JP3391229B2

JP3391229B2 - 外部共振器型半導体レーザ光源

Info

Publication number: JP3391229B2
Application number: JP25545197A
Authority: JP
Inventors: 圓濱田
Original assignee: 安藤電気株式会社
Priority date: 1997-09-19
Filing date: 1997-09-19
Publication date: 2003-03-31
Anticipated expiration: 2017-09-19
Also published as: US6144678A; JPH1197791A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光信号源を用いる
技術の全ての分野に用いられ、特に、光通信、光コヒー
レント計測技術分野に用いられる外部共振器型半導体レ
ーザ光源に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光コヒーレント計測技術分野において、
可変波長光源に用いられる光源部には、通常、外部共振
器型の半導体レーザ（以下、ＬＤとする）が使用され、
その外部共振器内に波長選択素子である光学フィルタを
挿入し、単一モード発振を得ている。この光学フィルタ
の透過（あるいは反射）波長を機械的に可変することに
より広範囲の波長掃引を可能としている。一方、光周波
数安定化手段としては、出力光周波数と基準光周波数の
周波数差に比例する電流をＬＤ駆動電流に帰還する光Ｐ
ＬＬ（Phase-Locked Loop）が一般的である。

【０００３】図５は従来技術としての光周波数安定化外
部共振器型ＬＤ光源の一構成例を示すもので、この図５
において、１は外部共振器型ＬＤ光源部、２は光学フィ
ルタ、３は第１の駆動部（駆動部１）、４は波長制御
部、５は光分岐器、６は光周波数電圧変換器、７は光周
波数基準光源、８は第１のローパスフィルタ（ＬＰＦ
１）、９は増幅器である。

【０００４】まず、外部共振器型可変波長ＬＤ光源とし
ての基本動作を説明する。第１の駆動部（駆動部１）３
は、光学フィルタ２の透過（あるいは反射）波長を、機
械的に可変し、場合によっては外部共振器長も調整する
波長掃引機構である。この第１の駆動部（駆動部１）３
の状態と発振波長の関係は既知であり、波長制御部４
は、その既知の関係式により１ｐｍ程度の波長分解能で
波長設定が行える。なお、波長制御部４は光出力レベル
を制御するためにＬＤ駆動電流も制御している場合があ
る。

【０００５】次に、図６は外部共振器型ＬＤ光源部１を
構成する光学系の構成例を示したもので、この図６にお
いて、１０１は回折格子、１０２，１０５，１０７はレ
ンズ、１０３は無反射膜、１０４はＬＤ、１０６は光ア
イソレータ、１０８は光ファイバ、１０９はＬＤ駆動回
路である。図６の外部共振器型ＬＤ光源部１において、
まず、回折格子１０１は、前述した図５の前記光学フィ
ルタ２に相当するが、同時に外部共振器の一方の鏡とし
ても機能している。つまり、外部共振器は、ＬＤ端面Ｂ
と回折格子１０１で構成され、その共振器長は、ＬＤ端
面Ｂと回折格子１０１の光軸Ｘ上の点Ａがなす線分ＡＢ
である。そして、ＬＤ１０４の回折格子１０１側端面に
は、不要な反射を除去するために無反射膜１０３が形成
されている。また、レンズ１０２，１０５は、ＬＤ１０
４の出射ビームを平行ビームにそれぞれ変換するコリメ
ータである。

【０００６】以上において、外部共振器ＬＤ１０４から
の出力光は、ＬＤ端面Ｂ側から得られ、レンズ１０７に
より集光され、光ファイバ１０８により取り出される。
そして、後続の光学系からの戻り光によるノイズを発生
させないために、出力側には光アイソレータ１０６を挿
入している。なお、ＬＤ駆動回路１０９は、所望の光出
力レベルに相当するＬＤ駆動電流を供給しており、前述
したように、図５の波長制御部４により制御されてい
る。ここで、前述した図５における前記光学フィルタ２
として、図６では回折格子１０１を示したが、前記光学
フィルタ２には、回折格子１０１の他に、例えば、干渉
フィルタ等の光学素子があり、いくつか組み合わせて使
用される場合もある。

【０００７】次に、光学フィルタ特性について説明す
る。図７は回折格子の光学系を示すもので、図示のよう
に、光軸と回折格子の法線Ｎgrのなす角をθ、格子間隔
をｄとし、前述した図６の外部共振器と同様に、同一の
光軸Ｘ上に入射光と反射（回折）光を設定する。ここ
で、白色光を入射した時の反射光スペクトルが回折格子
のフィルタ特性であり、図８に示すようなフィルタ特性
が得られる。

【０００８】そして、その反射ピーク波長λgrは、以下
のブラッグの式で求められる。 λgr＝２ｄ×sin（θ）・・・（１）また、図９に示す光学系においての干渉フィルタの特性
は、図１０に示すように、周期的透過ピークを有する。
図９において、Ｄは干渉フィルタの厚さ、ｎは屈折率で
ある。そして、干渉フィルタ内の光軸と干渉フィルタの
法線Ｎのなす角φに対して、ｋを整数として、各透過ピ
ーク波長λkは以下の式で求められる。ｋλk＝２ｎＤ×cos（φ）・・・（２）さらに、外部共振器長をＬとすれば、その発振縦モード
波長λmは、干渉フィルタと同様に、ｍを整数として、ｍλm＝２Ｌ・・・（３）となる。

【０００９】次に、図１１に回折格子と干渉フィルタを
組み合わせた光学フィルタを用いた可変波長ＬＤ光源特
性の一例を示す。まず、図１１（ａ）はＬＤの利得特性
で通常１００ｎｍ以上の波長範囲で利得を有している。
また、図１１（ｂ）は前記（３）式に相当する共振器モ
ードで発振縦モードとなる。そして、この発振モード
を、図１１（ｃ）に示す前記（１）式に相当する回折格
子のフィルタ特性で、まず、数本選択する。続いて、図
１１（ｄ）に示す前記（２）式に相当する干渉フィルタ
のフィルタ特性で、単一モードを選択し、その結果、図
１１（ｅ）のように、単一モード発振が得られる。この
ように、図１１において、図１１（ｂ），（ｃ），
（ｄ）の各特性を変化させれば、すなわち、Ｌ，θ，φ
を適当に可変すれば、波長掃引ができる。その波長と
Ｌ，θ，φの関係は、あらかじめ、測定しておいて、前
記第１の駆動部（駆動部１）３は、モータと回転台や直
動機構等を組み合わせて、１ｐｍおきの設定波長に相当
するＬ，θ，φの各状態を実現している。以上が、外部
共振器型可変波長ＬＤ光源の基本動作である。

【００１０】続いて、光周波数安定化方法について説明
する。以下の光周波数安定化方法は、ＬＤの光周波数制
御方法として良く知られた光ＰＬＬである。前記図５に
おいて、外部共振器型ＬＤ光源部１からの光出力は、光
分岐器５により分岐され、一方を光出力とし、他方を光
周波数電圧変換器６の一方の入射光とする。この光周波
数をｆとする。また、光周波数電圧変換器６への、もう
一方の入射光である光周波数基準光源７の光周波数をｆ
₁とする。この時、光周波数電圧変換器６は、２つの入
射光の光周波数差（ｆ−ｆ₁）に比例する誤差信号を発
生し、第１のローパスフィルタ（ＬＰＦ１）８によりそ
の高周波成分が除去されて、増幅器９により増幅後、Ｌ
Ｄ駆動電流に帰還される。

【００１１】ＬＤ駆動電流の変化は前記（３）式の外部
共振器長Ｌの変化となり、その結果光周波数ｆが変化す
るが、光周波数ｆが（ｆ−ｆ₁）を零にする方向に、す
なわちｆ₁に近づくように帰還ループの極性を設定する
ことで、光ＰＬＬが形成される。なお、ＬＤへの帰還制
御はＬＤ駆動電流以外に、位相調整領域への電流注入等
の手段も採用されるが、外部共振器が変化するという点
で同等なので、以下、ＬＤ駆動電流についてのみの記述
とする。ここで、図１２に、光周波数電圧変換器６の入
力差周波数に対する出力誤差信号値の一例を示す。｜ｆ
−ｆ₁｜＞ｆmaxの場合は誤差信号は一定値であり、光Ｐ
ＬＬ動作はしない。そこで、あらかじめ波長制御部４に
より誤差信号が±Ｖmax以内になるように設定しておく
ことで、光ＰＬＬ動作を得ている。

【００１２】次に、図１３に前記光周波数電圧変換器６
の一構成例を示す。図１３において、６１は光合波器、
６２は光電気変換器、６３はハイパスフィルタ（ＨＰ
Ｆ）、６４は周波数電圧変換器、６５は基準電気信号源
である。まず、前記光分岐器５の他方の分岐光（光周波
数ｆ）と、光周波数基準光源７（光周波数ｆ₁）の出力
光は、光合波器６１により合波され、光電気変換器６２
に入射される。この光電気変換器６２は、前記光周波数
電圧変換器６に相当するが、その出力信号は、図１４に
示すように、差周波数の絶対値｜ｆ−ｆ₁｜に比例す
る。このために、２つの入力光周波数の大小関係が逆転
すると制御できなくなる。これを避けるために、例え
ば、ｆ−ｆ₁＝ｆ₂となるように、オフセットロックを行
う。このオフセットロック周波数ｆ₂は、入力周波数変
動値よりも十分大きく取る必要がある。

【００１３】そして、光電気変換器６２の出力は、ハイ
パスフィルタ（ＨＰＦ）６３により、直流成分を除いた
差周波数の絶対値｜ｆ−ｆ₁｜成分のみが取り出され
る。また、基準電気信号を発生する基準電気信号源６５
の出力周波数は、オフセット周波数ｆ₂である。さら
に、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）６３の出力信号と基準
電気信号を入力とする周波数電圧変換器６４は、２つの
入力信号の差周波数｜ｆ−ｆ₁｜−ｆ₂、例えば、ｆ＞ｆ
₁の場合は、ｆ−ｆ₁−ｆ₂に比例する誤差信号を発生す
る。この構成により、光周波数ｆは、例えば、ｆ₁＋ｆ₂
に安定化される。

【００１４】次に、図１５に前記光周波数電圧変換器６
及び前記光周波数基準光源７の他の構成例を示す。この
図１５において、６６はファブリペロー干渉計である。
前記光分岐器５の他方の分岐光は、ファブリペロー干渉
計６６を透過して、光電気変換器６２で誤差信号とな
る。また、図１６に光電気変換器６２の出力誤差信号を
示す。ファブリペロー干渉計６６の透過率は、前記図１
１（ｄ）のように、前記（２）式に相当する多モードの
ピーク波長を持つ。図１６（ａ）はファブリペロー干渉
計６６のモードｋの透過特性である。この場合の光周波
数基準光源７に相当する基準として、光周波数ｆ₁の透
過率Ａを使用する。図１６（ｂ）は誤差信号特性であ
る。この誤差信号が差周波数（ｆ−ｆ₁）にほぼ比例す
るｆmax程度までがロック範囲である。光周波数基準値
ｆ₁は、前記（２）式より明らかなように、各モードご
とに存在するので、所望の周波数を得られるモードを選
択し、ロックする。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、外部共振器
型ＬＤ光源の場合、特に温度による経時変化で光周波数
は大きくドリフトする。このため、光ＰＬＬ動作にも経
時変化の影響が観られる。図１７は従来例の光周波数安
定化外部共振器型ＬＤ光源の各特性である。図１７
（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、第１のローパスフ
ィルタ（ＬＰＦ１）８の出力ＤＣ成分の経時変化と、Ｌ
Ｄ駆動電流の経時変化と、光周波数ｆの経時変化であ
る。時刻ｔ₁において、光ＰＬＬ動作がスタートし、経
時変化による光周波数ｆのドリフトに対応して、第１の
ローパスフィルタ（ＬＰＦ１）８の出力もドリフトする
ことで、一定周波数ｆを維持している。ただし、ＬＤ駆
動電流がドリフトするので、ほぼＬＤ駆動電流に比例す
る光出力もドリフトする。

【００１６】ところが、第１のローパスフィルタ（ＬＰ
Ｆ１）８の出力ＤＣ成分が、Ｖmaxを超えるｔ₂以降は、
光ＰＬＬ動作はできなくなり、フリーラン状態で、光周
波数ドリフトはそのまま現れてしまう。また、ＬＤ駆動
電流は最大値Ｉ_d＋Δになり、その後の変化は観られな
い。ここで、ΔはＶmaxに相当する増幅器９による最大
帰還電流である。さらに、ＬＤ駆動電流の変化は、前述
のように、外部共振器長Ｌの変化のみで、光学フィルタ
特性は変化しない。そのために、前記図１１（ｂ），
（ｃ），（ｄ）から明らかなように、光ＰＬＬ時にｆ₁
にロックされる共振器モードに対して、光学フィルタ特
性はドリフトし続けるので、ｆ₁と光学フィルタ２の最
大透過率（あるいは最大反射率）点との光周波数ずれが
生じる。そして、最大でモード間隔程度のずれが生じた
ら、となりの共振モードに発振が遷移する、いわゆるモ
ードホップをおこす。

【００１７】この場合の従来例の光周波数安定化外部共
振器型ＬＤ光源の特性を図１８に示す。この図１８の特
性は、前記図１７と同様に、時刻ｔ₁から光ＰＬＬ動作
に入るが、第１のローパスフィルタ（ＬＰＦ１）８の出
力ＤＣ成分が、まだＶmaxより小さい時刻ｔ₂において、
モードホップした場合である。すなわち、一瞬、光周波
数はｆ₁＋ｃ／（２Ｌ）まで変化し、第１のローパスフ
ィルタ（ＬＰＦ１）８の出力が飽和するＶmaxまで制御
しても光ＰＬＬ動作に入れず、以降はフリーラン状態に
なっている。ここで、ｃ／（２Ｌ）は共振器モード間隔
で、ｃは光速である。

【００１８】一般に、外部共振器ＬＤ光源の共振器モー
ド間隔は、５ＧＨｚ程度であるので、モードホップが生
じた場合にも、正常な光ＰＬＬ動作を保証するために
は、少なくともｆ₂、ｆmaxは５ＧＨｚ以上確保する必要
がある。また、ＬＤ駆動電流に対する光周波数変化は、
ＬＤ単体の時の１／１０程度で、０．１ＧＨｚ／ｍＡ程
度である。だから、モードホップ時の５ＧＨｚの周波数
差を補正するＬＤ駆動電流は５０ｍＡ程度となり、通常
１００ｍＡ程度のＬＤ駆動電流から考えると、著しい光
出力変動を生じる。

【００１９】そこで、本発明の目的は、外部共振器型Ｌ
Ｄを用いた、光周波数制御時にモードホップのない、光
出力変動の小さい光周波数安定化ＬＤ光源を提供するこ
とにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決すべく
請求項１記載の発明は、外部共振器型ＬＤ光源部と、こ
の外部共振器型ＬＤ光源部からの出力光を単一モードに
選択する光学フィルタと、この光学フィルタの透過波長
または反射波長と外部共振器長を可変する駆動部と、こ
の駆動部とＬＤ駆動電流を制御する波長制御部と、前記
外部共振器型ＬＤ光源部の出力光を分岐する光分岐器
と、基準光周波数を発生する光周波数基準光源と、この
光周波数基準光源の出力光と前記光分岐器の一方の出力
光を入射光とし、これら２つの入射光の光周波数差に比
例する信号を発生する光周波数電圧変換器と、この光周
波数電圧変換器の出力信号の高周波数域を遮断するロー
パスフィルタと、このローパスフィルタの出力信号を増
幅して前記ＬＤ駆動電流に重畳する増幅器と、からなる
外部共振器型ＬＤ光源において、前記ローパスフィルタ
の出力信号の低周波数域を透過する第２のローパスフィ
ルタと、前記ローパスフィルタと前記増幅器の間に位置
して前記増幅器への入力信号を開閉するスイッチと、前
記第２のローパスフィルタの出力信号レベルに応じて前
記スイッチを開閉して前記駆動部を制御する周波数制御
部と、を備えた構成、を特徴としている。

【００２１】以上のように、請求項１記載の発明によれ
ば、外部共振器型ＬＤ光源部、光学フィルタ、駆動部、
波長制御部、光分岐器、光周波数基準光源、光周波数電
圧変換器、ローパスフィルタ及び増幅器に加えて、第２
のローパスフィルタと、増幅器への入力信号を開閉する
スイッチと、第２のローパスフィルタの出力信号レベル
に応じてスイッチを開閉して駆動部を制御する周波数制
御部と、を備えた外部共振器型ＬＤ光源なので、まず、
通常の可変波長ＬＤ光源として動作している時は、スイ
ッチはＯＦＦで、帰還ループを遮断している。そして、
波長制御部が、駆動部で波長を１ステップずつ進め、周
波数制御部は、第２のローパスフィルタの出力が所定値
を下回った時点で、スイッチをＯＮする。これにより、
光ＰＬＬ動作に入る。また、周波数制御部は、第２のロ
ーパスフィルタの出力を監視し続け、所定値以下になっ
たら、波長制御部に、駆動部で波長を１ステップ戻させ
る。このように、周波数制御部は、第２のローパスフィ
ルタの出力を所定値以内になるように、常に監視してい
るので、バックラッシュ等の機構的不感帯の影響はな
い。また、経時変化の補正は、波長掃引と同じ駆動部を
制御しているので、モードホップはない。

【００２２】なお、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の外部共振器型ＬＤ光源であって、前記光周波数電圧
変換器は、前記光分岐器の一方の出力光と前記光周波数
基準光源の出力光を合波する光合波器と、この光合波器
の出力光を電気変換する光電気変換器と、この光電気変
換器の出力信号の直流成分を除去するハイパスフィルタ
と、基準周波数を発生する基準電気信号源と、この基準
電気信号源の出力信号と前記ハイパスフィルタの透過信
号とを入力信号とし、その２つの入力信号の周波数差に
比例する信号を発生する周波数電圧変換器と、からなる
構成、を特徴としている。

【００２３】このように、請求項２記載の発明によれ
ば、請求項１記載の光周波数電圧変換器が、光合波器、
光電気変換器、ハイパスフィルタ、基準電気信号源及び
周波数電圧変換器からなるので、まず、光分岐器からの
分岐光と、光周波数基準光源の出力光が、光合波器によ
り合波されて、光電気変換器に入射される。この光電気
変換器の出力は、ハイパスフィルタにより直流成分を除
いた差周波数の絶対値成分のみが取り出され、また、基
準電気信号源の出力周波数は、オフセット周波数であ
り、さらに、ハイパスフィルタの出力信号と基準電気信
号を入力とする周波数電圧変換器は、その２つの入力信
号の差周波数に比例する誤差信号を発生する。

【００２４】また、請求項３記載の発明は、請求項１記
載の外部共振器型ＬＤ光源であって、前記光周波数基準
光源及び前記光周波数電圧変換器が、前記光分岐器の一
方の出力光を入射するファブリペロー共振器と、このフ
ァブリペロー共振器の透過光を電気変換する光電気変換
器と、からなる構成、を特徴としている。

【００２５】このように、請求項３記載の発明によれ
ば、請求項１記載の光周波数基準光源及び光周波数電圧
変換器が、ファブリペロー共振器及び光電気変換器から
なるので、光分岐器からの出力光の入射によるファブリ
ペロー共振器からの透過光が光電気変換器により電気変
換されて、誤差信号となる。

【００２６】そして、請求項４記載の発明は、請求項
１、２または３記載の外部共振器型ＬＤ光源であって、
前記光学フィルタの透過波長または反射波長と外部共振
器長を可変する第２の駆動部を備え、前記周波数制御部
が、前記第２のローパスフィルタの出力信号レベルに応
じて前記スイッチを開閉して前記第２の駆動部を制御す
るようにした構成、を特徴としている。

【００２７】このように、請求項４記載の発明によれ
ば、請求項１、２または３記載の構成に加えて、光学フ
ィルタの透過波長または反射波長と外部共振器長を可変
する第２の駆動部を備え、周波数制御部により、第２の
ローパスフィルタの出力信号レベルに応じてスイッチを
開閉して第２の駆動部を制御するので、まず、駆動部に
よる連続波長可変が可能な場合は、波長設定分解能の高
い第２の駆動部により、ＬＤ駆動電流の変動値をより小
さく抑えることができる。また、例えば、１ｐｍおきの
波長設定しかできない場合は、外部共振器長のみを可変
する駆動部とし、光学フィルタは１ｐｍおきの波長設定
のままとして、例えば、光学フィルタの波長設定値がλ
の時に、第２の駆動部は、共振器モード波長をλからλ
＋０．５ｐｍ程度までを分割設定し、λ＋０．５ｐｍか
らλ＋１．５ｐｍ程度までは、光学フィルタの波長設定
値をλ＋１ｐｍとすることで、連続波長可変動作が可能
となる。このような１ｐｍ程度の波長ずれでは、モード
ホップは生じない。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る外部共振器
型ＬＤ光源の実施の各形態例を図１から図４に基づいて
説明する。

【００２９】＜第１の実施の形態例＞図１は本発明を適
用した第１の実施の形態例としての光周波数安定化外部
共振器型ＬＤ光源の構成を示した構成図である。ただ
し、図１において、前記図５の各部と共通する部分には
同一の符号を付して示し、その説明を省略する。この図
１において、２０は第２のローパスフィルタ（ＬＰＦ
２）、２１はスイッチ、２２は周波数制御部である。す
なわち、この実施の形態例では、第２のローパスフィル
タ（ＬＰＦ２）２０を設けて、この第２のローパスフィ
ルタ（ＬＰＦ２）２０と第１のローパスフィルタ（ＬＰ
Ｆ１）８との間において、増幅器９との間にスイッチ２
１を介設している。そして、第２のローパスフィルタ
（ＬＰＦ２）２０の出力を監視してスイッチ２１をＯＮ
／ＯＦＦ制御する周波数制御部２２を設けている。この
周波数制御部２２は、波長制御部４に信号を送る。この
実施の形態例において、外部共振器ＬＤ光源としての基
本動作と、光周波数安定化をＬＤ駆動電流への誤差信号
帰還で行う点では、前述した従来技術（図５参照）と同
等である。

【００３０】まず、通常の可変波長ＬＤ光源として動作
中に、光周波数基準光源７へロックする場合を、図２に
示すフローチャートを用いて説明する。通常の可変波長
ＬＤ光源として動作している時は、スイッチ２１はＯＦ
Ｆで、帰還ループを遮断している。この時の第２のロー
パスフィルタ（ＬＰＦ２）２０の出力値が、Ｖmaxの場
合を考える。ここで、第２のローパスフィルタ（ＬＰＦ
２）２０の出力値が減少する波長掃引を、波長が進む方
向とする。波長が設定分解能１ｐｍ、１ステップ進む
と、第２のローパスフィルタ（ＬＰＦ２）２０の出力値
は、およそＶth減少する。なお、光周波数で、Ｖthは
０．１ＧＨｚに相当し、前述のように、Ｖmax＞５ＧＨ
ｚであり、Ｖth≪Ｖｍａｘである。

【００３１】図２のフローチャートにおいて、まず、ス
テップＳ１で、波長制御部４が、第１の駆動部（駆動部
１）３で波長を１ステップずつ進める。続いて、ステッ
プＳ２で、周波数制御部２２は、第２のローパスフィル
タ（ＬＰＦ２）２０の出力がＶthを下回ったら、次のス
テップＳ３で、スイッチをＯＮする。これにより、光Ｐ
ＬＬ動作に入る。続いて、ステップＳ４で、周波数制御
部２２は、第２のローパスフィルタ（ＬＰＦ２）２０の
出力を監視し続け、Ｖth以上になったら、次のステップ
Ｓ５で、波長制御部４に、第１の駆動部（駆動部１）３
で波長を１ステップ進めさせる。また、ステップＳ６で
は、周波数制御部２２は、第２のローパスフィルタ（Ｌ
ＰＦ２）２０の出力を監視し続け、−Ｖth以下になった
ら、次のステップＳ７で、波長制御部４に、第１の駆動
部（駆動部１）３で波長を１ステップ戻させる。

【００３２】以上のように、周波数制御部２２は、第２
のローパスフィルタ（ＬＰＦ２）２０の出力を±Ｖth以
内になるように、常に監視しているので、バックラッシ
ュ等の機構的不感帯の影響はない。また、この経時変化
の補正は、波長掃引と同じ第１の駆動部（駆動部１）３
を制御しているので、５ＧＨｚのモードホップはない。
このような周波数制御部２２による第２のローパスフィ
ルタ（ＬＰＦ２）２０の出力監視は、ステップＳ８のよ
うに、波長掃引等による光周波数制御の終了時まで続
く。以上が光周波数安定化制御フローである。

【００３３】次に、この様子を図３を用いて説明する。
図３は本発明による光周波数安定化外部共振器型ＬＤ光
源の特性で、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、
第２のローパスフィルタ（ＬＰＦ２）２０の出力の経時
変化と、ＬＤ駆動電流の経時変化と、光周波数ｆの経時
変化である。波長ステップ掃引により、時刻ｔ₁に第２
のローパスフィルタ（ＬＰＦ２）２０の出力はＶth以内
になり、スイッチ２１がオンして、光ＰＬＬ動作にな
る。その後は、第２のローパスフィルタ（ＬＰＦ２）２
０の出力がＶthを超えるたびに、波長を１ステップ進め
て、第２のローパスフィルタ（ＬＰＦ２）２０の出力の
ドリフトをＶth以内に抑えることで、ＬＤ駆動電流も最
大値Ｉ_d＋δ以内に抑えられる。ここで、Ｖth≪Ｖmaxよ
り、ＬＤ駆動電流の変動値δは、δ≪Δである。そし
て、どんなに光周波数がドリフトしても、それを波長掃
引で補正するので、モードホップなく、第２のローパス
フィルタ（ＬＰＦ２）２０の出力はＶth程度で、図３
（ｃ）のように光周波数ｆはｆ₁に制御されている。

【００３４】＜第２の実施の形態例＞図４は本発明を適
用した第２の実施の形態例としての光周波数安定化外部
共振器型ＬＤ光源の構成を示した構成図である。ただ
し、図４において、前記図１の各部と共通する部分には
同一の符号を付して示し、その説明を省略する。この図
４において、２３は第２の駆動部（駆動部２）である。
すなわち、この実施の形態例では、前述した第１の実施
の形態例の構成に加えて、第２の駆動部（駆動部２）２
３を設けている。この第２の駆動部（駆動部２）２３
は、周波数制御部２２により制御される。

【００３５】まず、この実施の形態例において、光周波
数安定化外部共振器型ＬＤ光源は、前記図１と基本的に
同じ動作が可能である。さらに、可変波長光源として、
駆動部による連続波長可変が可能な場合には、波長設定
分解能の高い第２の駆動部（駆動部２）２３により、よ
りＬＤ駆動電流の変動値δを小さく抑えることが可能で
ある。また、可変波長光源として、１ｐｍおきの波長設
定しかできない場合は外部共振器長Ｌのみを可変する駆
動部とし、光学フィルタ２は１ｐｍおきの波長設定のま
まとする。

【００３６】光学フィルタ２の波長設定値がλの時に、
第２の駆動部（駆動部２）２３は、共振器モード波長を
λからλ＋０．５ｐｍ程度までを分割設定し、λ＋０．
５ｐｍからλ＋１．５ｐｍ程度までは、光学フィルタ２
の波長設定値をλ＋１ｐｍとしてゆくことで、連続波長
可変動作が可能である。１ｐｍ程度の波長ずれでは、モ
ードホップは生じない。通常の光源で、Ｖthに相当する
波長１ステップは、１ｐｍ程度で、これを駆動電流に換
算すると、δ〜１ｍＡとなる。これに対して、例えば、
第２の駆動部（駆動部２）２３にＰＺＴ（ジルコン酸チ
タン酸鉛）を用いて、０．１ｐｍ程度の波長設定分解能
を得れば、δ〜０．１ｍＡ程度のＬＤ駆動電流の変動値
に抑えられる。これは、光出力／ＬＤ駆動電流＝０ｄＢ
／１００ｍＡの場合、光出力変動値約０．００５ｄＢに
相当する。

【００３７】このように、光ＰＬＬの誤差信号を監視し
てドリフト値が駆動部の波長設定分解能を超えたら、周
波数制御部により波長掃引により補正することで、モー
ドホップのない、光出力変動も小さい光周波数安定化外
部共振器型ＬＤ光源が可能になる。

【００３８】なお、以上の実施の各形態例において、本
発明はこれらのみに限定されるものではなく、他の部品
配置構成であってもよい。また、その他、具体的な細部
構造等についても適宜に変更可能であることは勿論であ
る。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明に係
る外部共振器型ＬＤ光源によれば、新たに、第２のロー
パスフィルタと、増幅器への入力信号を開閉するスイッ
チと、第２のローパスフィルタの出力信号レベルに応じ
てスイッチを開閉して駆動部を制御する周波数制御部
と、を備えたため、温度変化等による光周波数ドリフト
がある場合でも、光出力変動を抑えて安定化させること
ができる。

【００４０】なお、請求項２記載の発明に係る外部共振
器型ＬＤ光源によれば、請求項１記載の発明において、
ハイパスフィルタの出力信号と基準電気信号の差周波数
に比例する誤差信号を発生させて、光周波数を安定化で
きる。

【００４１】また、請求項３記載の発明に係る外部共振
器型ＬＤ光源によれば、請求項１記載の発明において、
ファブリペロー共振器からの透過光の電気変換により誤
差信号を発生させて、光周波数を安定化できる。

【００４２】そして、請求項４記載の発明に係る外部共
振器型ＬＤ光源によれば、請求項１記載の発明におい
て、第２の駆動部をさらに備えたため、光ＰＬＬの誤差
信号を監視してドリフト値が駆動部の波長設定分解能を
超えたら、周波数制御部により波長掃引により補正する
ことによって、請求項１記載の発明により得られる効果
に加え、モードホップをなくし、光出力変動も小さくす
ることができるといった利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した第１の実施の形態例としての
光周波数安定化外部共振器型ＬＤ光源の構成を示した構
成図である。

【図２】本発明によるドリフト制御のフローチャート図
である。

【図３】本発明による光周波数安定化外部共振器型ＬＤ
光源の特性図である。

【図４】本発明を適用した第２の実施の形態例としての
光周波数安定化外部共振器型ＬＤ光源の構成を示した構
成図である。

【図５】従来技術による光周波数安定化外部共振器型Ｌ
Ｄ光源の構成を示した構成図である。

【図６】図５の外部共振器型ＬＤ光源部を構成する光学
系の構成例を示した構成図である。

【図７】図６の回折格子の光学系図である。

【図８】図６の回折格子の波長−反射率特性図である。

【図９】図５の光学フィルタとしての干渉フィルタの光
学系図である。

【図１０】図５の光学フィルタとしての干渉フィルタの
波長−透過率特性図である。

【図１１】図５の光学フィルタとして回折格子と干渉フ
ィルタを組み合わせた可変波長ＬＤ光源の発振モード選
択原理図で、（ａ）は波長−ＬＤ利得特性図、（ｂ）は
波長−共振器モード特性図、（ｃ）は波長−回折格子反
射率特性図、（ｄ）は波長−干渉フィルタ透過率特性
図、（ｅ）は波長−発振モード特性図である。

【図１２】光周波数電圧変換器の出力特性図である。

【図１３】光周波数電圧変換器の一構成図である。

【図１４】誤差信号特性図である。

【図１５】光周波数電圧変換器及び光周波数基準光源の
他の構成図である。

【図１６】誤差信号特性図である。

【図１７】従来例の光周波数安定化外部共振器型ＬＤ光
源の特性図である。

【図１８】従来例の光周波数安定化外部共振器型ＬＤ光
源の特性図である。

【符号の説明】

１外部共振器型ＬＤ光源部２光学フィルタ３第１の駆動部４波長制御部５光分岐器６光周波数電圧変換器７光周波数基準光源８第１のローパスフィルタ９増幅器２０第２のローパスフィルタ２１スイッチ２２周波数制御部２３第２の駆動部６１光合波器６２光電気変換器６３ハイパスフィルタ６４周波数電圧変換器６５基準電気信号源６６ファブリペロー干渉計１０１回折格子１０２，１０５，１０７レンズ１０３無反射膜１０４ＬＤ１０６光アイソレータ１０８光ファイバ１０９ＬＤ駆動回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】外部共振器型半導体レーザ光源部と、この外部共振器型半導体レーザ光源部からの出力光を単
一モードに選択する光学フィルタと、この光学フィルタの透過波長または反射波長と外部共振
器長を可変する駆動部と、この駆動部と半導体レーザ駆動電流を制御する波長制御
部と、前記外部共振器型半導体レーザ光源部の出力光を分岐す
る光分岐器と、基準光周波数を発生する光周波数基準光源と、この光周波数基準光源の出力光と前記光分岐器の一方の
出力光を入射光とし、これら２つの入射光の光周波数差
に比例する信号を発生する光周波数電圧変換器と、この光周波数電圧変換器の出力信号の高周波数域を遮断
するローパスフィルタと、このローパスフィルタの出力信号を増幅して前記半導体
レーザ駆動電流に重畳する増幅器と、からなる外部共振
器型半導体レーザ光源において、前記ローパスフィルタの出力信号の低周波数域を透過す
る第２のローパスフィルタと、前記ローパスフィルタと前記増幅器の間に位置して前記
増幅器への入力信号を開閉するスイッチと、前記第２のローパスフィルタの出力信号レベルに応じて
前記スイッチを開閉して前記駆動部を制御する周波数制
御部と、を備えること、を特徴とする外部共振器型半導体レーザ
光源。
【請求項２】前記光周波数電圧変換器は、前記光分岐器の一方の出力光と前記光周波数基準光源の
出力光を合波する光合波器と、この光合波器の出力光を電気変換する光電気変換器と、この光電気変換器の出力信号の直流成分を除去するハイ
パスフィルタと、基準周波数を発生する基準電気信号源と、この基準電気信号源の出力信号と前記ハイパスフィルタ
の透過信号とを入力信号とし、これら２つの入力信号の
周波数差に比例する信号を発生する周波数電圧変換器
と、からなること、を特徴とする請求項１記載の外部共振器
型半導体レーザ光源。
【請求項３】前記光周波数基準光源及び前記光周波数電
圧変換器は、前記光分岐器の一方の出力光を入射するファブリペロー
共振器と、このファブリペロー共振器の透過光を電気変換する光電
気変換器と、からなること、を特徴とする請求項１記載の外部共振器
型半導体レーザ光源。
【請求項４】前記光学フィルタの透過波長または反射波
長と外部共振器長を可変する第２の駆動部を備え、前記周波数制御部が、前記第２のローパスフィルタの出
力信号レベルに応じて前記スイッチを開閉して前記第２
の駆動部を制御すること、を特徴とする請求項１、２ま
たは３記載の外部共振器型半導体レーザ光源。