JP2005085904A

JP2005085904A - 波長ロッカ内蔵光モジュール

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Publication number: JP2005085904A
Application number: JP2003314699A
Authority: JP
Inventors: Manabu Komiyama; 学小宮山
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2003-09-05
Filing date: 2003-09-05
Publication date: 2005-03-31
Also published as: US7102120B2; US20050051712A1

Abstract

【課題】波長ロッカ内蔵ＬＤモジュールでは、LD出力波長の微小変化を検出するためにエタロンフィルタが通常用いられるが、エタロンフィルタの特性は周期的であるので、広い波長範囲においてLD出力波長の微小変化を検出するためには、複数のエタロンフィルタが必要となり、調整工数が増大する。
【解決手段】 LD素子（１０）の出力光を、偏波切替素子（５）により２つの異なる偏波状態に切替え、フィルタ（３１Ａ）の透過特性を偏波状態により異なる特性とすることにより、広い波長範囲でLD素子（１０）の出力波長の変動が検出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、波長ロッカを備えた光モジュールに関する。

光伝送システムにおいては、複数の異なる波長の光を多重化することにより伝送容量を増加させる波長分割多重（WDM；Wavelength Division Multiplexing）通信が用いられている。WDM通信では、多重化信号光の信号光波長間隔を狭くすることにより、使用する信号光波長帯域あたりの伝送容量を増加させることができる。現在、WDM通信においては、200GHz、100GHz、50GHzの信号光波長間隔が実用化されており、伝送容量を増加させるために、25GHz、12.5GHzの信号光波長間隔が求められている。

WDM通信では、所定の信号光波長間隔で複数の信号光を伝送しているため、隣接波長の信号光と十分なアイソレーションを持つ必要があり、信号光波長間隔が狭くなるに伴い、信号光光源の出力波長を高精度に制御する必要がある。WDM通信システムでは、光源のレーザダイオード（LD；Laser Diode）の経時的変動あるいは周囲温度の変動による波長変動を抑制し、出力光を特定波長に高精度にロックさせる波長ロッカが用いられている（例えば特許文献１）。

WDM通信システムの多波長化に伴い、在庫管理及びシステム運用の利便性の観点から、光源素子であるLDモジュールには、一台で複数のWDM信号光波長を出力可能なチューナブルLDが用いられてきている。チューナブルLDを用いたLDモジュールの波長ロッカでは、複数のWDM信号光波長に対して十分な波長検出出力を得られる、波長に対して周期性を持つエタロンフィルタが一般に用いられる。

図８は、従来の技術による、波長ロック機能を有するLDモジュールである。図８（ａ）に上面図、図８（ｂ）に側面図が示されるLDモジュール３Ｃは、LD素子１０、LDキャリア１１、前方第１レンズ１２Ａ、後方レンズ１２Ｂ、ビームスプリッタ（BS；Beam Splitter）３０Ａ、フォトダイオード（PD；PhotoDiode）２０Ａおよび２０Ｂ、PDキャリア２１Ａおよび２１Ｂ、エタロンフィルタ３１Ｃ、マウントキャリア４０、電気−熱変換素子（TEC；Thermoelectric Cooler）４１、光アイソレータ５０、及び前方第２レンズ１９を備え、光ファイバ６０に接続されている。

図９は、LD出力光をエタロンフィルタに入力し、透過光をPDでモニタしたときの電流値を、LD出力光波長の変化に対してプロットしたものであり、エタロンフィルタの透過特性が示されている。エタロンフィルタは、入射した光が、媒体中に設けられた間隔Ｌの平行平板又は平行膜により、多重干渉することを用いたフィルタである。

図９に示されるように、エタロンフィルタのフィルタ特性は周期的であり、その変化周期（FSR；Free Spectral Range）は、媒体の屈折率ｎ、平行平板又は平行膜の間隔Ｌ、定数ｃを用いて、
FSR ＝ｃ／２＊ｎ＊Ｌ・・・（１）
と表される。すなわち、エタロンフィルタの透過特性の周期性により、入力光強度が同じであれば、FSRの整数倍波長が離れた光によるモニタ電流値は等しくなり、例えば図９では、それぞれFSRだけ波長が離れたλ１、λ２、λ３、λ４は、入力波長が異なることをモニタ電流により区別することはできない。

エタロンフィルタのフィルタ特性およびピーク波長は、入射光の入射角度によりシフトする。図１０に、入射角度の変化によるエタロンフィルタのピーク波長シフト量を示す。エタロンフィルタへの入力光信号の入射角度を増加させると、ピーク波長は短波長側にシフトし、図９に示されるフィルタ特性全体も短波長側にシフトする。

図８において、LDキャリア１１に設置されたLD素子１０は、前方（図面右側）および後方（図面左側）に光を出力する。LD素子１０の前方出力光は、前方第１レンズ１２Ａにより平行光となり、光アイソレータ５０を透過し、前方第２レンズ１９により集光され、光ファイバ６０に出力される。光アイソレータ５０は、前方第１レンズ１２Ａより出力された光を透過し、第２レンズ１９による反射光を遮断することにより、反射光によるLD素子１０の出力強度変動や出力波長変動を防止する。

一方、後方出力光は、後方レンズ１２Ｂによりコリメートされ、BS３０Ａに入力する。BS３０Ａで分岐された後方出力光は、PDキャリア２１ＡにマウントされたPD２０Ａに入力し、出力光強度がモニタされる。BS３０Ａを透過した後方出力光は、エタロンフィルタ３１Ａを透過し、PDキャリア２１ＢにマウントされたPD２０Ｂに入力する。

電気−熱変換素子（TEC；Thermoelectric Cooler）４１は、LD素子の温度をモニタする素子、例えばサーミスタ抵抗等によるモニタ結果に基づき、LD素子１０の温度が一定となるように調整を行う素子である。

PD２０Ｂのモニタ量は、LD素子１０の出力光強度と、エタロンフィルタ３１Ａの透過特性が反映された量であるが、PD２０Ｂのモニタ量をPD２０Ａのモニタ量で割った除算量を求めることで、LD素子１０の出力変動を相殺し、LD素子１０の出力光波長に応じたエタロンフィルタ３１Ａの出力強度が得られる。すなわち、LD素子１０の出力光強度にかかわらず、PD２０Ｂのモニタ量をPD２０Ａのモニタ量で割った除算量は、LD出力光波長変化に対して、図９に示される特性を持つから、除算量変化により、LD素子１０の出力光波長変化を検出することができる。

図９に示されるように、エタロンフィルタ透過特性のピーク近傍およびボトム近傍では、入力波長が変動しても、エタロンフィルタ出力は大きく変動しないため、前記除算量によりLD素子の微小な波長変化を検出することができない。波長ロック機能を有するLDモジュールでは、通常、LD素子の出力波長を精度良くロックするために、波長変動に対してエタロンフィルタの透過率が大きく変動する、特性の傾斜部分が用いられる。

LD素子の微小な出力波長変動をモニタするために、図１０に示したように入射角の調整によりエタロンフィルタの波長特性をシフトさせ、LD素子の目的出力波長がエタロンフィルタの特性の傾斜部分とすることが行われている。

WDM通信システムに用いられる光源LDの出力光波長は、WDM通信システムの信号光波長間隔ごとに配置されるので、LD波長ロッカに用いられるエタロンのFSRは、フィルタの左右どちらか一方の傾斜を使用する場合は信号光波長間隔に、フィルタの左右の傾斜を使用する場合は信号光波長間隔の倍の値が用いられる。

上述のように、波長ロック機能を有するLDモジュールでは、エタロンフィルタの透過特性によるモニタ電流変化によりLD素子の出力波長変化を検出し、LD素子１０の出力波長を制御し、目的波長に固定する。

図８の波長ロッカに用いられるエタロンフィルタの透過特性は周期的であるため、エタロンフィルタのFSRだけ波長が離れた光は、エタロンフィルタの透過出力により区別することができない。すなわち、特定の除算量により波長ロックを行う場合、波長ロック可能な光波長が複数存在する。

このため、LD起動時に目的波長の光出力を行うためには、波長ロッカは、初期立上げ時にロック波長近傍で一度立上げ（粗調整）後、波長ロッカ部の出力、すなわちPD２０ＡおよびPD２０Ｂのモニタ量による波長ロック（微調整）を行うことが必要である。一般に、図８に示されるようなエタロンフィルタを１つ用いた波長ロッカの粗調整範囲は、エタロンフィルタのFSR以下となる。

波長ロッカの粗調整範囲を広くするために、複数のエタロンフィルタを用いた波長ロッカが知られている（例えば特許文献２）。図１１は複数のエタロンフィルタを用いた従来例による波長ロッカを示す図であり、BS３０ＡによりLD素子１０の出力光強度をモニタ用の光を分岐後、更にBS３０Ｂにより、粗調整用のエタロンフィルタ３１Ｂの透過光モニタ用の光を分岐し、微調整用のエタロンフィルタ３１Ａの透過光をモニタする構成である。

図１１に示される波長ロッカでは、例えば粗調整用のエタロンフィルタのFSRを信号光波長間隔の数倍以上に大きくとることにより、初期立ち上げ時に粗調整過程を経ることなく、広い範囲でLD素子１０の出力光波長を微調整することができる。
特開２００１−２９１９２８号公報特開２００３−１８５５０２号公報

エタロンフィルタを１つ用いた波長ロッカでは、LDの出力波長を精度良くロックするために、波長変動に対してエタロンフィルタの透過率が大きく変動する、特性の傾斜部分が用いる必要がある。エタロンフィルタのフィルタ特性は、エタロンフィルタの傾き角調整によりシフト可能であるが、組立て時には通過出力をモニタしながら行うパッシブアライメントが必須であり、組立て工数が増加する。

また、図１１に示されるように、粗調整用と微調整用にエタロンフィルタを複数用いることで、初期立ち上げ時に粗調整過程を経ることなく、広い範囲でLDの出力光波長を微調整できるが、追加のエタロンフィルタ、BS、およびPDが必要であり、素子を設置するための面積も必要となるので、波長ロッカを備えたLDモジュール全体の容量が増加する。また、追加のBSを用いると光の分岐部分が増加するので、組立て工数が増加する。

本発明は上記課題を解決するものであって、第１の発明は、光源からの出力光を分岐する分岐素子と、
前記分岐素子により分岐された光の強度を検出する第１のモニタ手段と、制御信号により前記分岐素子の出力光の偏波状態を切り替える偏波制御手段と、前記偏波制御手段の出力光を入力し入力光の偏波状態により特性が替わるフィルタ手段と、前記フィルタ手段を透過した光の強度を検出する第２のモニタ手段とを備えたことを特徴とする。

第２の発明による光モジュールは、第１の発明による光モジュールであって、前記第１および第２のモニタ手段の検出結果により得られる前記光源の波長に対応する出力を前記偏波制御手段を切り替えて比較し、前記偏波制御手段の出力光が前記光源の波長変動を検出するのに適した偏波状態となるように前記偏波制御手段を切り替えることを特徴とする。

第３の発明による光モジュールは、第１または第２の発明による光モジュールであって、前記フィルタ手段はエタロンフィルタであり、前記フィルタ手段への入力光の入射角が前記入力光の偏波状態により異なるように、前記フィルタが設置されていることを特徴とする。

第４の発明による光モジュールは、第１または第２の発明による光モジュールであって、前記フィルタ手段は複屈折結晶により構成されたエタロンフィルタであり、前記フィルタ手段への入力光に対する屈折率が前記入力光の偏波状態により異なるように、前記エタロンフィルタを構成する前記複屈折結晶の光学軸方向が設定されていることを特徴とする。

本発明による光モジュールは、光源の出力光を偏波制御手段に入力し、偏波制御手段の出力光を偏波状態により透過特性が異なるフィルタ手段に入力する構成において、偏波制御手段の出力光の偏波状態を切り替えることにより、広い波長範囲にわたって微小な波長変化を検出することができる。

例えば、光源の出力波長をあるWDM信号光の波長から別のWDM信号光の波長へと変化させた場合や、電源投入後の初期立ち上げの場合に、光源の出力光波長が、フィルタ手段およびモニタ手段が微小な波長変化を検出できる波長領域にあたるとは限らないが、本発明による光モジュールでは、偏波制御手段の偏波状態を切り替え、第１および第２のモニタ手段により得られる光源の出力光波長に対応した出力を比較することにより、光源の出力光波長が、フィルタ手段およびモニタ手段が微小な波長変化を検出できる波長領域となるように偏波制御手段を切り替え、広い波長範囲にわたって微小な波長変化を検出することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施例について説明する。

図１は本発明の基本構成を示したものであり、LDモジュール３は、光源としてLD素子１０、LDキャリア１１、前方第１レンズ１２Ａ、後方レンズ１２Ｂ、分岐素子としてビームスプリッタ（BS；Beam Splitter）３０Ａ、偏波切替素子５、モニタ手段としてフォトダイオード（PD；PhotoDiode）２０Ａおよび２０Ｂ、PDキャリア２１Ａおよび２１Ｂ、フィルタ３１Ａ、マウントキャリア４０、電気−熱変換素子（TEC；Thermoelectric Cooler）４１、光アイソレータ５０、及び前方第２レンズ１９を備え、光ファイバ６０に接続されている。

本発明の基本構成による波長ロッカ機能を有するLDモジュールによれば、BS３０Ａを透過したLD素子１０の後方出力光を、外部からの制御信号により制御される偏波切替素子５により２つの異なる偏波状態に切り替え、フィルタ３１Ａの透過特性を偏波状態により異なる特性とすることにより、PD２０Ａおよび２０Ｂのモニタ結果によりLD素子１０の出力波長の変動が検出される。

フィルタ３１Ａの透過特性は偏波状態により切り替わるので、PD２０ＡおよびPD２０Ｂの出力に基づきLD素子１０の出力波長に対応する出力を比較し、LD素子１０の出力波長の波長変動を検出するのに適したフィルタ３１Ａの透過特性となるように、偏波切替素子５の偏波状態を切り替えることにより、広い範囲にわたって、出力波長の変動を検出することができる。

たとえば、フィルタ３１Ａとして周期フィルタを用いる場合、例えば特性が波長に対してサインカーブ状に変化するエタロンフィルタを用いる場合、LD素子１０の出力波長変動を精度良く検出するためには、周期フィルタのフィルタ特性のピーク部分やボトム部分ではなく、フィルタ特性の傾斜部分を用いる必要がある。

すなわち、周期フィルタの波長特性の傾斜部分では、入力波長の変化に対する透過率の変化が大きいのに対し、周期フィルタのピーク部分やボトム部分では、入力波長の変化に対する透過率の変化が少なく、また、異なる入力波長に対して同じ透過率となるような２つの入力波長の差が小さいので、フィルタの入力光の波長変動を精度良く検出するためには、周期フィルタの波長特性の傾斜部分を用いることが望ましい。

WDM通信システムに用いられる光源LDの出力光波長は、WDM通信システムの信号光波長間隔ごとに配置されるので、LD波長ロッカに用いられるエタロンを用いる場合、エタロンのFSRは、フィルタの左右どちらか一方の傾斜を使用する場合は信号光波長間隔に、フィルタの左右の傾斜を使用する場合は信号光波長間隔の倍の値が用いられる。これにより、あるWDM信号光の波長から別のWDM信号光の波長へと変化した場合でも、変化前の波長がフィルタの傾斜にあたる場合は、変化後の波長もフィルタの傾斜にあたることとなる。

しかしながら、LDモジュールの出力する波長が変化し、例えばあるWDM信号光の波長から別のWDM信号光の波長へと変化した場合や、LDモジュールに電源を投入した初期立ち上げの場合に、LD素子１０の出力光波長が周期フィルタの波長特性の傾斜部分にあたるとは限らない。

このため、LD素子１０の出力光波長を変化させた際に、偏波切替素子５の偏波状態を切り替え、PD２０Ａおよび２０Ｂのモニタ結果より得られるLD素子１０の出力光波長に対応した出力を比較することにより、LD素子１０の出力光の波長変動を検出するのに適した偏波状態となるように、偏波切替素子５を切り替えればよい。

たとえば、複数の信号光波長に対応する位相をシフトさせた２つの周期フィルタを切り替えて用いる場合、２つの周期フィルタのフィルタ特性が交差する特性値が、周期フィルタの傾斜部分よりピーク部分にかけて、および、傾斜部分よりボトム部分にかけて存在する。この特性値を切替値１および切替値２とすると、一方の偏波状態に対応する周期フィルタのフィルタ特性値が切替値１と切替値２の間の値から外れている場合、もう一方の偏波状態に対応する周期フィルタのフィルタ特性値は切替値１と切替値２の間の値となる。これにより、LD素子１０の出力波長はフィルタ特性の傾斜部分となり、LD素子１０の出力波長変動を精度良く検出することができる。

図２に、本発明の第１実施例による、波長ロッカ機能を有するLDモジュールを示す。図２（ａ）に上面図が、図２（ｂ）に側面図が示されるLDモジュール３Ａは、LD素子１０、LDキャリア１１、前方第１レンズ１２Ａ、後方レンズ１２Ｂ、ビームスプリッタ（BS；Beam Splitter）３０Ａ、偏波切替素子として液晶５Ａ、フォトダイオード（PD；PhotoDiode）２０Ａおよび２０Ｂ、PDキャリア２１Ａおよび２１Ｂ、エタロンフィルタ３１Ａ、マウントキャリア４０、電気−熱変換素子（TEC；Thermoelectric Cooler）４１、光アイソレータ５０、及び前方第２レンズ１９を備え、光ファイバ６０に接続されている。

図２において、基台４０Ａに水平な偏波方向のLD出力光を水平偏波光、基台４０Ａに垂直な偏波方向のLD出力光を垂直偏波光とする。第１実施例においては、LD素子１０からの後方出力光は水平偏波光となるように、LD素子１０を設置する。また、エタロンフィルタ３１Ａを、基台４０Ａに対して垂直方向にθだけ傾け、水平偏波光の入射角が０°、垂直偏波光の入射角がθとなるように設置する。

第１実施例による波長ロッカ機能を有するLDモジュールは、エタロンフィルタ３１Ａを基台に対して垂直方向にのみ傾け、エタロンフィルタ３１Ａの水平偏波光に対するフィルタ特性と、垂直偏波光に対するフィルタ特性を異なるものとし、液晶５ＡのON・OFFによりエタロンフィルタに入力する光の偏波面を変化させることを特徴とする。

図３（１ａ）〜（２ｂ）に、液晶５ＡがON状態およびOFF状態のときの、第１実施例における液晶５Ａと、エタロンフィルタ３１Ａと、LDの後方出力光の関係を、上面図および側面図で模式的に示す。液晶５Ａに入力するLD素子１０の後方出力光は水平偏波光であるので、その偏波面は図３（１ａ）（２ａ）の上面図に矢印で示される水平方向となる。

液晶５Ａは、電圧の印加により、液晶５Ａを透過した光の偏波面が変化する液晶であり、液晶５Ａに入力した水平偏波光の透過光の偏波面は、液晶５ＡがON状態であるか、OFF状態であるかにより９０度変化する。液晶素子としてＴＮ液晶を用いると、液晶５ＡがONの状態であるとき、図３（１ａ）（１ｂ）に示されるように、液晶５Ａに入力された水平偏波光の偏波面は保持され、水平偏波光として出力される。また、液晶５ＡがOFFの状態であるとき、図３（２ａ）（２ｂ）に示されるように、液晶５Ａに入力された水平偏波光の偏波面は９０°回転し、垂直偏波光として出力される。

次に、第１実施例による波長ロッカ機能を有するLDモジュールの動作について説明する。

図２において、LDキャリア１１に設置されたLD素子１０は、前方（図面右側）および後方（図面左側）に光を出力する。LD素子１０の前方出力光は、前方第１レンズ１２Ａにより平行光となり、光アイソレータ５０を透過し、前方第２レンズ１９により集光され、光ファイバ６０に出力される。光アイソレータ５０は、前方第１レンズ１２Ａより出力された光を透過し、第２レンズ１９による反射光を遮断することにより、LD素子１０に反射光が戻るのを防止する。

一方、後方出力光は、後方レンズ１２Ｂによりコリメートされ、BS３０Ａに入力する。BS３０Ａで分岐された後方出力光は、PDキャリア２１ＡにマウントされたPD２０Ａに入力し、出力光強度がモニタされる。BS３０Ａを透過した後方出力光は、液晶５Ａに入力される。

電気−熱変換素子（TEC；Thermoelectric Cooler）４１は、LD素子の温度をモニタする素子、例えばサーミスタ抵抗等によるモニタ結果に基づき、LD素子１０の温度が一定となるように温度を変化させる。

液晶５ＡがON状態であるとき、図３（１ａ）（１ｂ）に示されるように、液晶５Ａを出力し、エタロンフィルタ３１Ａに入力する光は水平偏波光であるので、エタロンフィルタ３１Ａへの入射角は０°となり、入射角０°のときのエタロンフィルタ３１Ａの特性によりフィルタされ出力される。

一方、液晶５ＡがOFF状態であるとき、図３（２ａ）（２ｂ）に示されるように、液晶５Ａを出力し、エタロンフィルタ３１Ａに入力する光は垂直偏波光であるので、エタロンフィルタ３１Ａへの入射角はθとなり、入射角θのときのエタロンフィルタ３１Ａの特性によりフィルタされ出力される。

エタロンフィルタ３１Ａを透過した光は、PDキャリア２１ＢにマウントされたPD２０Ｂに入力する。

PD２０Ｂのモニタ量は、LD素子１０の出力光強度と、エタロンフィルタ３１Ａの透過特性が反映された量であるが、PD２０Ｂのモニタ量をPD２０Ａのモニタ量で割った除算量を求めることで、LD素子１０の出力変動を相殺し、LD素子１０の出力光波長に応じたエタロンフィルタ３１Ａの出力強度が得られ、出力光波長の変動を検出することができる。

さらに、外部からの制御信号により液晶のONとOFFを電気的に切替えることにより、エタロンフィルタ３１Ａの透過特性が変化するので、２種のエタロンフィルタにより出力光波長の変動を検出することができる。

WDM通信において、信号光波長間隔が100GHzであるとき、波長ロック（微調整）のエタロンには、FSRが0.8nmのエタロンが用いられる。前述したように、波長ロッカにおいては、LDの出力波長を精度良くロックするために、エタロンフィルタの透過率が大きく変動する、特性の傾斜部分が用いられ、エタロンフィルタ特性のピーク近傍およびボトム近傍を用いることはできない。

FSRが等しく、ピーク波長がFSRの1/4シフトした２つのフィルタを用いると、LD出力波長が一方のフィルタがピーク近傍またはボトム近傍にあるとき、LD出力波長はもう一方のフィルタの傾斜部分にあたるので、液晶の切替により用いるフィルタを切り替えることにより、LDの出力波長がロック可能な波長範囲が制限されることがない。第１実施例においては、FSRの1/4ピーク波長シフト、例えば信号光波長間隔が100GHzであるときは0.2nmのピーク波長シフトを、垂直偏波光の入射角θを約1.5°とすることにより得ている。

図４は、PD２０Ｂのモニタ量をPD２０Ａのモニタ量で割った除算量を、液晶ON時と液晶OFF時の双方で波長に対しプロットしたものである。太線は液晶ON時、すなわち、図３（１ａ）（１ｂ）に示される、エタロンフィルタ３１Ａに水平偏波光が入力した場合の除算量を、細線は液晶OFF時、すなわち、図３（２ａ）（２ｂ）に示される、エタロンフィルタ３１Ａに垂直偏波光が入力した場合の除算量を示したものである。

水平偏波光の入射角を０°、垂直偏波光の入射角を約1.5°とし、ピーク波長をFSRの1/4である0.2nmシフトすることにより、液晶ON時の除算量がピーク近傍またはボトム近傍にあるとき、液晶OFF時の除算量が傾斜部分にあたるので、液晶がONまたはOFFのいずれかの状態での除算量によりLDの出力波長変化を細かく検出でき、広い波長範囲でロック可能である。

上述のように、第１実施例による波長ロッカ機能を有するLDモジュールによれば、信号光波長間隔に合わせてエタロンフィルタ３１Ａの傾斜角を設定することにより、任意の波長においてLD波長の微小変化を検出することができ、任意の波長において波長ロックを行うことができる。

次に、本発明の第２実施例について説明する。

図５に、本発明の第２実施例による、波長ロッカ機能を有するLDモジュールを示す。図５（ａ）に上面図が、図５（ｂ）に側面図が示されるLDモジュール３Ｂは、LD素子１０、LDキャリア１１、前方第１レンズ１２Ａ、後方レンズ１２Ｂ、BS３０Ａ、偏波切替素子として液晶５Ａ、PD２０Ａおよび２０Ｂ、PDキャリア２１Ａおよび２１Ｂ、エタロンフィルタ３１Ｂ、マウントキャリア４０、TEC４１、光アイソレータ５０、及び前方第２レンズ１９を備え、光ファイバ６０に接続されている。

第１実施例と同様に、図５において、基台４０Ａに水平な偏波方向のLD出力光を水平偏波光、基台４０Ａに垂直な偏波方向のLD出力光を垂直偏波光とする。第２実施例においても、LD素子１０からの後方出力光は水平偏波光となるように、LD素子１０を設置する。

エタロンフィルタ３１Ｂは、複屈折結晶により構成されたフィルタである。エタロンフィルタのフィルタ特性は、媒体の屈折率ｎと、平行板または平行膜の間隔Ｌにより変化するので、水平偏波光と垂直偏波光に対する媒体の屈折率が異なるように、光軸を設計することにより、水平偏波光に対するフィルタ特性と、垂直偏波光に対するフィルタ特性が異なるエタロンフィルタが得られる。第２実施例においては、水平偏波光に対するフィルタ媒体の複屈折率がn_o、垂直偏波光に対するフィルタ媒体の複屈折率がn_eとなるようにエタロンフィルタを設計する。

第２実施例による波長ロッカ機能を有するLDモジュールは、エタロンフィルタ３１Ｂの媒体として複屈折結晶を用い、エタロンフィルタ３１Ｂの水平偏波光に対する屈折率と、垂直偏波光に対する屈折率が異なる屈折率となるように媒体の光軸を選択することにより、液晶５ＡのON・OFFによりエタロンフィルタに入力する光の偏波面を変化させることを特徴とする。

図６（１ａ）〜（２ｂ）に、液晶５ＡがON状態およびOFF状態のときの、第２実施例における液晶５Ａと、エタロンフィルタ３１Ｂと、LDの後方出力光の関係を、上面図および側面図で模式的に示す。液晶５Ａに入力するLD素子１０の後方出力光は水平偏波光であるので、その偏波面は図６（１ａ）（２ａ）の上面図に矢印で示される水平方向となる。

第１実施例と同様に、液晶５Ａは、電圧の印加により、液晶５Ａを透過した光の偏波面が変化する液晶であり、液晶５Ａに入力した水平偏波光の透過光の偏波面は、液晶５ＡがON状態であるか、OFF状態であるかにより９０度変化する。液晶素子としてＴＮ液晶を用いると、液晶５ＡがONの状態であるとき、図６（１ａ）（１ｂ）に示されるように、液晶５Ａに入力された水平偏波光の偏波面は保持され、水平偏波光として出力される。また、液晶５ＡがOFFの状態であるとき、図６（２ａ）（２ｂ）に示されるように、液晶５Ａに入力された水平偏波光の偏波面は９０°回転し、垂直偏波光として出力される。

次に、第２実施例による波長ロッカ機能を有するLDモジュールの動作について説明する。

図５において、LDキャリア１１に設置されたLD素子１０は、前方（図面右側）および後方（図面左側）に光を出力する。LD素子１０の前方出力光は、前方第１レンズ１２Ａにより平行光となり、光アイソレータ５０を透過し、前方第２レンズ１９により集光され、光ファイバ６０に出力される。光アイソレータ５０は、前方第１レンズ１２Ａより出力された光を透過し、第２レンズ１９による反射光を遮断することにより、LD素子１０に反射光が戻るのを防止する。

液晶５ＡがON状態であるとき、図６（１ａ）（１ｂ）に示されるように、液晶５Ａを出力し、エタロンフィルタ３１Ｂに入力する光は水平偏波光であるので、屈折率n_oのエタロンフィルタ３１Ｂの特性によりフィルタされ出力される。

一方、液晶５ＡがOFF状態であるとき、図６（２ａ）（２ｂ）に示されるように、液晶５Ａを出力し、エタロンフィルタ３１Ｂに入力する光は垂直偏波光であるので、屈折率n_oのエタロンフィルタ３１Ｂの特性によりフィルタされ出力される。

PD２０Ｂのモニタ量は、LD素子１０の出力光強度と、エタロンフィルタ３１Ａの透過特性が反映された量であるが、PD２０Ｂのモニタ量をPD２０Ａのモニタ量で割った除算量を求めることで、LD素子１０の出力変動を相殺し、LD素子１０の出力光波長に応じたエタロンフィルタ３１Ａの出力強度が得られ、出力光波長を求めることができる。

さらに、外部からの制御信号により液晶のONとOFFを電気的に切替えることにより、エタロンフィルタ３１Ｂの透過特性が変化するので、２種のエタロンフィルタにより出力光波長を求めることができる。

FSRが等しく、ピーク波長がFSRの1/4シフトした２つのフィルタを用いると、LD出力波長が一方のフィルタがピーク近傍またはボトム近傍にあるとき、LD出力波長はもう一方のフィルタの傾斜部分にあたるので、LDの出力波長がロック可能な波長範囲が制限されることがない。第２実施例においては、FSRの1/4ピーク波長シフト、例えば信号光波長間隔が100GHzであるときは0.2nmのピーク波長シフトを、エタロンフィルタ３１Ｂの媒体を複屈折結晶とすることにより得る。

前述したように、（１）式において、エタロンフィルタのFSRは、媒体の屈折率ｎ、平行平板又は平行膜の間隔Ｌにより、
FSR ＝ｃ／２＊ｎ＊Ｌ
と表され、媒体の屈折率ｎにより変化する。媒体の複屈折率（屈折率差）が大きくなるに従い、水平偏波光と垂直偏波光のFSR差は大きくなり、ピーク波長がFSRの1/4シフトした２つのフィルタのいずれかを用いて、フィルタの傾斜部分により波長変動を検出することができる波長範囲が制限される。したがって、第２実施例に用いるエタロンフィルタ３１Ｂの複屈折媒体としては、複屈折率がピーク波長シフトを生じさせるには十分大きく、FSR差により微調整可能な波長範囲の制限が問題にならない程度に小さい複屈折結晶を選択する必要がある。

エタロンフィルタ３１Ｂの複屈折結晶として水晶を用い、PD２０Ｂのモニタ量をPD２０Ａのモニタ量で割った除算量を、液晶ON時と液晶OFF時の双方で波長に対しプロットしたものを図７に示す。太線は液晶ON時、すなわち、図６（１ａ）（１ｂ）に示される、エタロンフィルタ３１Ｂに水平偏波光が入力した場合の除算量を、細線は液晶OFF時、すなわち、図６（２ａ）（２ｂ）に示される、エタロンフィルタ３１Ｂに垂直偏波光が入力した場合の除算量を示したものである。

水晶は常光屈折率 n_o＝1.5272、異常光屈折率 n_e＝1.5357 の特性を持つ複屈折結晶であり、エタロンフィルタ３１Ｂの入力光に対する屈折率が、水平偏波光に対してn_o、垂直偏波光に対してn_eとなるように、媒体の複屈折結晶である水晶の光軸を設計することにより、図７に示されるようにピーク波長をシフトした２つのフィルタ特性が得られる。水晶の常光屈折率と異常光屈折率の差は、常光屈折率の0.6%程度であるので、水平偏波光と垂直偏波光のFSR差は、微調可能なLDの波長範囲を制限する量とはならない。

図７のグラフにおいて、液晶ON時の除算量がピーク近傍またはボトム近傍にあるとき、液晶OFF時の除算量が傾斜部分にあたるので、液晶がONまたはOFFのいずれかの状態での除算量によりLDの出力波長変化を細かく検出でき、広い波長範囲でロック可能である。

上述のように、第２実施例による波長ロッカ機能を有するLDモジュールによれば、信号光波長間隔に合わせてエタロンフィルタ３１Ｂの複屈折結晶の材質を選択し、光軸を調整することにより、任意の波長においてLD波長の微小変化を検出することができ、任意の波長において波長ロックを行うことができる。

上記第１実施例および第２実施例においては、液晶のON・OFFにより切替えられるエタロンフィルタのフィルタ特性を、ピーク波長がFSRの1/4シフトした２つのフィルタとし、一方のフィルタがピーク近傍またはボトム近傍にあるとき、LD出力波長はもう一方のフィルタの傾斜部分にあたることとした。これにより、広い波長範囲で微小な波長変化を検出することが可能であるが、本発明による波長ロッカ機能を有するLDモジュールによる、液晶のON・OFFにより切替えられるエタロンフィルタのフィルタ特性は、上記のFSRが1/4シフトした特性に限られるものではない。

たとえば、FSRのシフト量を1/4よりずらすことにより、液晶のON・OFFを切替えたときのレベル差は、入力波長により異なる値をとるから、これを利用して、入力波長を検出することができる。

また、複屈折結晶を利用したエタロンフィルタを、液晶のON・OFFによりフィルタ特性を切替える場合についても、FSRを２つのフィルタで大きく異なる値となる複屈折結晶を選択することにより、液晶のON・OFFを切替えたときのレベル差は、入力波長により異なる値をとるから、これを利用して、入力波長を検出することができる。

また、上記実施例においては、LD素子１０の後方出力光により波長変動を検出したが、前方出力光を分岐し、強度モニタとエタロンフィルタ透過光モニタを行うことにより、波長変動を検出してもよい。

本発明の基本構成を示す図第１実施例による、波長ロック機能を有するLDモジュールを示す図第１実施例における、液晶ON・OFFとエタロンフィルタ透過光の関係を示す図第１実施例における、液晶ON・OFFと波長検出部出力の関係を示す図第２実施例による、波長ロッカ機能を有するLDモジュールを示す図第２実施例における、液晶ON・OFFとエタロンフィルタ透過光の関係を示す図第２実施例における、液晶ON・OFFと波長検出部出力の関係を示す図従来技術による、波長ロック機能を有するLDモジュールを示す図エタロンフィルタの、入力光波長に対する透過特性を示す図入射角度による、フィルタ特性ピーク波長のシフト量を示す図従来技術による、複数のエタロンフィルタを用いた、波長ロック機能を有するLDモジュールを示す図

符号の説明

３レーザダイオード(LD)モジュール
１０Ａ LD素子
１１Ａ LDキャリア
１２Ａ前方第１レンズ
１２Ｂ後方レンズ
１９前方第２レンズ
２０Ａ〜２０Ｃフォトダイオード（PD）
２１Ａ〜２１Ｃ PDキャリア
３０Ａビームスプリッタ（BS）
３１Ａ〜３１Ｂエタロンフィルタ
４０Ａマウントキャリア
４１電気−熱変換素子（TEC）
５０Ａ光アイソレータ
６０光ファイバ

Claims

光源からの出力光を分岐する分岐素子と、
前記分岐素子により分岐された光の強度を検出する第１のモニタ手段と、
制御信号により前記分岐素子の出力光の偏波状態を切り替える偏波制御手段と、
前記偏波制御手段の出力光を入力し入力光の偏波状態により特性が替わるフィルタ手段と、
前記フィルタ手段を透過した光の強度を検出する第２のモニタ手段とを備え、
前記第１または第２のモニタ手段の検出結果により前記光源の波長変動を検出することを特徴とする光モジュール。
請求項１記載の光モジュールであって、前記第１および第２のモニタ手段の検出結果により得られる前記光源の波長に対応する出力を前記偏波制御手段を切り替えて比較し、前記偏波制御手段の出力光が前記光源の波長変動を検出するのに適した偏波状態となるように前記偏波制御手段を切り替えることを特徴とする光モジュール。
請求項１または請求項２記載の光モジュールであって、前記フィルタ手段はエタロンフィルタであり、前記フィルタ手段への入力光の入射角が前記入力光の偏波状態により異なるように、前記フィルタが設置されていることを特徴とする光モジュール。
請求項１または請求項２記載の光モジュールであって、前記フィルタ手段は複屈折結晶により構成されたエタロンフィルタであり、前記フィルタ手段への入力光に対する屈折率が前記入力光の偏波状態により異なるように、前記エタロンフィルタを構成する前記複屈折結晶の光学軸方向が設定されていることを特徴とする光モジュール。