JP4084006B2 - 半導体レーザ制御モジュールとその応用装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は波長多重光通信システムに適用する光通信モジュールの分野に属する。すなわち、レーザ光源の発振波長を指定値にロックするための装置に関し、周囲温度変化に対して安定な動作をする光学系とその制御系を提供する。この光学系は波長ロッカーモジュールとして別個に動作させることも可能であるが、レーザ光源を有する光通信モジュールへの内蔵が可能である。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ通信は、長距離で高速大容量、かつ、強い電磁ノイズ耐性を持つため、高い信頼性を保証する通信システムの構築が可能である。このシステムでは一本の光ファイバに一つの波長の光を伝送させていたが、近年の大容量情報化社会の到来に伴って伝送容量の一層の拡大が要請されている。このため、一本の光ファイバに波長の異なる多数の光を伝送させ、通信のチャンネル数を増やして大容量化を実現する波長多重光通信システムの技術が実用化されるに至った。光ファイバ中を伝送する光の波長は、光ファイバの伝送損失が低い波長帯域が使われ、１．３ミクロン領域と１．５ミクロン領域が伝送のウインド（窓）と呼ばれている。これらのウインドの波長幅は限られているため、隣のチャンネルとの波長間隔を狭くすればするほど伝送のチャンネル数を増やすことができる。現在は、周波数間隔が200GHz、100GHzであるが、さらに50GHz, 25GHzと狭くなる傾向である。波長間隔に直せばそれぞれ約1.6nm、0.8nm, 0.4nm, 0.2nm, 0.1nmという狭いものとなる。このように波長間隔が狭くなると、レーザ光源の波長を精度良く一定に保つ必要が生じる。なぜなら、レーザ光源の波長が揺らいで隣のチャンネルの波長に達すると、受信側で隣の波長チャンネルとのクロストーク（漏話）が発生し、情報通信の信頼性が保証できないからである。これらの波長（または、周波数）チャンネルはITU-T(International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector) グリッドと称されており、ITU勧告として広く認知されている。
【０００３】
この背景から、波長多重光通信のレーザ光源の波長を制御する方法が提案されて来た。例えば、波長選択素子として、誘電体多層膜フィルタ、あるいは、ファブリペロエタロンなどを導入し、半導体レーザの動作温度にフィードバックして波長を固定する方法が工夫されている。特に、エタロンは多重干渉の次数に応じて繰り返し透過ピークが出現する特性があり、透過曲線の周期をITUグリッドに合わせて、一つの波長選択素子で複数の波長チャンネルに波長ロックをかけることが可能となる。例えば、特開平１０−７９７２３号公報では、エタロンを透過した光を二分割し、双方を光検知器で受光し、両者の差を波長誤差信号としてロックをかける方法などが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記エタロンには温度依存特性がある。すなわち、エタロンの温度が変わると屈折率の温度変化や線膨張係数のためにエタロンの光路長が変化し、エタロンの透過光の波長が変動する特性がある。このため、環境温度の変化に起因してそのエタロンを利用して波長ロックしたい波長値と実際のロック波長とにずれが生じるという問題が生じることを見出した。この現象はいわゆるトラッキング試験すなわち、波長ロッカーを内蔵したパッケージの周囲温度を例えば、０℃から７０℃まで変えた時の波長ずれとして現れる問題である。本発明の目的の一つは、エタロンの温度依存性の影響を低減することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決する手段を説明する。すなわち、本発明による解決手段は、該波長誤差検出素子であるエタロンの取りつけ部が、ホルダーを含む半導体レーザ集光光学系の取りつけ部よりも高くなっている基板上に取りつけ、さらにその基板が電子冷却素子の一端に接するという手段をとるものである。あるいは、上記エタロンを金属などの熱伝導率の高い材料で被い、エタロン中の温度分布が最小になるか又は十分に小さくになるような手段をとるものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による波長ロックのベースとなる制御ループを説明するものである。すなわち、波長可変レーザ光源１００は、例えば、DFB(Distributed Feed Back)型やファブリペロー型の半導体レーザである。あるいは、DFB型半導体レーザに電界吸収型の変調器を集積化した光源である。 このような波長可変レーザ光源１００は、図２に示すように動作温度Ｔの変化に伴い発振波長が変化するので、ITU-TSグリッドに対応する波長を動作温度で選択することができる。すなわち、波長可変レーザ光源100、集光レンズ105、ビームスプリッタ１０６、光検知器１１０、エタロン１０８、光検知器１０９、サーミスタ４０３などが後の説明する図6に記載のステム３００の下にある熱電子冷却素子４０１上に搭載されており、熱電子冷却素子４０１の駆動回路４０２により、レーザ100の温度をサーミスタ４０３の抵抗値に応じた温度に保持することができる。一方、波長可変レーザ光源１００の前方の射出光は、コリメータ１０１でコリメートされ光アイソレータ１０２、フォーカスレンズ１０３を経て光ファイバ１０４に結合され、情報伝送される。
【０００７】
本波長制御ループは、スイッチ４０５によって閉じられていた、温度制御ループ４８８を波長制御ループ４８９に切りかえることによって閉じる構成となっている。まず、波長可変レーザ光源１００の後方からの射出光をコリメータ１０５でコリメートし、光路分割器（ビームスプリッタ）１０６で透過光１０７と反射光に分割する。光路分割器１０６は三角プリズムを張り合わせた形状、あるいは、接着剤を嫌う場合は、薄い平行平面板に誘電体薄膜を着けたものである。反射光は光検知器１１０で光電変換され、レーザ光源１００の出力モニターとなって、あらかじめ設定された光出力の値と比較されて駆動回路４０４により、レーザ光源の出力値を一定に保つ。
【０００８】
また、本発明による波長誤差検出のための光学系の構成は次の通りである。すなわち、該透過光１０７はさらに、エタロン１０８に至り、エタロンの内部で多重反射した各々の光が互いに干渉し、式（１）で表される透過ピークが得られる。
【０００９】
Ｉｔ=１／（１+Ｆsin2（ψ）） ……（１）
ここに、
Ｆ=４Ｒ／（１−Ｒ）2 ……（２）
ψ ＝（２πｎｔ／λ）cos θ' ……（３）
である。図３に示すように、Ｒはエタロン１０８の各面の膜反射率、ｎはエタロンの屈折率、ｔはエタロンの厚さ、λは光の波長、そして、θ'はエタロン内で光線のなす角度である。
【００１０】
ここで、スネルの法則
sin θ= ｎsinθ' ……（４）
が成り立つ。さらに、透過光の繰り返しピークの間隔はフリースペクトラルレンジ（Free Spectral Range）ＦＳＲと呼ばれる。それは波長域では、
ＦＳＲ=λ2／２ｎｔ ……（５）
周波数域では、光速をｃとして、
ＦＳＲ=ｃ／２ｎｔ ……（６）
で与えられる。従って、エタロンの厚みｔ、屈折率ｎ、膜反射率Ｒを設計すれば、ＦＳＲをＩＴＵ−ＴＳグリッド間隔に一致させることができる。ＦＳＲをＩＴＵ−ＴＳグリッドに一致させることは、広い波長範囲に渡って所望の鋭い波長選択特性を持った波長誤差検出を実現することを可能とする。こうして、所定の波長間隔で存在する所望の波長での光の複数の透過領域を有せしめ、この光の複数の透過領域の何れかが前記レーザ光源が所望する発振波長に対応させることができる。
【００１１】
透過ピークは、図４のように波長の変化と共に繰り返し現れ、その間隔は、前述のようにフリースペクトラルレンジ (Free Spectral Range/FSR)と呼ばれ、式（５）や（６）で表される。かくして得られるエタロンの透過光は、図１における光検知器１０９で受光されて光電流に変換される。一方、光路分割器１０６の反射光は、光検知器１１０で受光されて光電流に変換される。そして、目的の波長誤差検出信号は、前述のように光出力モニタ用の光検知器１１０に流れる光電流Pmと、エタロン１０８の後におかれた波長モニタ用の光検知器１０９に、式（１）に従って流れる光電流Ptの差を誤差信号Ａ（λ）となす。
【００１２】
Ａ（λ）＝Ｐｔ−Ｐｍ…………(７)
誤差信号としては、光量で正規化した信号、
Ａ（λ）＝（Ｐｔ−Ｐｍ）／（Ｐｔ＋Ｐｍ）………(８)
を用いることも適切である。
【００１３】
かくして得られた高い感度を持つ波長誤差信号値A(l)がゼロ、あるいは、一定の値になるように図１に図示の半導体レーザ１００の温度制御素子４０１の駆動回路４０２へフィードバックするものである。ここで、式（７）あるいは（８）で表される誤差信号が所望のITUグリッド波長の一つの近傍を捕獲するためには、あらかじめ、サーミスタ４０３の値から半導体レーザの温度を読み取り、図２にしたがって得られる温度と波長の関係から、該近傍に動作温度を定めておく必要がある。しかるのち、スイッチ405を波長ロックループに切り替えるものである。一方、半導体レーザの出力を一定に保つためのAPC(Automatic Power Control)は、やはり、光検知器１１０の出力を設定値と比較し、半導体レーザ１００の駆動電流制御回路４０４にフィードバックする。以上が波長ロックの制御ループを説明するものである。
【００１４】
ここで、エタロンの透過ピークの半値幅の値であるeとFSRの比はフィネスΦと呼ばれ、エタロンの反射率Ｒとの間に
Ｆ＝４Ｒ／（１−Ｒ）2…………(９)
Φ＝（π√Ｆ）／２…………(１０)
Φ＝ＦＳＲ／ε…………(１１)
の関係がある。従って、エタロンの鋭い分光特性、即ち小さなeの値を得るには、エタロンの両面の反射率が高く、また、両面での反射を繰り返し多数回生じさせる必要がある。そのためにはエタロンへの入射光の角度が垂直近傍となる必要がある。
【００１５】
以上がエタロンによる波長誤差の検出原理であり、この原理に基づいて構成されたのが図５に示す光通信モジュールである。
すなわち、半導体レーザ光源100からの光を前方のコリメートレンズ101で集光し、光アイソレータ102を経て絞り込みレンズ１０３に到り、ファイバ104に結合される。一方、半導体レーザの後方の光は、後方に置いたレンズ１０５により集光され、ビームスプリッタ１０６で分割され、一方は光検知器110に到って光出力レベルのモニタとなる。今一方の光はエタロン１０８を通過し光検知器１０９に到り図４に示した波長誤差検出カーブが得られる。これらの光素子はステム基板300上に搭載され、さらにステム基板300は電子冷却（ペルチエ）素子４０１の上に搭載されており、半導体レーザ素子等のデバイス温度を所定に制御する。これにより、主に半導体レーザの発振波長を一定に保つ。
【００１６】
ここで、エタロン１０８も温度は一定に保たれているべきであるが、パッケージ７００の周囲温度が変化すると、熱の伝導、輻射、対流に起因して、パッケージ内に温度分布が発生する。エタロンの温度はその部位によって異なってくることが判明した。例えば、エタロンが基板に取り付けられている場合、取り付け部近傍の温度と、そこから離れた場所とでは、エタロンの温度は異なることとなることが判明した。換言すれば、エタロンの取り付け部近傍とそれより上部とではで温度差が生じることが判明した。故に、エタロン内での光の通過場所の温度が周囲温度の変化に伴って変化する。一方、エタロンには温度特性があり、次式に従って透過波長が変化する。そこで、温度変化に対する透過ピークの変動量を見積もると次の通りである。すなわち、図３に基づく垂直入射の場合のエタロンの基本式より、
２ｎｔ＝ｍλ…………(12)
今、温度上昇ΔＴによる光路長変化をδとし、波長がλ＋Δλで透過ピークが得られたとすると
２（ｎｔ＋δ）＝ｍ（λ＋Δλ）…………(13)
が成り立つ。一方、δは、線膨張係数を（α＝ｄｔ／ｄＴ）として、光路長ｎｔの全微分をとり、
δ＝（（ｄｔ／ｄＴ）ｔ＋ｎ（ｄｔ／ｄＴ）ｔ）ΔＴ
＝（（ｄｎ／ｄＴ）＋ｎ（ｄｔ／ｄＴ））ｔΔＴ…………(14)
となる。(12)(13) (14)より、
Δλ＝（λ／ｎ）（（ｄｎ／ｄＴ）＋ｎ（ｄｎ／ｄＴ））ΔＴ…………(15)
が得られる。すなわち、透過波長の温度係数はエタロンの厚さには依存せず、▲１▼屈折率の温度係数を▲１▼、線膨張係数と屈折率との積を▲２▼とすると、▲１▼と▲２▼との和として表わされる。エタロンの材料として通常用いられる合成石英の屈折率は、n=1.444687（波長1500nmにおいて）、n=1.443492(波長1600nmにおいて)の値から線形近似した式は式(16)で表される。
【００１７】
ｎ＝1.462612−0.01195λ…………(16)
で得られる。動作波長1550nmを代入すれば、屈折率は、n= 1.444となる。また、屈折率の温度係数は8.5×10-2である。従ってこの場合のエタロンの温度係数は
Δλ＝０．００９ΔＴ ｎｍ …………(17)
となる。図６は従来の構成で、パッケージの中身を側面図として示したものである。レーザ光源１００の後方出力をコリメータレンズ１０１でコリメートし、エタロン１０８に到らしめる。透過光は光検知器１０９で受光される。これらの部品はステム３００の上に搭載されており、さらに、熱電子冷却素子（ペルチェ）４０１に接触している。
パッケージの周囲温度が、例えば、光通信モジュールの環境温度として標準的に指定されている０℃から７０℃まで変化した時、エタロン内の光が通過する場所１９９の温度をシミュレーションで求める。その結果は、例えば７０℃の時の温度が、２７．２℃、０℃の時が２３．７６℃となり、温度差３．４４℃が発生する。この温度差は、式（１７）のエタロンの透過波長のずれに換算すると、30.96ｐｍとなる。この値はグリッド間隔400pmの7.7％となり、高く要求されているロック精度を越えることになり問題である。図７は波長のずれを図示したものである。このずれを解消することが本発明が解決すべき課題である。
【００１８】
本発明によるの第１の実施例を図８に示す。すなわち、電子冷却素子401に熱接触させた基板300に突出部分１９７を形成し、波長選択素子(例えば、エタロン)１０８のうち透過光が通過する部分１９９と突出部の上端とを限りなく近く配置する。これにより波長選択素子の温度変化に対する光モジュールの波長ロック特性変動の影響を低減することが可能である。すなわち、図18に示すように、半導体レーザ100の集光ビームの強度分布１９８を、ガウス分布で近似したときのビーム半径aを、その強度がピーク値のeの二乗分の一、すなわち、約１３．５％に減ずる径を半径aと定義した時、集光光１９８の中心軸のエタロンの下端から測った高さhが、
ａ／１０＜ｈ＜４ａ
あるいは、
ａ／２０＜ｈ＜２ａ
の範囲に設定するものである。ここで、取りつけ台１８０には、レンズ１０１の位置決めのために、凹状、あるいは、V状の溝が形成されている。数値例としては、半導体レーザ光源100のビームを、焦点距離が0.5mmないし1.0mm、,開口数が0.15ないし、0.6のコリメータレンズでコリメートした場合、ビームの半径aは約75ミクロンから600ミクロンとなる。このため、ｈの範囲は 約3ミクロン以上、4mm以下となる。
【００１９】
本発明による第２の実施例を図９に示す。すなわち、波長選択素子１０８の高さを低くし、実質的に該波長選択素子の高さが該透過光の光束径と等しくしたものである。この構造をとれば、パッケージの上蓋から該波長選択素子の上部までの距離が大きくなり、パッケージ全体の周囲温度の変化の影響が低減される。
【００２０】
本発明による第３の実施例を図１０に示す。すなわち、波長選択素子１０８を熱伝導性の高い材料、例えば、金属１９６で被い、電子冷却素子（エタロンなど）108に接した基板４０１と温度差が生じにくい構造とする。また、透過光１９９（図ではエタロン108を透過する光を199と図示している。）の光束径と同様大きさの窓を覆い196の端面に設けてもよい。またはその端面部は覆い196が存在せず、光束が覆い196に干渉されずにエタロン108へ導かれる構造でもよい。この構造をとれば、波長選択素子108は熱シールドされ、パッケージ全体の周囲温度の変化の影響が低減される。
【００２１】
本発明による第４の実施例を図１１に示す。すなわち、半導体レーザ100からのビームを分割する方法として、図１の構成のようなビームスプリッタ106を本実施例では用いない。その代替として、波長選択素子１０８を突出部197の平面の片側に寄せ、ビームの一部を素通りさせて（波長選択素子１０８を通過させることなく）光検知器１１０に到らしめる。他のビームは波長選択素子108を通過させる。波長選択素子108を通過させる光束108と、それを通過させない光束108との間の波長誤差検出を行う。このような構成においても、波長選択素子の温度特性は問題になり、本発明の実施例に係る構成を採ることが望ましい。すなわち、波長選択素子108のうち、光が通過する部分が熱伝導度の高い材料に接する構造とするものである。さらに、波長選択素子の上部うち光が通過しない部分はカットし、パッケージの上蓋からの距離を大きくすることで波長選択素子108の温度上昇を抑止するものである。
【００２２】
また、本発明による第５の実施例を図１２に示す。すなわち、波長選択素子１０８を熱伝導性の高い材料１９６で被い、電子冷却素子に接した基板４０１と温度差が生じないような構造とする。かつ、透過光１９９の光束径と同一の窓を形成するものである。この構造をとれば、波長選択素子が熱シールドされ、パッケージ全体の周囲温度の変化の影響が低減される。
【００２３】
本発明による第６の実施例を図１３に示す。すなわち、コリメート光の分割を上述の左右ではなく、上下に分割し、エタロンの厚さをさらに薄くして光モジュールのパッケージの蓋（図示していない。）からの距離を大きくし、エタロン内の温度分布差を低減するものである。エタロン108上方の空間が大きくなるので、結果的にエタロン108の上部に位置する蓋との距離が大きくなるためである。この場合光検知器109、110は左右ではなく上下に近接して配置される。
【００２４】
さらに、本発明による第７の実施例を図１４に示す。すなわち、図１３で示したコリメート光の分割方法において、波長選択素子１０８を熱伝導性の高い材料１９６で被い、電子冷却素子に接した基板４０１と温度差が生じないような構造とする。この構造をとれば、波長選択素子が熱シールドされ、パッケージ全体の周囲温度の変化の影響が低減される。
【００２５】
本発明による第８の実施例を図１５に示す。すなわち、半導体レーザ１００からの発散光をレンズ１０１で集光し、やや発散したビーム１７７を形成する。そして、エタロン１０８をやや斜めに配置し、左右に近接して並べた二つの光検知器へ到るビームがそれぞれ異なった光路長をもってエタロンを通過せしめる。かくすれば、図４で示した波長応答特性が二つの光検知器でやや左右にシフトして現れるので、両者の差をとれば、波長誤差信号が得られる。このような波長誤差検出光学系おいて、電子冷却素子に熱接触させた基板４０１に台形１９７を形成し、波長選択素子１０８のうち透過光が通過する部分１９９と台形の上端とを限りなく近く配置することにより、パッケージ全体の周囲温度の変化の影響を低減するものである。すなわち、半導体レーザ集光光学系１０１の台180の取りつけ高さが、波長選択素子、エタロン108の下端よりも低く設定するものである。さらに、波長選択素子１０８の高さを低くし、実質的に該波長選択素子の高さが該透過光の光束径と等しくしたものである。この構造をとれば、パッケージの上蓋から該波長選択素子の上部までの距離が大きくなり、パッケージ全体の周囲温度の変化の影響が低減される。
【００２６】
また、本発明による第９の実施例を図１６に示す。すなわち、波長選択素子１０８を熱伝導性の高い材料１９６で被い、電子冷却素子に接した基板４０１と温度差が生じないような構造とする。かつ、透過光１９９の光束径と同一の窓を形成するものである。この構造をとれば、波長選択素子が熱シールドされ、パッケージ全体の周囲温度の変化の影響が低減される。
【００２７】
図１７は本発明による第１０の実施例である。すなわち、本発明による光送信モジュール３１０をITUグリッド波長のチャンネル毎に用意し、それらを多数並べ、波長合波器３２０に繋いで一本のファイバ３３０に波長多重化する。多重化された各々の波長は信号を乗せて光ファイバ内を長距離に渡って伝送される。例えば、およそ、６００ｋｍ伝播するとファイバの損失により信号量が減衰する。このため、光ファイバ増幅器からなる中継器３４０が必要となる。光ファイバ増幅器としてはΕDFA(Εrbium doped fiber amplifier)が普及しており、C-バンドとよばれる帯域でのチャンネル信号を一括して増幅する。この波長領域は約３２nmであり、波長間隔が0.8nmの場合は４０チャンネル、0.4nmの場合は８０チャンネル活用できる。いくつかの中継器を経た信号は分波器350で波長分光され、各々のチャンネル毎に設置した受信モジュール３６０によって電気信号に変換される。このような大容量の波長多重通信において、チャンネル間のクロストークを除去するためには、本発明による安定した波長ロック機構が重要な役目を果たす。
【００２８】
以上説明したように、本発明の実施例による基本要素からなる構成を解決手段に取れば、光学的、電気的に安定な波長ロックの制御ループを閉じることが可能となり、エタロンの性能を最大限に活用することが可能となる。すなわち、波長選択の分解能、光利用効率、レーザ光源モジュール内部への実装密度向上、機械的な安定性、温度変化に対するロック波長ずれの補正などの観点から、これまで不可能であった技術課題の解決が実現する。しかも、本発明の波長制御方式を活用すれば、半導体レーザの発振波長をロックできるだけでなく任意のITU-TSグリッドへの波長移動と波長ロックが可能となり、波長多重光通信装置や、波長チャンネルのルータ装置に不可欠のレーザ光源を提供するものである。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、波長ロック光学系で波長誤差検出素子の温度特性に起因する波長ロッカのロック目標の範囲からのずれを低減可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は波長制御ループの構成図である。
【図２】図２は半導体レーザの発振波長と温度の関係である。
【図３】図３は本発明によるエタロンの動作原理図である。
【図４】図４は本発明によるエタロンの波長分光特性である。
【図５】図５は波長ロッカ部を内蔵した光通信モジュールである。
【図６】図６は従来の波長ロック光学系の構成例である。
【図７】図７は従来の波長ロック光学系では、周囲温度の変化で透過特性がずれることを示す図である。
【図８】図８は本発明による波長ロック光学系の構成例である。
【図９】図９は本発明による波長ロック光学系の構成例である。
【図１０】図１０は本発明による波長ロック光学系の構成例である。
【図１１】図１１は本発明による波長ロック光学系の構成例である。
【図１２】図１２は本発明による波長ロック光学系の構成例である。
【図１３】図１３は本発明による波長ロック光学系の構成例である。
【図１４】図１４は本発明による波長ロック光学系の構成例である。
【図１５】図１５は本発明による波長ロック光学系の構成例である。
【図１６】図１６は本発明による波長ロック光学系の構成例である。
【図１７】図１７は本発明による波長ロック光学系を内蔵した送信モジュールを適用した波長多重光通信装置の図である。
【図１８】図１８は半導体レーザ100の集光ビームの強度分布１９８を、ガウス分布で近似したときのビーム半径aを説明するための図である。
【符号の説明】
１００：波長可変レーザ光源。１０１：コリメータレンズ。１０２：光アイソレータ。１０３：レンズ。１０４：光ファイバ。１０５：集光レンズ。１０６：ビームスプリッタ。１０７：透過光。１０８：波長選択素子。１０９：光検知器。１１０：光検知器。１９９：光束。１９７：台。１９６：金属蓋。１７７発散、または、収束光。３００：ステム基板。３１０：波長ロッカ内蔵送信モジュール。３２０：合波器。３３０：ファイバ。３４０：中継器。３５０：分波器。３６０：受信モジュール。４０１：熱電子冷却素子。４０２：温度制御回路。４０３：サーミスタ。７００：パッケージ。７０１：基板。７０２：サブアセンブリ。
【発明の属する技術分野】
本発明は波長多重光通信システムに適用する光通信モジュールの分野に属する。すなわち、レーザ光源の発振波長を指定値にロックするための装置に関し、周囲温度変化に対して安定な動作をする光学系とその制御系を提供する。この光学系は波長ロッカーモジュールとして別個に動作させることも可能であるが、レーザ光源を有する光通信モジュールへの内蔵が可能である。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ通信は、長距離で高速大容量、かつ、強い電磁ノイズ耐性を持つため、高い信頼性を保証する通信システムの構築が可能である。このシステムでは一本の光ファイバに一つの波長の光を伝送させていたが、近年の大容量情報化社会の到来に伴って伝送容量の一層の拡大が要請されている。このため、一本の光ファイバに波長の異なる多数の光を伝送させ、通信のチャンネル数を増やして大容量化を実現する波長多重光通信システムの技術が実用化されるに至った。光ファイバ中を伝送する光の波長は、光ファイバの伝送損失が低い波長帯域が使われ、１．３ミクロン領域と１．５ミクロン領域が伝送のウインド（窓）と呼ばれている。これらのウインドの波長幅は限られているため、隣のチャンネルとの波長間隔を狭くすればするほど伝送のチャンネル数を増やすことができる。現在は、周波数間隔が200GHz、100GHzであるが、さらに50GHz, 25GHzと狭くなる傾向である。波長間隔に直せばそれぞれ約1.6nm、0.8nm, 0.4nm, 0.2nm, 0.1nmという狭いものとなる。このように波長間隔が狭くなると、レーザ光源の波長を精度良く一定に保つ必要が生じる。なぜなら、レーザ光源の波長が揺らいで隣のチャンネルの波長に達すると、受信側で隣の波長チャンネルとのクロストーク（漏話）が発生し、情報通信の信頼性が保証できないからである。これらの波長（または、周波数）チャンネルはITU-T(International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector) グリッドと称されており、ITU勧告として広く認知されている。
【０００３】
この背景から、波長多重光通信のレーザ光源の波長を制御する方法が提案されて来た。例えば、波長選択素子として、誘電体多層膜フィルタ、あるいは、ファブリペロエタロンなどを導入し、半導体レーザの動作温度にフィードバックして波長を固定する方法が工夫されている。特に、エタロンは多重干渉の次数に応じて繰り返し透過ピークが出現する特性があり、透過曲線の周期をITUグリッドに合わせて、一つの波長選択素子で複数の波長チャンネルに波長ロックをかけることが可能となる。例えば、特開平１０−７９７２３号公報では、エタロンを透過した光を二分割し、双方を光検知器で受光し、両者の差を波長誤差信号としてロックをかける方法などが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記エタロンには温度依存特性がある。すなわち、エタロンの温度が変わると屈折率の温度変化や線膨張係数のためにエタロンの光路長が変化し、エタロンの透過光の波長が変動する特性がある。このため、環境温度の変化に起因してそのエタロンを利用して波長ロックしたい波長値と実際のロック波長とにずれが生じるという問題が生じることを見出した。この現象はいわゆるトラッキング試験すなわち、波長ロッカーを内蔵したパッケージの周囲温度を例えば、０℃から７０℃まで変えた時の波長ずれとして現れる問題である。本発明の目的の一つは、エタロンの温度依存性の影響を低減することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決する手段を説明する。すなわち、本発明による解決手段は、該波長誤差検出素子であるエタロンの取りつけ部が、ホルダーを含む半導体レーザ集光光学系の取りつけ部よりも高くなっている基板上に取りつけ、さらにその基板が電子冷却素子の一端に接するという手段をとるものである。あるいは、上記エタロンを金属などの熱伝導率の高い材料で被い、エタロン中の温度分布が最小になるか又は十分に小さくになるような手段をとるものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による波長ロックのベースとなる制御ループを説明するものである。すなわち、波長可変レーザ光源１００は、例えば、DFB(Distributed Feed Back)型やファブリペロー型の半導体レーザである。あるいは、DFB型半導体レーザに電界吸収型の変調器を集積化した光源である。 このような波長可変レーザ光源１００は、図２に示すように動作温度Ｔの変化に伴い発振波長が変化するので、ITU-TSグリッドに対応する波長を動作温度で選択することができる。すなわち、波長可変レーザ光源100、集光レンズ105、ビームスプリッタ１０６、光検知器１１０、エタロン１０８、光検知器１０９、サーミスタ４０３などが後の説明する図6に記載のステム３００の下にある熱電子冷却素子４０１上に搭載されており、熱電子冷却素子４０１の駆動回路４０２により、レーザ100の温度をサーミスタ４０３の抵抗値に応じた温度に保持することができる。一方、波長可変レーザ光源１００の前方の射出光は、コリメータ１０１でコリメートされ光アイソレータ１０２、フォーカスレンズ１０３を経て光ファイバ１０４に結合され、情報伝送される。
【０００７】
本波長制御ループは、スイッチ４０５によって閉じられていた、温度制御ループ４８８を波長制御ループ４８９に切りかえることによって閉じる構成となっている。まず、波長可変レーザ光源１００の後方からの射出光をコリメータ１０５でコリメートし、光路分割器（ビームスプリッタ）１０６で透過光１０７と反射光に分割する。光路分割器１０６は三角プリズムを張り合わせた形状、あるいは、接着剤を嫌う場合は、薄い平行平面板に誘電体薄膜を着けたものである。反射光は光検知器１１０で光電変換され、レーザ光源１００の出力モニターとなって、あらかじめ設定された光出力の値と比較されて駆動回路４０４により、レーザ光源の出力値を一定に保つ。
【０００８】
また、本発明による波長誤差検出のための光学系の構成は次の通りである。すなわち、該透過光１０７はさらに、エタロン１０８に至り、エタロンの内部で多重反射した各々の光が互いに干渉し、式（１）で表される透過ピークが得られる。
【０００９】
Ｉｔ=１／（１+Ｆsin2（ψ）） ……（１）
ここに、
Ｆ=４Ｒ／（１−Ｒ）2 ……（２）
ψ ＝（２πｎｔ／λ）cos θ' ……（３）
である。図３に示すように、Ｒはエタロン１０８の各面の膜反射率、ｎはエタロンの屈折率、ｔはエタロンの厚さ、λは光の波長、そして、θ'はエタロン内で光線のなす角度である。
【００１０】
ここで、スネルの法則
sin θ= ｎsinθ' ……（４）
が成り立つ。さらに、透過光の繰り返しピークの間隔はフリースペクトラルレンジ（Free Spectral Range）ＦＳＲと呼ばれる。それは波長域では、
ＦＳＲ=λ2／２ｎｔ ……（５）
周波数域では、光速をｃとして、
ＦＳＲ=ｃ／２ｎｔ ……（６）
で与えられる。従って、エタロンの厚みｔ、屈折率ｎ、膜反射率Ｒを設計すれば、ＦＳＲをＩＴＵ−ＴＳグリッド間隔に一致させることができる。ＦＳＲをＩＴＵ−ＴＳグリッドに一致させることは、広い波長範囲に渡って所望の鋭い波長選択特性を持った波長誤差検出を実現することを可能とする。こうして、所定の波長間隔で存在する所望の波長での光の複数の透過領域を有せしめ、この光の複数の透過領域の何れかが前記レーザ光源が所望する発振波長に対応させることができる。
【００１１】
透過ピークは、図４のように波長の変化と共に繰り返し現れ、その間隔は、前述のようにフリースペクトラルレンジ (Free Spectral Range/FSR)と呼ばれ、式（５）や（６）で表される。かくして得られるエタロンの透過光は、図１における光検知器１０９で受光されて光電流に変換される。一方、光路分割器１０６の反射光は、光検知器１１０で受光されて光電流に変換される。そして、目的の波長誤差検出信号は、前述のように光出力モニタ用の光検知器１１０に流れる光電流Pmと、エタロン１０８の後におかれた波長モニタ用の光検知器１０９に、式（１）に従って流れる光電流Ptの差を誤差信号Ａ（λ）となす。
【００１２】
Ａ（λ）＝Ｐｔ−Ｐｍ…………(７)
誤差信号としては、光量で正規化した信号、
Ａ（λ）＝（Ｐｔ−Ｐｍ）／（Ｐｔ＋Ｐｍ）………(８)
を用いることも適切である。
【００１３】
かくして得られた高い感度を持つ波長誤差信号値A(l)がゼロ、あるいは、一定の値になるように図１に図示の半導体レーザ１００の温度制御素子４０１の駆動回路４０２へフィードバックするものである。ここで、式（７）あるいは（８）で表される誤差信号が所望のITUグリッド波長の一つの近傍を捕獲するためには、あらかじめ、サーミスタ４０３の値から半導体レーザの温度を読み取り、図２にしたがって得られる温度と波長の関係から、該近傍に動作温度を定めておく必要がある。しかるのち、スイッチ405を波長ロックループに切り替えるものである。一方、半導体レーザの出力を一定に保つためのAPC(Automatic Power Control)は、やはり、光検知器１１０の出力を設定値と比較し、半導体レーザ１００の駆動電流制御回路４０４にフィードバックする。以上が波長ロックの制御ループを説明するものである。
【００１４】
ここで、エタロンの透過ピークの半値幅の値であるeとFSRの比はフィネスΦと呼ばれ、エタロンの反射率Ｒとの間に
Ｆ＝４Ｒ／（１−Ｒ）2…………(９)
Φ＝（π√Ｆ）／２…………(１０)
Φ＝ＦＳＲ／ε…………(１１)
の関係がある。従って、エタロンの鋭い分光特性、即ち小さなeの値を得るには、エタロンの両面の反射率が高く、また、両面での反射を繰り返し多数回生じさせる必要がある。そのためにはエタロンへの入射光の角度が垂直近傍となる必要がある。
【００１５】
以上がエタロンによる波長誤差の検出原理であり、この原理に基づいて構成されたのが図５に示す光通信モジュールである。
すなわち、半導体レーザ光源100からの光を前方のコリメートレンズ101で集光し、光アイソレータ102を経て絞り込みレンズ１０３に到り、ファイバ104に結合される。一方、半導体レーザの後方の光は、後方に置いたレンズ１０５により集光され、ビームスプリッタ１０６で分割され、一方は光検知器110に到って光出力レベルのモニタとなる。今一方の光はエタロン１０８を通過し光検知器１０９に到り図４に示した波長誤差検出カーブが得られる。これらの光素子はステム基板300上に搭載され、さらにステム基板300は電子冷却（ペルチエ）素子４０１の上に搭載されており、半導体レーザ素子等のデバイス温度を所定に制御する。これにより、主に半導体レーザの発振波長を一定に保つ。
【００１６】
ここで、エタロン１０８も温度は一定に保たれているべきであるが、パッケージ７００の周囲温度が変化すると、熱の伝導、輻射、対流に起因して、パッケージ内に温度分布が発生する。エタロンの温度はその部位によって異なってくることが判明した。例えば、エタロンが基板に取り付けられている場合、取り付け部近傍の温度と、そこから離れた場所とでは、エタロンの温度は異なることとなることが判明した。換言すれば、エタロンの取り付け部近傍とそれより上部とではで温度差が生じることが判明した。故に、エタロン内での光の通過場所の温度が周囲温度の変化に伴って変化する。一方、エタロンには温度特性があり、次式に従って透過波長が変化する。そこで、温度変化に対する透過ピークの変動量を見積もると次の通りである。すなわち、図３に基づく垂直入射の場合のエタロンの基本式より、
２ｎｔ＝ｍλ…………(12)
今、温度上昇ΔＴによる光路長変化をδとし、波長がλ＋Δλで透過ピークが得られたとすると
２（ｎｔ＋δ）＝ｍ（λ＋Δλ）…………(13)
が成り立つ。一方、δは、線膨張係数を（α＝ｄｔ／ｄＴ）として、光路長ｎｔの全微分をとり、
δ＝（（ｄｔ／ｄＴ）ｔ＋ｎ（ｄｔ／ｄＴ）ｔ）ΔＴ
＝（（ｄｎ／ｄＴ）＋ｎ（ｄｔ／ｄＴ））ｔΔＴ…………(14)
となる。(12)(13) (14)より、
Δλ＝（λ／ｎ）（（ｄｎ／ｄＴ）＋ｎ（ｄｎ／ｄＴ））ΔＴ…………(15)
が得られる。すなわち、透過波長の温度係数はエタロンの厚さには依存せず、▲１▼屈折率の温度係数を▲１▼、線膨張係数と屈折率との積を▲２▼とすると、▲１▼と▲２▼との和として表わされる。エタロンの材料として通常用いられる合成石英の屈折率は、n=1.444687（波長1500nmにおいて）、n=1.443492(波長1600nmにおいて)の値から線形近似した式は式(16)で表される。
【００１７】
ｎ＝1.462612−0.01195λ…………(16)
で得られる。動作波長1550nmを代入すれば、屈折率は、n= 1.444となる。また、屈折率の温度係数は8.5×10-2である。従ってこの場合のエタロンの温度係数は
Δλ＝０．００９ΔＴ ｎｍ …………(17)
となる。図６は従来の構成で、パッケージの中身を側面図として示したものである。レーザ光源１００の後方出力をコリメータレンズ１０１でコリメートし、エタロン１０８に到らしめる。透過光は光検知器１０９で受光される。これらの部品はステム３００の上に搭載されており、さらに、熱電子冷却素子（ペルチェ）４０１に接触している。
パッケージの周囲温度が、例えば、光通信モジュールの環境温度として標準的に指定されている０℃から７０℃まで変化した時、エタロン内の光が通過する場所１９９の温度をシミュレーションで求める。その結果は、例えば７０℃の時の温度が、２７．２℃、０℃の時が２３．７６℃となり、温度差３．４４℃が発生する。この温度差は、式（１７）のエタロンの透過波長のずれに換算すると、30.96ｐｍとなる。この値はグリッド間隔400pmの7.7％となり、高く要求されているロック精度を越えることになり問題である。図７は波長のずれを図示したものである。このずれを解消することが本発明が解決すべき課題である。
【００１８】
本発明によるの第１の実施例を図８に示す。すなわち、電子冷却素子401に熱接触させた基板300に突出部分１９７を形成し、波長選択素子(例えば、エタロン)１０８のうち透過光が通過する部分１９９と突出部の上端とを限りなく近く配置する。これにより波長選択素子の温度変化に対する光モジュールの波長ロック特性変動の影響を低減することが可能である。すなわち、図18に示すように、半導体レーザ100の集光ビームの強度分布１９８を、ガウス分布で近似したときのビーム半径aを、その強度がピーク値のeの二乗分の一、すなわち、約１３．５％に減ずる径を半径aと定義した時、集光光１９８の中心軸のエタロンの下端から測った高さhが、
ａ／１０＜ｈ＜４ａ
あるいは、
ａ／２０＜ｈ＜２ａ
の範囲に設定するものである。ここで、取りつけ台１８０には、レンズ１０１の位置決めのために、凹状、あるいは、V状の溝が形成されている。数値例としては、半導体レーザ光源100のビームを、焦点距離が0.5mmないし1.0mm、,開口数が0.15ないし、0.6のコリメータレンズでコリメートした場合、ビームの半径aは約75ミクロンから600ミクロンとなる。このため、ｈの範囲は 約3ミクロン以上、4mm以下となる。
【００１９】
本発明による第２の実施例を図９に示す。すなわち、波長選択素子１０８の高さを低くし、実質的に該波長選択素子の高さが該透過光の光束径と等しくしたものである。この構造をとれば、パッケージの上蓋から該波長選択素子の上部までの距離が大きくなり、パッケージ全体の周囲温度の変化の影響が低減される。
【００２０】
本発明による第３の実施例を図１０に示す。すなわち、波長選択素子１０８を熱伝導性の高い材料、例えば、金属１９６で被い、電子冷却素子（エタロンなど）108に接した基板４０１と温度差が生じにくい構造とする。また、透過光１９９（図ではエタロン108を透過する光を199と図示している。）の光束径と同様大きさの窓を覆い196の端面に設けてもよい。またはその端面部は覆い196が存在せず、光束が覆い196に干渉されずにエタロン108へ導かれる構造でもよい。この構造をとれば、波長選択素子108は熱シールドされ、パッケージ全体の周囲温度の変化の影響が低減される。
【００２１】
本発明による第４の実施例を図１１に示す。すなわち、半導体レーザ100からのビームを分割する方法として、図１の構成のようなビームスプリッタ106を本実施例では用いない。その代替として、波長選択素子１０８を突出部197の平面の片側に寄せ、ビームの一部を素通りさせて（波長選択素子１０８を通過させることなく）光検知器１１０に到らしめる。他のビームは波長選択素子108を通過させる。波長選択素子108を通過させる光束108と、それを通過させない光束108との間の波長誤差検出を行う。このような構成においても、波長選択素子の温度特性は問題になり、本発明の実施例に係る構成を採ることが望ましい。すなわち、波長選択素子108のうち、光が通過する部分が熱伝導度の高い材料に接する構造とするものである。さらに、波長選択素子の上部うち光が通過しない部分はカットし、パッケージの上蓋からの距離を大きくすることで波長選択素子108の温度上昇を抑止するものである。
【００２２】
また、本発明による第５の実施例を図１２に示す。すなわち、波長選択素子１０８を熱伝導性の高い材料１９６で被い、電子冷却素子に接した基板４０１と温度差が生じないような構造とする。かつ、透過光１９９の光束径と同一の窓を形成するものである。この構造をとれば、波長選択素子が熱シールドされ、パッケージ全体の周囲温度の変化の影響が低減される。
【００２３】
本発明による第６の実施例を図１３に示す。すなわち、コリメート光の分割を上述の左右ではなく、上下に分割し、エタロンの厚さをさらに薄くして光モジュールのパッケージの蓋（図示していない。）からの距離を大きくし、エタロン内の温度分布差を低減するものである。エタロン108上方の空間が大きくなるので、結果的にエタロン108の上部に位置する蓋との距離が大きくなるためである。この場合光検知器109、110は左右ではなく上下に近接して配置される。
【００２４】
さらに、本発明による第７の実施例を図１４に示す。すなわち、図１３で示したコリメート光の分割方法において、波長選択素子１０８を熱伝導性の高い材料１９６で被い、電子冷却素子に接した基板４０１と温度差が生じないような構造とする。この構造をとれば、波長選択素子が熱シールドされ、パッケージ全体の周囲温度の変化の影響が低減される。
【００２５】
本発明による第８の実施例を図１５に示す。すなわち、半導体レーザ１００からの発散光をレンズ１０１で集光し、やや発散したビーム１７７を形成する。そして、エタロン１０８をやや斜めに配置し、左右に近接して並べた二つの光検知器へ到るビームがそれぞれ異なった光路長をもってエタロンを通過せしめる。かくすれば、図４で示した波長応答特性が二つの光検知器でやや左右にシフトして現れるので、両者の差をとれば、波長誤差信号が得られる。このような波長誤差検出光学系おいて、電子冷却素子に熱接触させた基板４０１に台形１９７を形成し、波長選択素子１０８のうち透過光が通過する部分１９９と台形の上端とを限りなく近く配置することにより、パッケージ全体の周囲温度の変化の影響を低減するものである。すなわち、半導体レーザ集光光学系１０１の台180の取りつけ高さが、波長選択素子、エタロン108の下端よりも低く設定するものである。さらに、波長選択素子１０８の高さを低くし、実質的に該波長選択素子の高さが該透過光の光束径と等しくしたものである。この構造をとれば、パッケージの上蓋から該波長選択素子の上部までの距離が大きくなり、パッケージ全体の周囲温度の変化の影響が低減される。
【００２６】
また、本発明による第９の実施例を図１６に示す。すなわち、波長選択素子１０８を熱伝導性の高い材料１９６で被い、電子冷却素子に接した基板４０１と温度差が生じないような構造とする。かつ、透過光１９９の光束径と同一の窓を形成するものである。この構造をとれば、波長選択素子が熱シールドされ、パッケージ全体の周囲温度の変化の影響が低減される。
【００２７】
図１７は本発明による第１０の実施例である。すなわち、本発明による光送信モジュール３１０をITUグリッド波長のチャンネル毎に用意し、それらを多数並べ、波長合波器３２０に繋いで一本のファイバ３３０に波長多重化する。多重化された各々の波長は信号を乗せて光ファイバ内を長距離に渡って伝送される。例えば、およそ、６００ｋｍ伝播するとファイバの損失により信号量が減衰する。このため、光ファイバ増幅器からなる中継器３４０が必要となる。光ファイバ増幅器としてはΕDFA(Εrbium doped fiber amplifier)が普及しており、C-バンドとよばれる帯域でのチャンネル信号を一括して増幅する。この波長領域は約３２nmであり、波長間隔が0.8nmの場合は４０チャンネル、0.4nmの場合は８０チャンネル活用できる。いくつかの中継器を経た信号は分波器350で波長分光され、各々のチャンネル毎に設置した受信モジュール３６０によって電気信号に変換される。このような大容量の波長多重通信において、チャンネル間のクロストークを除去するためには、本発明による安定した波長ロック機構が重要な役目を果たす。
【００２８】
以上説明したように、本発明の実施例による基本要素からなる構成を解決手段に取れば、光学的、電気的に安定な波長ロックの制御ループを閉じることが可能となり、エタロンの性能を最大限に活用することが可能となる。すなわち、波長選択の分解能、光利用効率、レーザ光源モジュール内部への実装密度向上、機械的な安定性、温度変化に対するロック波長ずれの補正などの観点から、これまで不可能であった技術課題の解決が実現する。しかも、本発明の波長制御方式を活用すれば、半導体レーザの発振波長をロックできるだけでなく任意のITU-TSグリッドへの波長移動と波長ロックが可能となり、波長多重光通信装置や、波長チャンネルのルータ装置に不可欠のレーザ光源を提供するものである。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、波長ロック光学系で波長誤差検出素子の温度特性に起因する波長ロッカのロック目標の範囲からのずれを低減可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は波長制御ループの構成図である。
【図２】図２は半導体レーザの発振波長と温度の関係である。
【図３】図３は本発明によるエタロンの動作原理図である。
【図４】図４は本発明によるエタロンの波長分光特性である。
【図５】図５は波長ロッカ部を内蔵した光通信モジュールである。
【図６】図６は従来の波長ロック光学系の構成例である。
【図７】図７は従来の波長ロック光学系では、周囲温度の変化で透過特性がずれることを示す図である。
【図８】図８は本発明による波長ロック光学系の構成例である。
【図９】図９は本発明による波長ロック光学系の構成例である。
【図１０】図１０は本発明による波長ロック光学系の構成例である。
【図１１】図１１は本発明による波長ロック光学系の構成例である。
【図１２】図１２は本発明による波長ロック光学系の構成例である。
【図１３】図１３は本発明による波長ロック光学系の構成例である。
【図１４】図１４は本発明による波長ロック光学系の構成例である。
【図１５】図１５は本発明による波長ロック光学系の構成例である。
【図１６】図１６は本発明による波長ロック光学系の構成例である。
【図１７】図１７は本発明による波長ロック光学系を内蔵した送信モジュールを適用した波長多重光通信装置の図である。
【図１８】図１８は半導体レーザ100の集光ビームの強度分布１９８を、ガウス分布で近似したときのビーム半径aを説明するための図である。
【符号の説明】
１００：波長可変レーザ光源。１０１：コリメータレンズ。１０２：光アイソレータ。１０３：レンズ。１０４：光ファイバ。１０５：集光レンズ。１０６：ビームスプリッタ。１０７：透過光。１０８：波長選択素子。１０９：光検知器。１１０：光検知器。１９９：光束。１９７：台。１９６：金属蓋。１７７発散、または、収束光。３００：ステム基板。３１０：波長ロッカ内蔵送信モジュール。３２０：合波器。３３０：ファイバ。３４０：中継器。３５０：分波器。３６０：受信モジュール。４０１：熱電子冷却素子。４０２：温度制御回路。４０３：サーミスタ。７００：パッケージ。７０１：基板。７０２：サブアセンブリ。
Claims (4)
- 基板と、
半導体レーザ装置と、
前記半導体レーザ装置よりの射出光を、透過光と反射光とに分割する光路分割器と、
少なくとも前記半導体レーザ装置と共に前記基板上に設けられ且つ前記光路分割器よりの透過光を透過するエタロンと、
前記エタロンを透過してくる光を受光する第１の光検出手段と、
前記光路分割器よりの反射光を受光する第２の光検出手段と、
前記エタロンと前記半導体レーザ装置の温度を、前記基板を介して所定温度範囲に制御するための温度制御手段と、
前記温度制御手段を制御する温度制御回路と、
前記第１の光検出手段と前記第２の光検出手段とで検出された、各々の光電流の差を検出する電子回路と、を有し、
前記温度制御手段は、当該温度制御手段が前記温度制御回路に接続するか、前記各々の光電流の差を検出する電子回路に接続するかを切り換えるスイッチに接続され、
前記スイッチは、前記温度制御手段が、前記温度制御手回路への接続から、前記各々の光電流の差を検出する電子回路への接続に、切り替えが行われた場合、前記第１の光検出手段と前記第２の光検出手段とで検出された各々の光電流の差が零あるいは所定一定値になるように、前記温度制御手段は前記エタロンと前記半導体レーザ装置の温度を制御し、且つ
前記エタロンの前記基板への固定端から前記エタロンを透過する前記第１の光束の光軸までの距離にうち最短距離ｈが１／ｅ ２ ×（ビーム半径ａ）（ここでｅは自然対数、１／ｅ ２ ×（ビーム半径ａ）とは前記レーザ光の光強度分布がピーク強度に対して１／ｅ ２ となる強度をたどった時に生じる円の半径）の（１／２０）倍以上２倍以下であることを特徴とする光モジュール。 - 前記エタロンは直方体状の形状を有し、前記基板上の設けられた前記エタロンの前記基板と接する面に対向する面の上を前記第２の光束が通過するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
- 前記基板は凸部を有し、前記凸部上に前記エタロンが設けられ、前記半導体レーザ装置は前記基板の前記凸部以外の部分に台座を介して設けられていることを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
- レーザ光源からの出射光の一部を第１の光束としてエタロンを透過させて第１の光検出手段に導くように構成し、前記出力光の他の少なくとも一部を第２の光束としてそのエタロンを透過することなく第２の光検出手段に導くように構成し、前記第１、第２の光検出手段で検出された前記第１、第２の光電流の差を波長誤差信号とし、且つ
前記レーザ光源および前記エタロンは基板上に設けられ、
前記基板を介して前記レーザ光源および前記エタロンの温度を所定に温度制御するための温度制御手段を有し、
前記波長誤差信号は、前記温度制御手段に入力され、当該入力信号に基づき前記温度制御手段が、前記波長誤差信号の値が零あるいは所定一定値になるように、前記エタロンと前記半導体レーザ装置の温度を制御して、前記レーザ光源の発振周波数を所定値に維持するようになされ、且つ
前記エタロンの前記基板への固定端から前記エタロンを透過する前記第１の光束の光軸までの距離にうち最短距離ｈが１／ｅ ２ ×（ビーム半径ａ）（ここでｅは自然対数、１／ｅ ２ ×（ビーム半径ａ）とは前記レーザ光の光強度分布がピーク強度に対して１／ｅ ２ となる強度をたどった時に生じる円の半径）の（１／２０）倍以上２倍以下であることを特徴とする光モジュール。
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