収納するパッケージ100とから構成されている。
【0021】
本実施形態のレーザ装置は、第1の受光素子21によって受光される光量に応じて出力されるPD電流と、第2の受光素子22とによって受光される光量に応じて出力されるPD電流の差もしくは比に基づいて半導体レーザ素子30からの発光波長がモニタされ、そのモニタ情報に基づいて、ペルチェ素子で構成される温度調整器60が制御されることによって半導体レーザ素子30の発光波長が安定に制御されている。エタロンフィルタ20は、石英からなる媒質で構成されており、光入射方向の長さが2.048mmの直方体であり、共振器長によって決まる透過波長間隔がWDM通信における50GHz間隔に相当するよう設計されている。エタロンフィルタ20を透過した光を受光する第2の受光素子22は、半導体レーザ素子30の発光方向前方にあって、発光方向とほぼ対向する向きの光を受光するように配置されているが、第2の受光素子22の受光面とエタロンフィルタ20の端面が平行とならないよう数度から20度程度傾け、反射光の干渉を防いでもよい。
【0022】
図2は本実施形態に用いられる光分岐器10でのレーザ光の分岐を示すものである。光分岐器10は平行平板状光透過材料からなる部分反射鏡であり、レーザ光入射面での反射率が2%であり、出射面での反射を防ぐように各々の面に誘電体多層膜がコーティングされている。平行平板を用いた部分反射鏡では、入射面で部分反射し反射光Aとなる。一方、透過光は媒質中を進行し、反射防止膜がコーティングされた出射面を透過する。しかしながら、出射面での反射率を完全に無くすことはできず、僅かに反射を生ずる。従って、反射光Aに対し光分岐器の厚さ及び入射角で決まる値距離dだけ離れた位置に反射光と平行で位相の遅れた同一波長の反射光A’が存在することになる。反射光AとA’は光干渉をおこし反射光強度が波長依存性を有し、波長モニタのために分岐される反射光A自体の強度が小さいため、光反射強度の波長依存性は無視できないものとなる。
このような反射強度の波長依存性は受光素子でモニタする光強度の値に影響を及ぼし波長モニタの精度を損なうが、光分岐器の厚さもしくは入射角を調整し、距離dを大きくすることによって反射光Aと反射光A’の干渉を防ぐことができる。本実施形態で用いられる受光素子21、22は受光径が0.3mmであり、またレーザ光のビーム径は一般には0.5mm程度であるので、距離dを0.5mm以上にすることが望ましい。入射角を調整することは、波長モニタの配置に影響を与えるため、光分岐器の厚さによって調整することが望ましく、そのような距離dを実現するには光分岐器の厚さを0.8mm以上とすればよい。光分岐器11においても同様である。図3は光分岐器の厚さが、0.5mm1.0mmの時の受光径0.3mmの受光素子で測定される光強度の波長依存性を示すものである。従来、反射と透過によってレーザ光を分岐する光分岐器として使用されているものは図10に示される光分岐器135のように光透過媒質からなる2個の三角柱を貼り合わせ、その界面に部分反射鏡が形成された立方体形状の光分岐器が一般に使用されている。
【0023】
本実施形態では平行平板状の部分反射鏡を光分岐器として使用しているため、従来の立方体形状の光分岐器よりも小型であり、かつ光分岐器の厚さが0.8mm以上であるため、波長によらず分岐光強度が安定しているため、精度良くレーザ光の波長をモニタすることが可能である。本実施形態では半導体レーザ素子30から光ファイバへと導出されるレーザ光軸の両側に受光素子が配置され、かつ、エタロンフィルタの光軸がレーザ光とほぼ平行となるよう配置されるため、パッケージ内の空間を有効に利用することができ、光路長の長いエタロンフィルタであっても設置が容易である。また、レーザ素子の受光量の少ない第2の受光素子の受光面が半導体レーザ素子30の発光端面から出射されるレーザ光の方向とほぼ対向方向に面しているため、半導体レーザ素子30の発光端面からの迷光の受光を減ずることができ、安定に光フィルタの透過光量をモニタすることができる。
【0024】
第2の実施形態
図4は第2の実施形態の構成を示す平面模式図であり、図5は第2の実施形態に用いられる光部品ブロックを示す平面模式図である。第1の実施形態と同様の構成については説明を省略する。第1の実施形態と異なる点は、図5に示すように光分岐器10、11と、反射鏡12、エタロンフィルタ20が予め1個の光学部品ブロック25に構成されていることである。光学部品ブロック25は基板上に平行平板形状を有する部分反射鏡10、11が略垂直に設置されている。各々の部分反射鏡の反射面へのレーザ光の入射角をそれぞれa、bとした時、|a|=|b|で、かつ各々の反射面が平行とならないように設置されている。この時、部分反射鏡10によって反射された反射光と、部分反射鏡11によって反射された反射光は、レーザ光の光軸で隔てられる各々の側に分岐される。部分反射鏡10、11の厚さは等しいので光軸に対する角度a、bの大きさが等しい場合、透過光が部分反射鏡10を透過する際に光軸からずれる距離と部分反射鏡11を透過する際にずれる距離の大きさが等しく、かつ逆方向にずれるため、部分反射鏡10、11の両方を透過したレーザ光は、部分反射鏡10に入射する前のレーザ光と同じ光軸上を進行させることができる。また部分反射鏡11と反射鏡12の反射面は互いに垂直となるように配置されており、部分反射鏡11において反射し反射鏡12に入射したレーザ光は、部分反射鏡11に入射する前のレーザ光軸と平行かつ対向する方向に反射されるようになっている。このように光分岐器10、11と、反射鏡12については予め固定されており、エタロンフィルタ20は角度調整可能なように仮固定されている。
【0025】
図6は光学部品ブロック25を光学的な位置調整をおこないレーザモジュールパッケージ内に設置する方法を示す図である。同一部品の符号については省略する。図6−aに示すようにパッケージ100には予め温度調整器60、半導体レーザ素子30、レンズ40、第1の受光素子21、第2の受光素子22が所定の位置に設置されている。光学部品ブロック25をパッケージ100内に載置し、図6−bに示すように光学部品ブロック25をY軸方向に移動させながら、第2の受光素子22での受光量をモニタし、受光量が最適となる位置を決定する。次に図6−cに示すように光学部品ブロック25をX軸方向に移動し、第1の受光素子21での受光量をモニタし、受光量が最適となる位置を決定する。第2の受光素子22に入射するレーザ光の光路は光分岐器10、11と、反射鏡12の位置で決まっており光学部品ブロック25のX軸方向の移動に対しては変化しないため、第2の受光素子22での受光量は最適な状態に保たれる。このように第1、第2の受光素子への受光量が最適となるよう光学部品ブロック25の位置を固定した後に、エタロンフィルタ20の角度調整をおこない、フィルタ特性が最適となる位置で固定する。
【0026】
このように光学部品ブロック25を用いれば、位置調整を光学部品ブロック25をXY軸方向に調整することで容易に光学的な位置調整が可能である。第2の実施形態では第1の実施形態に比べ、さらに波長モニタを小型化し、かつ組み立て工程を容易にすることができる。
【0027】
第3の実施形態
図7は第3の実施形態の構成を示す平面模式図である。第1の実施形態と同様の構成については説明を省略する。第1の実施形態と異なる点はエタロンフィルタ20が三角柱状をしており、レーザ光の進行方向を変える反射鏡の機能も兼ね備えていることである。また、半導体レーザ素子31として複数の活性層を有し、それら複数の活性層から出力されるレーザ光が光合波器(MMI)33によって合波され1つの導波路から出力される半導体レーザアレイ集積素子が用いられており、レーザ部は温度調整器60に搭載され、波長モニタ部は温度調整器61に搭載されていることである。
【0028】
図8は本実施形態に使用される反射鏡付きエタロンフィルタ23を示す平面模式図であり、図9は反射鏡付きエタロンフィルタ23に入射面に垂直にレーザ光が入射された場合の波長透過特性を示す図である。
本実施形態に使用される反射鏡付きエタロンフィルタは少なくともレーザ光入射面、反射面、レーザ光出射面の少なくとも3面から構成される多角柱状であればよく、台形柱状であっても不等辺三角柱状でもよい。
反射鏡付きエタロンフィルタ23は、石英からなる媒質に入射面及び出射面は所定の反射率となるよう誘電体多層膜がコーティングされ、反射面は全反射となるようコーティングが施されており、一辺が2.048mmの二等辺直角三角柱状をしている。入射面に入射されたレーザ光は反射面で反射し、出射面から出射するが、入射面−出射面間で光共振器が形成されるため、特定波長のレーザ光のみが透過する波長選択フィルタとして機能する。本実施形態の反射鏡付きエタロンフィルタ23は直角二等辺三角形状であるので、入射面に対してレーザ光が直角に入射された場合、レーザ光は石英媒質中を直進し、反射面で直角に反射し、出射面に達するため共振器長は反射鏡付きエタロンフィルタの一辺の長さ2.048mmと一致し、共振器長によって決まる透過波長間隔がWDM通信における50GHz間隔に相当するよう設計されている。
【0029】
本実施形態では実施形態1に比べ、エタロンフィルタが反射鏡の機能も兼ねているため、さらに部品点数を減少させることができ、かつエタロンフィルタ自体の大きさを小さくすることが可能であるため、さらに波長モニタの小型化が可能である。
【0030】
【発明の効果】
以上のように本発明にかかるレーザモジュールでは、空間を効率的に利用しうる構成としたことによって共振器長の長い光フィルタの搭載を可能にし、半導体レーザ素子から出力される発光波長を精度よくモニタ可能なレーザモジュールを構成することができる。本構成により、レーザモジュールを小型化でき、かつ波長モニタ機能によりレーザ光の波長を所定の波長に安定に維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態にかかるレーザモジュールの平面模式図である。
【図2】第1の実施形態にかかるレーザモジュールに用いられる部分反射鏡での光分岐を説明するための平面模式図である。
【図3】第1の実施形態にかかる部分反射鏡での反射光強度の波長依存性を示す図である。
【図4】第2の実施形態にかかるレーザモジュールの平面模式図である。
【図5】第2の実施形態にかかるレーザモジュールに用いられる光部品ブロックの構成を説明するための平面模式図である。
【図6】第2の実施形態にかかるレーザモジュールの組み立て工程を説明するための図である。
【図7】第3の実施形態にかかるレーザモジュールの平面模式図である。
【図8】第3の実施形態にかかるレーザモジュールに用いられる光共振器フィルタを説明するための図である。
【図9】第3の実施形態にかかるレーザモジュールに用いられる光共振器フィルタの波長透過特性を示す図である。
【図10】従来の波長モニタ機能を有するレーザモジュールを説明するための平面模式図である。
【符号の説明】
10:光分岐器
11:光分岐器
12:反射鏡
20:エタロンフィルタ
21:第1の受光素子
22:第2の受光素子
23:反射鏡付きエタロンフィルタ
25:光学部品ブロック
30:半導体レーザ素子
31:半導体レーザアレイ集積素子
33:光合波器(MMI)
40、41:レンズ
50:光ファイバ
60、61:温度調整器
100:パッケージ
Claims (10)
- 半導体レーザ素子と、第1の光分岐器と、第2の光分岐器と、反射鏡と、光フィルタと、
該半導体レーザ素子と第1の光分岐器と第2の光分岐器と反射鏡と光フィルタとを収納するパッケージを有し、
前記半導体レーザ素子から発光されたレーザ光が、第1の光分岐器を透過し第2の光分岐器で反射され、反射鏡によって前記半導体レーザ素子からの発光と略平行かつ対向する方向に反射され、前記光フィルタに入射するように配置されていることを特徴とする半導体レーザモジュール。 - 前記光フィルタに入射され透過した光を受光する受光素子を有し、該受光素子の受光面が半導体レーザ素子の発光端面と略同一の方向に面していることを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記第1、第2の光分岐器が平行平板からなる部分反射鏡であって、
前記半導体レーザ素子から発光されるレーザ光の第1の光分岐器の反射面への入射角と第2の光分岐器の反射面への入射角の大きさが等しく、かつ、第1と第2の光分岐器の反射面が平行でないように配置され、第1の光分岐器と第2の光分岐器の厚さが略同一であることを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザモジュール。 - 少なくともひとつの光分岐器と反射鏡を有し、該光分岐器の反射面と、該反射鏡の反射面が略垂直に配置されていることを特徴とする光学部品ブロック。
- 第1の光分岐器と第2の光分岐器と反射鏡を有する請求項4に記載の光学部品ブロックであって、
該第1、第2の光分岐器が平行平板からなる部分反射鏡であって、
該光学部品ブロックに入射されるレーザ光に対して、第1の光分岐器の反射面への入射角と第2の光分岐器の反射面への入射角の大きさが等しく、かつ、第1と第2の光分岐器の反射面が平行でないように配置され、第1の光分岐器と第2の光分岐器の厚さが略同一であり、
第1の光分岐器を透過した光が第2の光分岐器の反射面に入射されるように配置されていることを特徴とする光学部品ブロック。 - 第1の光分岐器と第2の光分岐器と反射鏡と光フィルタを有し、第1の光分岐器を透過した光が第2の光分岐器で反射され前記反射鏡によって反射された光が前記光フィルタに入射するように配置されていることを特徴とする請求項5に記載の光学部品ブロック。
- 半導体レーザ素子と、請求項6に記載の光学部品ブロックとを有し
前記半導体レーザ素子から発光されたレーザ光が、前記光学部品ブロックに入射されて3分岐され、ひとつの分岐光が前記半導体素子から発光されたレーザ光軸と略平行かつ対向する方向に分岐されることを特徴とする半導体レーザモジュール。 - 光入射面と光反射面と光出射面とを有する多角柱形状の光学媒質で構成される光共振器フィルタであって、光入射面から入射した光が反射面で反射されて出射面に達することによって、光入射面と光出射面との間で光共振器が構成されることを特徴とする光共振器フィルタ。
- 前記光入射面と前記光出射面とが垂直となるよう構成されていることを特徴とする請求項8に記載の光共振器フィルタ。
- 半導体レーザ素子と、請求項8に記載の光共振器フィルタと、受光素子とを有し前記半導体レーザ素子から発光されたレーザ光が、前記光共振器フィルタに入射されレーザ光入射方向と垂直方向に透過されたレーザ光を受光するように前記受光素子が配置されていることを特徴とする半導体レーザモジュール。
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