JP2012033895A - Semiconductor laser module and control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を選択的に透過するエタロンフィルタを備える半導体レーザモジュール及びその制御方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor laser module including an etalon filter that selectively transmits laser light emitted from a semiconductor laser element, and a control method thereof.
1本の光ファイバに波長が異なる複数の光信号を多重化して同時に伝送する波長分割多重(Wavelength Division Multiplexing:WDM)通信分野では、情報通信量の増加に伴い、より狭い波長間隔で光信号を多重化することが求められている。より狭い波長間隔で光信号を多重化するためには、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の波長を精度高く制御する必要がある。このため、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を選択的に透過するエタロンフィルタを備える半導体レーザモジュールが提案されている(特許文献1,2参照)。
In a wavelength division multiplexing (WDM) communication field in which a plurality of optical signals having different wavelengths are multiplexed and transmitted simultaneously on one optical fiber, optical signals are transmitted at narrower wavelength intervals as the amount of information communication increases. Multiplexing is required. In order to multiplex optical signals at narrower wavelength intervals, it is necessary to control the wavelength of the laser light emitted from the semiconductor laser element with high accuracy. For this reason, there has been proposed a semiconductor laser module including an etalon filter that selectively transmits laser light emitted from a semiconductor laser element (see
この半導体レーザモジュールは、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の一部をエタロンフィルタ側に分岐し、エタロンフィルタを透過した分岐光の強度に基づいて半導体レーザ素子の温度を制御することによって、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の波長を制御する。エタロンフィルタは、レーザ光の波長に対して光の周波数的に周期的な透過特性を有するので、エタロンフィルタを透過した分岐光の強度が等しくなるように半導体レーザ素子の温度を制御することによって、周期的な周波数間隔にレーザ光を制御することができる。 In this semiconductor laser module, a part of the laser light emitted from the semiconductor laser element is branched to the etalon filter side, and the temperature of the semiconductor laser element is controlled based on the intensity of the branched light transmitted through the etalon filter. The wavelength of laser light emitted from the laser element is controlled. Since the etalon filter has periodic transmission characteristics in terms of the frequency of the light with respect to the wavelength of the laser light, by controlling the temperature of the semiconductor laser element so that the intensity of the branched light transmitted through the etalon filter becomes equal, Laser light can be controlled at periodic frequency intervals.
しかしながら、従来の半導体レーザモジュールでは、エタロンフィルタの透過特性の周期に対応する周波数間隔以外の周波数間隔でレーザ光の波長の周波数間隔を制御することは非常に困難である。このため、従来の半導体レーザモジュールによれば、1つのエタロンフィルタを用いて25GHzや33.3GHzといった異なる周波数間隔でレーザ光の波長の周波数間隔を制御することは非常に困難である。なお、このような問題を解決するために、透過特性の周期が異なるエタロンフィルタを備えるモジュールを複数搭載する方法が考えられる。しかしながら、このような方法によれば、用意すべきエタロンフィルタの品種が増加することによって低コスト化を実現することが困難になると共に、半導体レーザモジュールの小型化が困難になる。このため、1つのエタロンフィルタを用いてレーザ光の波長の周波数間隔を複数の異なる周波数間隔に制御可能な半導体レーザモジュールの提供が期待されている。 However, in the conventional semiconductor laser module, it is very difficult to control the frequency interval of the wavelength of the laser light at a frequency interval other than the frequency interval corresponding to the transmission characteristic period of the etalon filter. For this reason, according to the conventional semiconductor laser module, it is very difficult to control the frequency interval of the wavelength of the laser light at different frequency intervals such as 25 GHz and 33.3 GHz using one etalon filter. In order to solve such a problem, a method of mounting a plurality of modules including etalon filters having different transmission characteristic periods can be considered. However, according to such a method, it is difficult to realize cost reduction due to an increase in the types of etalon filters to be prepared, and it is difficult to reduce the size of the semiconductor laser module. Therefore, it is expected to provide a semiconductor laser module that can control the frequency interval of the wavelength of the laser light to a plurality of different frequency intervals using one etalon filter.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、1つのエタロンフィルタを用いてレーザ光の波長の周波数間隔を複数の異なる周波数間隔に制御可能な半導体レーザモジュール及びその制御方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a semiconductor laser module capable of controlling the frequency interval of the wavelength of laser light to a plurality of different frequency intervals by using one etalon filter, and the control thereof. It is to provide a method.
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る半導体レーザモジュールは、レーザ光を出射するレーザ光源と、光の波長に対して周波数的に周期的な透過特性を有し、透過特性に応じた強度で前記レーザ光源から出射されたレーザ光を透過するエタロンフィルタと、前記エタロンフィルタを透過したレーザ光の強度に基づいて前記レーザ光源から出射されるレーザ光の波長を制御する制御装置とを備え、前記エタロンフィルタの透過特性の周波数的な周期は、前記レーザ光源から出射されるレーザ光の波長の目標周波数間隔よりも大きく、前記制御装置は、前記目標周波数間隔に応じて前記エタロンフィルタの温度を制御することによって前記エタロンフィルタの透過特性を波長方向にシフトさせる。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a semiconductor laser module according to the present invention has a laser light source that emits laser light, a transmission characteristic that is periodic in frequency with respect to the wavelength of the light, An etalon filter that transmits the laser light emitted from the laser light source with an intensity according to the characteristics, and a control that controls the wavelength of the laser light emitted from the laser light source based on the intensity of the laser light transmitted through the etalon filter A frequency period of the transmission characteristics of the etalon filter is larger than a target frequency interval of the wavelength of the laser light emitted from the laser light source, and the control device determines the frequency according to the target frequency interval. The transmission characteristic of the etalon filter is shifted in the wavelength direction by controlling the temperature of the etalon filter.
本発明に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記エタロンフィルタは、ビスマスゲルマニウムオキサイドにより形成されている。 In the semiconductor laser module according to the present invention as set forth in the invention described above, the etalon filter is formed of bismuth germanium oxide.
本発明に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記エタロンフィルタは、水晶により形成されている。 In the semiconductor laser module according to the present invention as set forth in the invention described above, the etalon filter is made of quartz.
本発明に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記レーザ光源は、分布帰還型半導体レーザ素子である。 In the semiconductor laser module according to the present invention, in the above invention, the laser light source is a distributed feedback semiconductor laser element.
本発明に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記レーザ光源は、分布反射型半導体レーザ素子である。 In the semiconductor laser module according to the present invention, the laser light source is a distributed reflection type semiconductor laser element.
本発明に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記レーザ光源は、複数の単一縦モード半導体レーザ素子と、当該複数の単一縦モード半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を増幅する半導体光増幅器と、前記複数の単一縦モード半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を前記半導体光増幅器に導く合波器とを集積することによって形成された、アレイ型半導体レーザ素子である。 In the semiconductor laser module according to the present invention, in the above invention, the laser light source includes a plurality of single longitudinal mode semiconductor laser elements and semiconductor light that amplifies laser light emitted from the plurality of single longitudinal mode semiconductor laser elements. It is an array type semiconductor laser element formed by integrating an amplifier and a multiplexer for guiding laser light emitted from the plurality of single longitudinal mode semiconductor laser elements to the semiconductor optical amplifier.
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る半導体レーザモジュールの制御方法は、レーザ光を出射するレーザ光源と、光の波長に対して周波数的に周期的な透過特性を有し、透過特性に応じた強度で前記レーザ光源から出射されたレーザ光を透過するエタロンフィルタとを備える半導体レーザモジュールの制御方法であって、前記レーザ光源から出射されるレーザ光の波長の目標周波数間隔に応じて、前記目標周波数間隔よりも大きい周波数的な周期の透過特性を有する前記エタロンフィルタの温度を制御することによって、前記エタロンフィルタの透過特性を波長方向にシフトさせるステップと、前記エタロンフィルタを透過したレーザ光の強度に基づいて前記レーザ光源から出射されるレーザ光の波長を制御するステップと、を含む。 In order to solve the above problems and achieve the object, a method for controlling a semiconductor laser module according to the present invention has a laser light source that emits laser light, and a transmission characteristic that is periodic in frequency with respect to the wavelength of the light. And a control method of a semiconductor laser module comprising an etalon filter that transmits laser light emitted from the laser light source with an intensity according to transmission characteristics, the target frequency of the wavelength of the laser light emitted from the laser light source Shifting the transmission characteristic of the etalon filter in the wavelength direction by controlling the temperature of the etalon filter having a transmission characteristic with a frequency period greater than the target frequency interval according to the interval; and the etalon filter Controlling the wavelength of the laser light emitted from the laser light source based on the intensity of the laser light transmitted through , Including the.
本発明に係る半導体レーザモジュール及びその制御方法によれば、レーザ光源から出射されるレーザ光の波長の目標周波数間隔に応じて、目標周波数間隔よりも大きい周波数的な周期の透過特性を有するエタロンフィルタの温度を制御することによって、エタロンフィルタの透過特性を波長方向にシフトさせるので、1つのエタロンフィルタを用いてレーザ光の波長の周波数間隔を複数の異なる周波数間隔に制御することができる。 According to the semiconductor laser module and the control method thereof according to the present invention, an etalon filter having transmission characteristics with a frequency period larger than the target frequency interval according to the target frequency interval of the wavelength of the laser light emitted from the laser light source Since the transmission characteristic of the etalon filter is shifted in the wavelength direction by controlling the temperature of the laser, the frequency interval of the wavelength of the laser light can be controlled to a plurality of different frequency intervals using one etalon filter.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である半導体レーザモジュールの構成及びその制御方法について説明する。 Hereinafter, a configuration of a semiconductor laser module according to an embodiment of the present invention and a control method thereof will be described with reference to the drawings.
〔半導体レーザモジュールの全体構成〕
始めに、図1及び図2を参照して、本発明の一実施形態である半導体レーザモジュールの全体構成について説明する。
[Overall configuration of semiconductor laser module]
First, an overall configuration of a semiconductor laser module according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、本発明の一実施形態である半導体レーザモジュールの構成を上方から見た断面模式図である。図2は、図1に示すレーザ光源の構成を示す模式図である。なお、以下では、水平面内であってレーザ光の出射方向(光軸方向)をX軸方向、水平面内であってX軸方向に対して垂直な方向をY軸方向、XY平面(水平面)の法線方向(鉛直方向)をZ軸方向と定義する。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a configuration of a semiconductor laser module according to an embodiment of the present invention as viewed from above. FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the laser light source shown in FIG. In the following, in the horizontal plane, the laser beam emission direction (optical axis direction) is the X-axis direction, in the horizontal plane the direction perpendicular to the X-axis direction is the Y-axis direction, and the XY plane (horizontal plane). The normal direction (vertical direction) is defined as the Z-axis direction.
図1に示すように、本発明の一実施形態である半導体レーザモジュール1は、レーザ光源2、コリメートレンズ3、基板4、ビームスプリッタ5、パワーモニタ用フォトダイオード6、エタロンフィルタ7、波長モニタ用フォトダイオード8、ベースプレート9、ペルチェ素子10、光アイソレータ11、及び集光レンズ12を備え、これらの要素は筐体13内に収容されている。
As shown in FIG. 1, a
レーザ光源2は、図2に示すように、半導体レーザアレイ21、導波路22、合波器23、導波路24、半導体光増幅器(Semiconductor Optical Amplifier:SOA)25、及び曲げ導波路26を備え、これらの要素を同一基板27上に集積することによって形成されたアレイ型半導体レーザ素子として構成されている。
As shown in FIG. 2, the
半導体レーザアレイ21は、それぞれ異なる波長のレーザ光を前端面から出射するストライプ形状の複数の単一縦モード半導体レーザ素子(以下、半導体レーザ素子と略記)211を備える。半導体レーザ素子211は、DFB(Distributed FeedBack)レーザ素子(分布帰還型レーザ素子)であり、素子温度を調整することによってその発振波長を制御することができる。
The
具体的には、各半導体レーザ素子211は、例えば3nm〜4nm程度の範囲内で発振波長を変化させることができ、各半導体レーザ素子211の発振波長が3nm〜4nm程度の間隔で並ぶように各半導体レーザ素子211の発振波長が設計されている。これにより、半導体レーザアレイ21は、駆動する半導体レーザ素子211を切り替えると共に素子温度を制御することによって、単体の半導体レーザ素子よりも広帯域な連続した波長帯域のレーザ光LBを出射することができる。
Specifically, the
なお、WDM通信用の波長帯域全体(例えば1.53μm〜1.56μmのCバンド又は1.57μm〜1.61μmのLバンド)をカバーするためには、それぞれ3nm〜4nmの範囲内で発振波長を変化させることが可能な10個以上の半導体レーザ素子211を集積することによって、30nm以上の波長帯域に亘って波長を変化させることができる。
In order to cover the entire wavelength band for WDM communication (for example, the C band of 1.53 μm to 1.56 μm or the L band of 1.57 μm to 1.61 μm), the oscillation wavelength is within the range of 3 nm to 4 nm, respectively. By integrating 10 or more
導波路22は、半導体レーザ素子211毎に設けられ、半導体レーザ素子211から出射されたレーザ光LBを合波器23に導く。合波器23は、例えば多モード干渉(Multi-Mode Interferometer:MMI)型合波器であり、導波路22によって導かれたレーザ光LBを導波路24に導く。導波路24は、合波器23によって導かれたレーザ光LBを半導体光増幅器25に導く。半導体光増幅器25は、導波路24によって導かれたレーザ光LBを増幅し、増幅されたレーザ光LBを曲げ導波路26に導く。
The
曲げ導波路26は、出射端面に対し約7度の傾斜角度をもって、すなわちX軸方向に半導体光増幅器25によって導かれたレーザ光LBを出射する。なお、出射端面に対するレーザ光LBの傾斜角度は、6〜12度の範囲に調整することが望ましい。これにより、半導体レーザアレイ21側への反射戻り光を減少させることができる。
The
図1に戻る。コリメートレンズ3は、レーザ光源2の出射端面近傍に配置されている。コリメートレンズ3は、レーザ光源2から出射されたレーザ光LBを平行光に変換し、平行光に変換されたレーザ光LBをビームスプリッタ5に導く。基板4は、XY平面に対して水平な設置面にレーザ光源2とコリメートレンズ3とを載置する。
Returning to FIG. The collimating
ビームスプリッタ5は、コリメートレンズ3によって導かれたレーザ光LBの一部を透過して光アイソレータ11に導くと共に、コリメートレンズ3によって導かれたレーザ光LBの他部をパワーモニタ用フォトダイオード6側とエタロンフィルタ7側とに分岐する。パワーモニタ用フォトダイオード6は、ビームスプリッタ5によって分岐されたレーザ光LBの強度を検出し、検出された強度に応じた電流値を制御装置15に入力する。
The
エタロンフィルタ7は、レーザ光LBの波長に対して周期的な透過特性を有し、透過特性に応じた強度でレーザ光LBを選択的に透過して波長モニタ用フォトダイオード8に入力する。エタロンフィルタ7の構成の詳細については後述する。
The
波長モニタ用フォトダイオード8は、エタロンフィルタ7から入力されたレーザ光LBの強度を検出し、検出された強度に応じた電流値を制御装置15に入力する。パワーモニタ用フォトダイオード6及び波長モニタ用フォトダイオード8によって検出されたレーザ光LBの強度は、制御装置15による波長ロック制御に用いられる。レーザ光の波長を目標波長に制御する波長ロック制御の詳細については後述する。
The
ベースプレート9は、XY平面に対して水平な設置面に基板4、ビームスプリッタ5、パワーモニタ用フォトダイオード6、エタロンフィルタ7、及び波長モニタ用フォトダイオード8を載置する。ペルチェ素子10は、XY平面に対して水平な設置面にベースプレート9を載置し、ベースプレート9を介してエタロンフィルタ7の温度を調整することによってエタロンフィルタ7の選択波長を制御する。光アイソレータ11は、光ファイバ14からの戻り光がレーザ光LBに再結合することを抑制する。集光レンズ12は、ビームスプリッタ5を透過したレーザ光LBを光ファイバ14に結合させて出力する。
The base plate 9 mounts the substrate 4, the
〔エタロンフィルタの構成〕
次に、エタロンフィルタ7の構成について説明する。
[Configuration of etalon filter]
Next, the configuration of the
エタロンフィルタ7は、例えば50GHzの周波数間隔でレーザ光LBの透過率が変化する透過特性を有する。また、エタロンフィルタ7は、一般的に用いられている石英(SiO2)によって形成されたエタロンフィルタの温度特性(10pm/deg.C程度)よりも大きい温度特性(pm/deg.C)を有する。このようなエタロンフィルタ7としては、水晶によって形成されたエタロンフィルタ(温度特性15pm/deg.C程度)や、ビスマスゲルマニウムオキサイド(Bi12GeO20:BGO)によって形成されたエタロンフィルタ(温度特性20pm/deg.C)を例示することができる。温度特性が大きなエタロンフィルタ7を用いることによって、エタロンフィルタ7の透過特性曲線は、温度に応じて波長方向にシフトするようになる。従って、例えば図3に示すように、エタロンフィルタ7の温度を制御することによって25GHzの周波数間隔で透過率が変化する透過特性曲線L1及び33.3GHzの周波数間隔で透過率が変化する透過特性曲線L2との間でエタロンフィルタ7の透過特性曲線を変化させることによって、1種類のエタロンフィルタ7によってレーザ光LBの波長の周波数間隔を異なる周波数間隔に制御することができる。
The
なお、エタロンフィルタ7の温度特性を大きくしすぎると、エタロンフィルタ7の透過特性が温度変化に対して敏感になり、エタロンフィルタ7の透過特性にばらつきが生じやすくなる。一方、エタロンフィルタ7の温度特性が小さくしすぎると、エタロンフィルタ7の透過特性が温度に応じて変化しにくくなり、レーザ光LBの波長の周波数間隔を複数の異なる周波数間隔に制御することが困難になる。従って、エタロンフィルタ7の温度特性の下限値及び上限値は、これらの点とエタロンフィルタ7の透過特性の周波数間隔(例えば50Hzの周波数間隔等)及び制御する周波数間隔(例えば25GHzの周波数間隔と33.3GHzの周波数間隔等)とを考慮して適宜設定することが望ましい。
If the temperature characteristic of the
〔波長ロック制御〕
次に、図3及び図4を参照して、このような構成を有する半導体レーザモジュールにおける波長ロック制御の流れについて説明する。
(Wavelength lock control)
Next, the flow of wavelength lock control in the semiconductor laser module having such a configuration will be described with reference to FIGS.
波長ロック制御では、始めに、制御装置15が、ペルチェ素子10を制御することによって、エタロンフィルタ7の温度をレーザ光LBの波長の目標周波数間隔に応じた温度に制御する。具体的には、25GHzの周波数間隔にレーザ光の波長の周波数間隔を制御する場合、制御装置15は、エタロンフィルタ7の透過特性曲線が図3に示す透過特性曲線L1になるようにエタロンフィルタ7の温度を制御する。一方、33.3GHzの周波数間隔にレーザ光の波長の周波数間隔を制御する場合には、制御装置15は、エタロンフィルタ7の透過特性曲線が図3に示す透過特性曲線L2になるようにエタロンフィルタ7の温度を制御する。
In the wavelength lock control, first, the
次に、制御装置15は、レーザ光源2と基板4との間に設けられた図示しないペルチェ素子を制御することによって、レーザ光源2から出射されるレーザ光LBの波長が図4に示すキャプチャーレンジCR(−),CR(+)内に入るようにレーザ光源2の温度を制御する。キャプチャーレンジCR(−),CR(+)とは、レーザ光の波長を目標波長λR1に制御する場合、目標波長λR1と同じ電流値PD1を示すロックポイントRP(目標波長λR1を示す波長弁別曲線L上の点)に隣接する波長弁別曲線L上の2点間の波長範囲(波長λ1〜目標波長λR1の波長範囲及び目標波長λR1〜波長λ2の波長範囲)を意味する。なお、波長弁別曲線Lとは、波長モニタ用フォトダイオード8から出力される電流値(又は、パワーモニタ用フォトダイオード6から出力される電流値と波長モニタ用フォトダイオード8から出力される電流値との比)とレーザ光の波長との関係を示す曲線を意味する。
Next, the
ここで、レーザ光源LBの波長の目標周波数間隔は例えば25GHzまたは33.3GHzである。一方、エタロンフィルタ7は、例えば50GHzの周期で透過率が変化する透過特性を有する。このように、エタロンフィルタ7の透過特性の周波数的な周期は、レーザ光源2から出射されるレーザ光LBの波長の目標周波数間隔よりも大きい。その結果、従来のようにエタロンフィルタの透過特性の周波数的な周期とレーザ光の波長の目標周波数間隔とを等しくする場合よりも、キャプチャーレンジCR(−),CR(+)を広くすることができる。
Here, the target frequency interval of the wavelength of the laser light source LB is, for example, 25 GHz or 33.3 GHz. On the other hand, the
次に、制御装置15は、レーザ光源2と基板4との間に設けられた図示しないペルチェ素子を制御することによって、レーザ光源2から出射されるレーザ光LBの波長が目標波長λR1になるようにレーザ光源2の温度を微調整する。以後、制御装置15は、波長モニタ用フォトダイオード8によって検出されたレーザ光LBの強度が所定の強度になるように(又は、パワーモニタ用フォトダイオード6によって検出されたレーザ光LBの強度と波長モニタ用フォトダイオード8によって検出されたレーザ光LBの強度との比がレーザ光LBの強度及び波長が所望の強度及び波長になるときの比になるように)、半導体光増幅器25の駆動電流を制御すると共に、レーザ光源2と基板4との間に設けられた図示しないペルチェ素子によってレーザ光源2の温度を制御する。これにより、レーザ光LBの強度及び波長を所望の強度及び波長に制御することができる。この半導体レーザモジュール1では、上述したようにキャプチャーレンジCR(−),CR(+)を広くしているので、レーザ光LBの波長をより安定して所望の波長に制御することができる。
Next, the
〔実験例〕
最後に、図5を参照して、50GHzの周波数間隔で透過特性が変化するBGOエタロンフィルタを用いて、レーザ光の波長の周波数間隔を25GHzの周波数間隔に制御した実験例について説明する。なお、本実験例では、191.3GHz〜196.1GHzの周波数帯域に193個のチャンネルを設定し、図5(a)に示すように偶数番号及び奇数番号のチャンネルにおいてBGOエタロンフィルタの温度をそれぞれ50℃及び40℃に調整した。この結果、図5(b)に示すように、外部温度が−5℃〜75℃の範囲内においては、レーザ光の出力誤差を0.4dBの範囲内に制御することができた。なお、図5(b)は、外部温度が−5℃及び70℃の時のレーザ光の出力誤差を示す図である。また、図5(c)に示すように、外部温度が−5℃〜75℃の範囲内においては、レーザ光の波長誤差は0.5GHzの範囲内に制御することができた。なお、図5(c)は、外部温度が−5℃及び70℃の時のレーザ光の波長誤差を示す図である。このことから、50GHzの周波数間隔で透過特性が変化するBGOエタロンフィルタの温度を制御することによって、レーザ光の波長の周波数間隔を異なる周波数間隔に精度よく制御できることが知見された。
[Experimental example]
Finally, referring to FIG. 5, an experimental example will be described in which the frequency interval of the wavelength of the laser light is controlled to a frequency interval of 25 GHz using a BGO etalon filter whose transmission characteristics change at a frequency interval of 50 GHz. In this experimental example, 193 channels are set in the frequency band of 191.3 GHz to 196.1 GHz, and the temperature of the BGO etalon filter is set in each of the even-numbered and odd-numbered channels as shown in FIG. The temperature was adjusted to 50 ° C and 40 ° C. As a result, as shown in FIG. 5B, the output error of the laser beam could be controlled within the range of 0.4 dB when the external temperature was within the range of −5 ° C. to 75 ° C. FIG. 5B is a diagram showing an output error of the laser beam when the external temperature is −5 ° C. and 70 ° C. Further, as shown in FIG. 5C, the wavelength error of the laser beam could be controlled within the range of 0.5 GHz when the external temperature was within the range of −5 ° C. to 75 ° C. FIG. 5C is a diagram showing the wavelength error of the laser light when the external temperature is −5 ° C. and 70 ° C. From this, it has been found that by controlling the temperature of the BGO etalon filter whose transmission characteristics change at a frequency interval of 50 GHz, the frequency interval of the wavelength of the laser light can be accurately controlled to different frequency intervals.
以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である半導体レーザモジュールでは、制御装置15は、レーザ光源2から出射されるレーザ光の波長の目標周波数間隔に応じてエタロンフィルタ7の温度を制御することによってエタロンフィルタ7の透過特性を波長方向にシフトさせるので、1つのエタロンフィルタを用いてレーザ光の波長の周波数間隔を複数の異なる周波数間隔に制御することができる。
As is apparent from the above description, in the semiconductor laser module according to one embodiment of the present invention, the
一般に、エタロンフィルタ7の透過特性の周波数間隔をより狭くしようとすると、エタロンフィルタ7の大きさが大きくなり、この結果、エタロンフィルタ7内におけるレーザ光LBの光路長が長くなる。このため、エタロンフィルタ7の透過特性の周波数間隔をより狭くしようとすると、半導体レーザモジュールの小型化が困難になると共に、出力されるレーザ光LBの強度が低下する。また、エタロンフィルタ7の透過特性の周波数間隔が狭くなると、キャプチャーレンジが狭くなるために、レーザ光の波長が目標波長以外の波長にロックされてしまうことがある。
In general, when the frequency interval of the transmission characteristics of the
しかしながら、本発明の一実施形態である半導体レーザモジュール1では、制御装置15が、エタロンフィルタ7の温度を制御することによってエタロンフィルタ7の透過特性の周波数間隔を制御する。従って、本発明の一実施形態である半導体レーザモジュールによれば、50GHzの周波数間隔で透過特性が変化するエタロンフィルタ等、透過特性の周波数間隔が比較的広いエタロンフィルタ7を用いてキャプチャーレンジを広くしながらも、このエタロンフィルタ7を、目標周波数間隔がより狭いレーザ光LBの波長制御に適用することができる。これにより、半導体レーザモジュールの大型化、レーザ光LBの強度低下、及びレーザ光の波長が目標波長以外の波長にロックされてしまうことを抑制できる。
However, in the
たとえば、レーザ光の波長の目標周波数間隔が25GHzのとき、透過特性の周波数間隔が50GHzのエタロンフィルタ7を用いた場合は、エタロンフィルタ7と同じ温度特性を有しながら透過特性の周波数間隔が25GHzのエタロンフィルタを用いた場合よりも、キャプチャーレンジを2倍広く取れる。このとき、必要なエタロンフィルタ7の制御温度は、レーザ光の波長の目標周波数間隔を50GHzとするときにエタロンフィルタ7を用いる場合の制御温度に対して±10℃ずらした値とすればよい。
For example, when the target frequency interval of the laser light wavelength is 25 GHz and the
なお、上記実施の形態では、エタロンフィルタ7の透過特性の周期がたとえば50GHzであり、レーザ光LBの波長の目標周波数間隔が25GHzまたは33.3GHzであった。しかしながら、エタロンフィルタの透過特性の周波数的な周期は、レーザ光の波長の目標周波数間隔よりも大きければ、キャプチャーレンジを広くする効果を奏するので特に限定はされない。したがって、エタロンフィルタの透過特性の周期が50GHzの場合には、レーザ光の波長の目標周波数間隔はたとえば12.5GHzでもよい。また、エタロンフィルタの透過特性の周期が100GHzの場合には、レーザ光の波長の目標周波数間隔はたとえば25GHz、10GHzなどでもよい。特に、透過特性の周期が目標周波数間隔の1.5倍以上、または2倍以上であることが好ましい。
In the above embodiment, the period of the transmission characteristics of the
また、エタロンフィルタの透過特性の周波数的な周期が広ければキャプチャーレンジを広くする効果は大きくなるが、周期が広い場合には透過特性を波長方向にシフトさせるのに必要な温度調整量が大きくなり、それだけ消費電力を要する。また、温度調整量が小さい方が半導体レーザモジュールの信頼性も高い。また、エタロンフィルタの温度特性が大きい場合は少ない消費電力で透過特性のシフトが可能となるが、この場合はエタロンフィルタの温度に依存した波長ドリフトが大きくなる。したがって、使用するエタロンフィルタとしては、レーザ光の波長の目標周波数間隔に応じた透過特性の周期、および温度特性を持つエタロンフィルタを適宜選択することが好ましい。 In addition, if the frequency period of the transmission characteristics of the etalon filter is wide, the effect of widening the capture range becomes large, but if the period is wide, the amount of temperature adjustment required to shift the transmission characteristics in the wavelength direction increases. , So much power consumption. Further, the smaller the temperature adjustment amount, the higher the reliability of the semiconductor laser module. Further, when the temperature characteristic of the etalon filter is large, the transmission characteristic can be shifted with low power consumption, but in this case, the wavelength drift depending on the temperature of the etalon filter becomes large. Therefore, as the etalon filter to be used, it is preferable to appropriately select an etalon filter having a transmission characteristic period and a temperature characteristic according to the target frequency interval of the wavelength of the laser light.
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば、本実施形態では、レーザ光源2として、アレイ型半導体レーザ素子を用いたが、合波器23や半導体光増幅器25を備えない単体のDFBレーザ素子やDBRレーザ素子(分布ブラッグ反射型半導体レーザ素子)による単一縦モード半導体レーザ素子であってもよい。このように、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
Although the embodiment to which the invention made by the present inventor is applied has been described above, the present invention is not limited by the description and the drawings that form a part of the disclosure of the present invention according to this embodiment. For example, although an array type semiconductor laser element is used as the
1 半導体レーザモジュール
2 レーザ光源
3 コリメートレンズ
4 基板
5 ビームスプリッタ
6 パワーモニタ用フォトダイオード
7 エタロンフィルタ
8 波長モニタ用フォトダイオード
9 ベースプレート
10 ペルチェ素子
11 光アイソレータ
12 集光レンズ
13 筐体
14 光ファイバ
21 半導体レーザアレイ
22 導波路
23 合波器
24 導波路
25 半導体光増幅器(Semiconductor Optical Amplifier:SOA)
26 曲げ導波路
LB レーザ光
DESCRIPTION OF
26 Bending waveguide LB Laser light
Claims (7)
光の波長に対して周波数的に周期的な透過特性を有し、透過特性に応じた強度で前記レーザ光源から出射されたレーザ光を透過するエタロンフィルタと、
前記エタロンフィルタを透過したレーザ光の強度に基づいて前記レーザ光源から出射されるレーザ光の波長を制御する制御装置と、
を備え、
前記エタロンフィルタの透過特性の周波数的な周期は、前記レーザ光源から出射されるレーザ光の波長の目標周波数間隔よりも大きく、
前記制御装置は、前記目標周波数間隔に応じて前記エタロンフィルタの温度を制御することによって前記エタロンフィルタの透過特性を波長方向にシフトさせること
を特徴とする半導体レーザモジュール。 A laser light source for emitting laser light;
An etalon filter having periodic transmission characteristics with respect to the wavelength of light, and transmitting laser light emitted from the laser light source with an intensity according to the transmission characteristics;
A control device for controlling the wavelength of the laser light emitted from the laser light source based on the intensity of the laser light transmitted through the etalon filter;
With
The frequency period of the transmission characteristics of the etalon filter is larger than the target frequency interval of the wavelength of the laser light emitted from the laser light source,
The control device shifts the transmission characteristic of the etalon filter in the wavelength direction by controlling the temperature of the etalon filter according to the target frequency interval.
前記レーザ光源から出射されるレーザ光の波長の目標周波数間隔に応じて、前記目標周波数間隔よりも大きい周波数的な周期の透過特性を有する前記エタロンフィルタの温度を制御することによって、前記エタロンフィルタの透過特性を波長方向にシフトさせるステップと、
前記エタロンフィルタを透過したレーザ光の強度に基づいて前記レーザ光源から出射されるレーザ光の波長を制御するステップと、
を含むことを特徴とする半導体レーザモジュールの制御方法。 A laser light source that emits laser light, and an etalon filter that has a periodic transmission characteristic in frequency with respect to the wavelength of the light, and that transmits the laser light emitted from the laser light source with an intensity according to the transmission characteristic. A method for controlling a semiconductor laser module comprising:
By controlling the temperature of the etalon filter having a transmission characteristic with a frequency period larger than the target frequency interval according to the target frequency interval of the wavelength of the laser light emitted from the laser light source, the etalon filter Shifting the transmission characteristics in the wavelength direction;
Controlling the wavelength of the laser light emitted from the laser light source based on the intensity of the laser light transmitted through the etalon filter;
A method for controlling a semiconductor laser module, comprising:
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