JP4190749B2 - レーザモジュール - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光送信器に利用される半導体レーザモジュール、特に波長分割多重(WDM:Wavelength Division Multiplexing)システムに利用される光信号送信用のモジュール内部に波長モニタを内蔵するレーザモジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、高密度WDM光伝送システムが発展している。該システムでは50GHz,25GHzと、光信号の波長間隔が非常に狭くなってきているので、光信号同士のクロストークを防止するためには信号光源となるレーザモジュールにおいて、出力される光信号に非常に高い波長安定性が要求される。
【0003】
光信号の波長安定化を実現する技術として、波長モニタ部を設け、光信号の波長をモニタし、常にそれを一定に保つ(以下、波長ロッキングする、という)レーザモジュールが知られている。
波長モニタ部は、半導体レーザ素子から出射された光を2以上に分岐し、少なくとも一方を、所定波長の光を選択的に透過する光フィルタ内を透過させ、それぞれ光検出器で検出し、互いに比較することにより、波長を検知する。
【0004】
ここで波長モニタ部で使用される光フィルタは、ファブリペローエタロンで構成される。
ファブリペローエタロンは、図12に示すように、共振器長Lを有する共振部1の両側に、例えば誘電体多層膜からなるミラー2を形成し、該ミラー2間における光のファブリペロー共振により、図13のような波長弁別曲線によって示される波長対光透過率特性を得るものである。
【0005】
図13に示すように、ファブリペローエタロンは、光信号の波長間隔Δλと同じ周期を持った波長弁別曲線となるよう設計される必要がある。これまで、前記共振部1は入手容易で安価なSiO2で形成されたものを使用するのが一般的であった。
例えば50GHzの周期の波長弁別曲線のファブリペローエタロンを上記SiO2で構成するためには、共振器長2mmが必要とされ、25GHzの周期の場合には共振器長4mmが必要とされる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし現状、レーザモジュールのパッケージ内部は縦19mm×横8mm程度のスペースしかない。この形状は現在の技術標準に基づいて規定されており、将来的には種々変更される可能性があるものの、レーザモジュールの小型化の要望は強いので、上記のサイズからかけ離れてパッケージが大型化する可能性は少ない。
【0007】
しかるに該スペース内に半導体レーザ素子、波長モニタ部、光を光ファイバに入射させるためのレンズ等の光部品を収納する必要があるところ、狭い波長間隔における波長ロッキングを行う場合に、ファブリペローエタロンの共振部1としてSiO2を用いたのでは、パッケージ内に光部品が納まりきれなくなり、もし納まったとしてもレーザモジュールへの光部品組み込み時に光部品同士の接触などの可能性が高かった。
【0008】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、狭い波長間隔で波長ロッキングが可能であり、かつ光部品の組み込みが容易なレーザモジュールを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本願請求項1記載の発明は、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子から出力された光の波長変化を検出する波長モニタ部と、前記半導体レーザ素子および前記波長モニタ部の温度を調節する温度調節部と、を収納したパッケージからなる、レーザモジュールであって、
(I)前記波長モニタ部は、共振部がBi12GeO20により形成されたファブリペローエタロンで構成されている、所定波長の光を選択的に透過する光フィルタと、前記半導体レーザ素子の出射光を2方向に分岐させるビームスプリッタと、前記ビームスプリッタによって分岐された一方の光を受光する第1の光検出器と、前記ビームスプリッタによって分岐された他方の光を入射する前記光フィルタと、前記光フィルタを透過した光を受光する第2の光検出器と、を備え、前記第1の光検出器による検出結果と前記第2の光検出器による検出結果に基づいて前記半導体レーザ素子から出力されたレーザ光の波長変化を検出し、
(II)前記温度調節部は、第一の温度調節部と、該第一の温度調節部上に固定された第二の温度調節部とからなり、前記第一の温度調節部上に前記波長モニタ部が固定され、前記第二の温度調節部上に前記半導体レーザが固定され、
(III)前記第一温度調節部で温度を一定に制御することにより前記光フィルタの波長弁別特性を安定化させ、さらに前記第二の温度調節部での温度制御を可変にすることにより前記半導体レーザ素子の波長を所望の値に選択できるようにしたこと
を特徴とするレーザモジュールである。
【0010】
上記本発明のレーザモジュールにおいて、前記半導体レーザ素子の前方出射端面から出力された光を受光し伝送する光ファイバがパッケージ端部に取り付けられていてもよい。
【0011】
上記本発明のレーザモジュールにおいて、前記半導体レーザ素子の後方出射端面から出力された光の波長が前記波長モニタ部によって検出される構成であってもよい。
上記本発明のレーザモジュールにおいて、前記波長モニタ部は、前記半導体レーザ素子の後方光を2方向に分岐させるプリズムと、前記プリズムによって分岐された一方の光を受光する第1の光検出器と、前記プリズムによって分岐された他方の光を入射する前記光フィルタと、前記光フィルタを透過した光を受光する第2の光検出器と、を備え、前記第1の光検出器による検出結果と前記第2の光検出器による検出結果に基づいて前記半導体レーザ素子から出力されたレーザ光の波長変化を検出するものであってもよい。
【0012】
上記本発明のレーザモジュールは、前記半導体レーザ素子の前方出射端面から出力された光を前記光ファイバに入射させる第1レンズ、第2レンズを有するものであってもよい。
上記本発明のレーザモジュールは、第1レンズ、第2レンズの間に光アイソレータを有するものであってもよい。
【0013】
上記本発明のレーザモジュールにおいて、前記光フィルタの温度変化を検出する温度検出部を有し、光フィルタの温度が一定となるように温度制御を行ってもよい。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかるレーザモジュールの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。後述する本実施形態例のレーザモジュールに使用される光フィルタは、従来同様、図12に示したファブリペローエタロンで構成されている。
【0015】
ただしその共振部1は屈折率2.3以上の材質、すなわちSiO2(屈折率1.5)よりも屈折率が高い材質で構成されている点が従来と異なる。例えばSi(屈折率3.5)、Bi12GeO20(屈折率2.39)等が好適である。
共振部1をこのような材質で構成した場合、非常に短い共振器長Lで狭い波長間隔Δλの光フィルタを構成することができる。
【0016】
表1は、波長間隔Δλと共振器長Lとの関係を、本実施形態例の光フィルタにおいてSiやBi12GeO20を使用した場合と、従来技術のようにSiO2を使用した場合とで比較したものである。
【0017】
【表1】
【0018】
この表において同じ波長間隔Δλにおいて比較すると分かるように、SiやBi12GeO20を使用した場合には、SiO2を使用した場合の約半分近くまで共振器長Lを短くすることができる。
とくにBi12GeO20は、(1)温度に対する波長対光透過率特性の安定性が高い、(2)光に対する透明度が非常に高くわずかな光量でも波長モニタが可能である、(3)安価、(4)結晶異方性がないため、結晶方位による配置制限がない、という特徴を持ち、狭い波長間隔Δλでの波長ロッキングを行う光フィルタの共振部1として非常に好ましい。
【0019】
またSiは光学材料として非常に一般的で、容易に入手可能である点で好ましい。
このように高い屈折率を持った光フィルタを用いた場合の、50GHz,25GHzといった波長間隔Δλで波長ロッキングを行うレーザモジュールの構成例について以下に説明する。
【0020】
(レーザモジュールの構成例1)
レーザモジュールの構成例1について説明する。図1は、このレーザモジュールのレーザ出射方向における側面断面図であり、図2はその上面断面図である。図1、図2に示すレーザモジュール200は、半導体レーザ素子20から出射したレーザ光を受光し伝送する光ファイバ11を有する。光ファイバ11の先端部は、フェルール12によって保持した状態でパッケージ101のレーザ出射方向側端部の筒状部分101aの端面にスリーブ13を介して固定されている。
【0021】
また、パッケージ101の底面上には、第1サーモモジュール63と第2サーモモジュール64が近接されて配置されている。第1サーモモジュール63と第2サーモモジュール64は、通電させる電流の大きさおよび向きによってその表面の加熱および冷却が可能な装置であり、ペルチェ素子等で構成される。
第1サーモモジュール63上には、CuW等で作製されたベース30が載置され、さらにその上に、半導体レーザ素子20が搭載されたサブマウント34と、半導体レーザ素子20の前側端面から出力されたレーザ光を平行光にする平行レンズ33と、光ファイバ11側からの反射戻り光を阻止するための光アイソレータ32と、半導体レーザ素子20の後側端面から出力されたモニタ用のレーザ光を平行にする平行レンズ35と、が設けられる。
【0022】
またパッケージ101のレーザ出射方向側端部の筒状部分101aには前記平行光を光ファイバ11に結合する集光レンズ36が収納固定されている。
一方、第2サーモモジュール64上には、CuW等で作製されたベース50が載置され、さらにその上に、半導体レーザ素子20の後側端面から出力されたモニタ用のレーザ光を所定の角度で2方向に分岐させるプリズム51と、プリズム51によって分岐された光の一方を入射する光フィルタ52と、サブマウント53とが設けられる。また、サブマウント53の前面(レーザ出射方向面)には、プリズム51によって分岐された光の他方を受光する第1光検出器41と、光フィルタ52を透過した光を受光する第2光検出器42とが、同一平面上に設けられている。なお、第1光検出器41および第2光検出器42としては、フォトダイオードが用いられる。
【0023】
また、光フィルタ52の近傍には、光フィルタ52の温度を検出するサーミスタ54が設けられている。以下、半導体レーザ素子20から出射したレーザ光をモニタする光学部品(例えばここでは平行レンズ35、プリズム51、光フィルタ52、第1光検出器41、第2光検出器42、サーミスタ54)を波長モニタ部と称する。
【0024】
このレーザモジュール200では、上記した構成において、半導体レーザ素子20の前側端面から出力されたレーザ光は平行レンズ33、光アイソレータ32、集光レンズ36を介して光ファイバ11に伝送され、信号光として所望の用途に利用される。
光アイソレータ32により反射戻り光が防止されていることにより、半導体レーザ素子20のレーザ発振は安定に保たれている。
【0025】
以下に、このレーザモジュール200における温度制御について説明する。
まず、半導体レーザ素子20の後側端面から出力されたモニタ用のレーザ光は、平行レンズ35を経て、プリズム51によって2方向に分岐される。
プリズム51によって分岐された一方の光は、第1光検出器41によって電流に変換され、図示しない電流−電圧変換部によって参照電圧として用いられる。
【0026】
また、プリズム51によって分岐された他方の光は、光フィルタ52を通過し、第2光検出器42によって電流に変換され、図示しない電流−電圧変換部によって信号電圧として用いられる。よって、所望の波長の光が光フィルタ52を経ることで得られる信号電圧と、上記参照電圧との差分を基準電圧差とすると、実際の参照電圧と信号電圧との電圧差を上記した基準電圧差と比較することにより、波長のずれがわかることになる。なお電圧差ではなく電圧比を用いて波長のずれを検出することもできる。
【0027】
この波長のずれは、半導体レーザ素子20を温度変化させることで補正できるので、そのずれを補正するには、半導体レーザ素子20下部のサブマウント34を温度調節(冷却または加熱)すればよい。
そこで、上記比較によって得られた波長のずれを示す電圧を、図示しない制御部によって、第1サーモモジュール63の温度を制御する制御電圧として用い、第1サーモモジュール63を温度調節器として動作させる。これにより、半導体レーザ素子20は、第1サーモモジュール63、ベース30およびサブマウント34を介して温度調節され、波長変化を抑制するように、すなわち所望の波長のレーザ光が出力されるようにフィードバック制御される。
【0028】
ファブリペローエタロンで形成された光フィルタ52は、温度に依存して特性が変化するため、その温度を一定にしておくことが好ましい。そこで、図示しない制御部は、所望の温度とサーミスタ54によって検出された温度との差分を演算し、その差分に相当する電圧を制御電圧として第2サーモモジュール64の温度を制御する。これにより、光フィルタ52は、第2サーモモジュール64およびベース50を介して加熱または冷却され、所望の温度に安定する。
【0029】
このような動作により半導体レーザ素子20から出力されるレーザ光の波長が一定に保たれる。
以上の説明で分かるように、図1、図2に示すレーザモジュールは、半導体レーザ素子20から出射されるレーザ光の光軸方向において、半導体レーザ素子20の前側端部側、後側端部側のそれぞれに、とくに光軸方向に、非常に多数の光部品を配置して構成されている。一例として、各光部品の光軸方向の長さは以下のとおりである。
【0030】
平行レンズ33 1mm
光アイソレータ32 3mm
集光レンズ36 4mm
サブマウント34 2mm
平行レンズ35 2mm
プリズム51 2mm
サブマウント53 2mm
【0031】
よって従来技術のようにSiO2からなる共振部1で光フィルタ52を構成した場合には、狭い波長間隔Δλで、かつ既存のパッケージサイズで該レーザモジュールを構成しようとすると、光フィルタ52の共振器長が長く、他の光部品の分の配置スペースを占有してしまうので、光部品同士が接触する可能性がある。これに対し屈折率2.3以上の共振部1を用いた場合には、その共振器長LをSiO2の場合の約半分あるいはそれ以下と短くすることができるため、既存のレーザモジュール用のパッケージ101を用いて狭い波長間隔Δλで波長ロッキングを行う場合であっても、各光部品同士の間隔に余裕ができ、各光部品の組み込みを容易にすることができる。
【0032】
またレーザモジュールの構成例1では、波長モニタ部を、ビームスプリッタの一種であるプリズム51と、サブマウント53の同一平面上に配置された第1光検出器41および第2光検出器42とを含む構成としている。プリズムは、2つの傾斜面により1つのレーザ光を2分岐する単純な構成であり、傾斜面同士の角度設定により、レーザ光の分岐角度を任意に設定できるため、他のビームスプリッタに比べ、波長モニタ部の小型化が可能である。但し、プリズム51に替えて他のビームスプリッタ、例えばハーフミラーを配置し、そのハーフミラーにおける透過光と反射光をそれぞれ別サブマウント上に設けられた第1光検出器41および第2光検出器42で受光するようにしてもよい。
【0033】
さらに図3に示すように、第1サーモモジュール63,第2サーモモジュール64上にあった光学部品を全て第1サーモモジュール63上に配置する構成とすれば、さらにレーザモジュールの小型化に有利である。
【0034】
(レーザモジュールの構成例2)
次にレーザモジュールの構成例2について説明する。図4は、このレーザモジュールのレーザ出射方向における側面断面図である。なお、図4において、図1と共通する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
図4に示すレーザモジュール100では、パッケージ101の底面上に第1サーモモジュール61のみが配置される点と、光アイソレータ32を設置するベース31、第2サーモモジュール62および波長モニタ部を構成するベース50が第1サーモモジュール61上に設けられる点と、第2サーモモジュール62上に半導体レーザ素子20と平行レンズ33,35が配置される点が、図1に示すレーザモジュール200と異なる。
【0035】
図5は、レーザモジュール100のレーザ出射方向における上面断面図である。図5に示すように、サブマウント34上には、半導体レーザ素子20に加えて、その半導体レーザ素子20の温度を計測するサーミスタ21が設けられる。また、波長モニタ部に位置するサブマウント53の前面(レーザ出射方向面)には、プリズム51によって分岐された光の他方を受光する第1光検出器41と、光フィルタ52を透過した光を受光する第2光検出器42とが、同一平面上に設けられている。
【0036】
以下に、このレーザモジュール100における温度制御について説明する。図6は、該レーザモジュールの動作を説明するための説明図である。なお、ここでは、光フィルタ52の温度を計測するためのサーミスタ54を第1サーミスタ54と称し、半導体レーザ素子20の温度を計測するためのサーミスタ21を第2サーミスタ21と称する。
【0037】
まず、図6に示す第1制御部91は、第1サーミスタ54から出力された信号を入力することで、光フィルタ52の温度を検出する。そして、第1制御部91は、所望の温度と第1サーミスタ54によって検出された温度との差分を演算し、その差分に相当する電圧を制御電圧として第1サーモモジュール61の温度を一定に制御する。これにより、光フィルタ52は、第1サーモモジュール61およびベース50を介して加熱または冷却され、上記した所望の温度に安定する。すなわち、光フィルタ52の波長弁別特性を安定させることができる。
【0038】
また、図6に示す第2制御部92は、第2サーミスタ21から出力された信号を入力することで、半導体レーザ素子20の温度を検出する。第2制御部92には、半導体レーザ素子20の温度と発振する波長との関係が記憶されており、利用者は所望の波長を選択して設定する。これにより、第2制御部92は、その所望の波長に対応した温度となるように第2サーモモジュール62を制御する。
【0039】
一方、半導体レーザ素子20の後側端面から出力されたモニタ用のレーザ光は、平行レンズ35を経た後、プリズム51に異なる傾斜角度で形成された2つの傾斜面に入射されることによって第1光検出器41と第2光検出器42に向けて2方向に分岐される。プリズム51によって分岐された一方の光は、第1光検出器41によって電流に変換された後、図6に示す第2制御部92に入力される。
【0040】
また、プリズム51によって分岐された他方の光は、光フィルタ52を通過した後、第2光検出器42によって電流に変換され、図6に示す第2制御部92に入力される。
第2制御部92では、第1光検出器41から入力された電流を電圧に変換し、参照電圧として用い、第2光検出器42から入力された電流を電圧に変換して、信号電圧として用いる。ここで、第2制御部92は、利用者によって選択された所望の波長に対して、その波長の光が光フィルタ52を経ることで得られる信号電圧と、その波長の光が発振される際の上記参照電圧との差分を基準電圧差として記憶している。これにより、第2制御部92は、実際の参照電圧と信号電圧との電圧差を上記した基準電圧差と比較することで、波長のずれを検出することができる。
【0041】
そして、第2制御部92は、この波長のずれを示す電圧に基づいて、第2サーモモジュール62の温度を制御する。これにより、半導体レーザ素子20は、第1サーモモジュール62、ベース30およびサブマウント34を介して冷却または加熱される。すなわち、利用者によって選択された所望の波長に対して、波長ロッキングが行なわれる。
【0042】
また、図6に示す第3制御部93は、第1検出器41から出力された信号に基づいて、レーザ出力が一定となるように半導体レーザ素子20の注入電流を制御する。
つぎに、このレーザモジュールでの温度可変性能について説明する。ここでは一例として、第1サーモモジュール61および第2サーモモジュール62において制御可能な温度範囲を60℃とし、レーザモジュールのケースの温度仕様として−5℃〜70℃を要求するものとする。この場合、第1サーモモジュール61による温度可変範囲は10℃〜55℃となるため、第1制御部91によって、光フィルタ52の温度、すなわち第1サーモモジュール61の温度を例えば20℃に一定に保つことは十分可能である。
【0043】
この状態で、第2サーモモジュール62は、下段の第1サーモモジュール61の温度が上記したように一定に制御されていることから、その温度可変範囲を、従来に比べて飛躍的に広げることができる。例えば、上記例のように第1サーモモジュール61の温度が20℃である場合、第2サーモモジュール62の温度可変範囲は−40℃〜80℃となり、その幅は120℃にまで及ぶ。これは、第2サーモモジュール62上に設けられたサブマウント34を介して、半導体レーザ素子20の温度を120℃の範囲に亘って制御可能であることを意味する。
【0044】
半導体レーザ素子20の発振波長の温度依存性が0.1nm/℃程度であることから、半導体レーザ素子20の波長可変範囲は、0.1nm×120℃=12nmとなり、このレーザモジュールを適用するアプリケーションの範囲を広げることが可能になる。
このようなレーザモジュールの構成例2もレーザモジュールの構成例1の場合と同様に多数の光部品を組み込む必要があるが、屈折率2.3以上の共振部1を用いた光フィルタを用いているので、その共振器長LをSiO2の場合の約半分あるいはそれ以下に短くすることができる。したがって既存のレーザモジュール用のパッケージ101を用いて狭い波長間隔Δλで波長ロッキングを行う場合であっても、各光部品同士の間隔に余裕ができ、各光部品の組み込みを容易にすることができる。
【0045】
レーザモジュールの構成例2によれば、温度が一定に制御される第1サーモモジュール61上に光フィルタ52を設けているので、光フィルタ52と光アイソレータ32の波長弁別特性を安定させることができ、より精確な波長ロッキングを実現することができる。また、温度が一定に制御された第1サーモモジュール61上に第2サーモモジュール62を設けているので、第2サーモモジュール62の温度制御範囲を広げることができ、その第2サーモモジュール62上にベース30およびサブマウント34を介して設けられた半導体レーザ素子20の波長可変範囲を広げることが可能になる。
【0046】
なお図7に示すように、第2サーモモジュール62を第1サーモモジュール61の中央付近に配置することにより、第2サーモモジュール62で発生した熱を下段の第1サーモモジュール61で均等に吸熱することができ、これらサーモモジュールの性能を有効に利用することができる。したがって、第1サーモモジュール61における消費電力を低減させることができ、これは、同じ消費電力で温度可変範囲を広げること、すなわち半導体レーザ素子20の発振波長の可変範囲を広げることができるという効果をもたらす。
【0047】
また第2サーモモジュール62上に設ける部品を、半導体レーザ素子20が設けられたサブマウント34のみにすることで、第2サーモモジュール62の消費電力をも低減させることができる。
【0048】
(レーザモジュールの構成例3)
つぎに、レーザモジュールの構成例3について説明する。レーザモジュールの構成例2が、半導体レーザ素子20の後側端面から出力されたレーザ光を用いるように波長モニタ部を構成したのに対し、レーザモジュールの構成例3は、半導体レーザ素子20の前側端面から出力されたレーザ光を用いるように波長モニタ部を構成したことを特徴としている。
【0049】
図8は、このレーザモジュールのレーザ出射方向における側面断面図である。なお、図8において、図4と共通する部分には同一符号を付してその説明を省略する。図8に示すレーザモジュール140では、第1サーモモジュール61上に、ベース80、第2サーモモジュール64およびベース70が設けられている。ベース80上には、サブマウント81が設けられ、そのサブマウント81の前面(レーザ出射方向面)には、半導体レーザ素子20の後側端面から出力されたレーザ光を受光する光検出器82が設けられている。
【0050】
また、第2サーモモジュール64上には、ベース37が配置され、そのベース37上には、半導体レーザ素子20が設けられたサブマウント34と、半導体レーザ素子20の前側端面から出力されたレーザ光を光ファイバ11に結合する平行レンズ33とが設けられる。また、ベース70上には、光ファイバ11側から集光の反射戻り光を阻止するための光アイソレータ32と、サブマウント71と、サブマウント72とが設けられる。
【0051】
図9は、このレーザモジュールのレーザ出射方向における上面断面図である。図9に示すように、サブマウント34上には、半導体レーザ素子20に加えて、その半導体レーザ素子の温度を計測するサーミスタ21が設けられる。また、波長モニタ部に位置するベース70上には、光アイソレータ32を通過した光を透過させるとともにその入射方向に対してサブマウント72に向けて略90度に反射するハーフミラー78と、ハーフミラー78を透過した光を透過させるとともにその入射方向に対してサブマウント71に向けて略90度に反射するハーフミラー77と、ハーフミラー78によって反射された光を入射する光フィルタ75と、が設けられる。
【0052】
サブマウント71の前面には、ハーフミラー77によって反射された光を受光する第1光検出器73が設けられ、サブマウント72の前面には、光フィルタ75を通過した光を受光する第2光検出器74が設けられる。なお、第1光検出器73および第2光検出器74としてフォトダイオードが用いられる。
このレーザモジュール140における温度制御については、図6に示す第1光検出器41および第2光検出器42がそれぞれ上記した第1光検出器73および第2光検出器74に相当し、レーザモジュールの構成例2で説明した温度制御と同様に動作するのでここではその説明を省略する。なお、図9においては図示していないが、図6に示す第1サーミスタ54に相当するサーミスタが、光フィルタ75の近傍に配置される。
【0053】
また、図8および図9において、光検出器82は、半導体レーザ素子20の出力パワーをモニタするもので、その検出電流は、図6に示す第3制御部93に入力される。
以上に説明したとおり、レーザモジュールの構成例3はレーザモジュールの構成例1,2と異なり、波長モニタ部を、半導体レーザ素子20のレーザ出射前面(光ファイバ11側)に配置しているが、やはり多数の光部品を半導体レーザ素子20の光軸方向にならべた構成になっている。したがって屈折率2.3以上の共振部1を用いた光フィルタを用いることにより、その共振器長LをSiO2の場合の約半分あるいはそれ以下に短くすることができるため、既存のレーザモジュール用のパッケージ101を用いて狭い波長間隔Δλで波長ロッキングを行う場合であっても、各光部品同士の間隔に余裕ができ、各光部品の組み込みを容易にすることができる。
【0054】
またその他、光フィルタ52と光アイソレータ32の波長弁別特性を安定させることができ、より精確な波長ロッキングを実現することができる効果、半導体レーザ素子20の波長可変範囲を広げることが可能になる効果、プリズムを用いることによって波長モニタ部の小型化が可能である効果、などレーザモジュールの構成例1,2と同様の効果を得ることができる。
【0055】
(レーザモジュールの構成例4)
つぎに、レーザモジュールの構成例4について説明する。このレーザモジュールは、レーザモジュールの構成例2において、第2サーモモジュールとその第2サーモジュールに並置されるベース等との間に断熱性または絶縁性の遮蔽部材を介在させることを特徴としている。
【0056】
図10は、このレーザモジュールのレーザ出射方向における側面断面図である。なお、図10において、図4と共通する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。また、図11は、このレーザモジュールのレーザ出射方向における上面断面図である。なお、図11において、図2と共通する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【0057】
図10および図11において、それぞれ図4および図2と異なるのは、第2サーモモジュール62と波長モニタ部であるベース50との間に絶縁性または/および断熱性を有する遮蔽部材95が介在固定されている点である。
例えば、遮蔽部材95を絶縁性の材料で形成した場合には、第2サーモモジュール62とベース50とが電気的に接触して短絡してしまうのを防止することができる。また、遮蔽部材95を断熱性の材料で形成した場合には、第2サーモモジュール62で発生した熱が波長モニタ部であるベース50を介して光フィルタ52に伝達されることによって光フィルタ52の波長対光透過率特性が変動することを防止することができる。
【0058】
なお、絶縁性の材料としては、ガラエポ(ガラス繊維+エポキシ樹脂)、紙フェノール樹脂、ポリイミド、マイカ(雲母)、ガラス、エポキシ、ポリエチレン、テフロン(登録商標)などのセラミックや樹脂を用いることができる。また、断熱性の材料としては、ガラス繊維、セラミック繊維、ロックウール、発泡セメント、中空ガラスビーズ、発泡ウレタン、発泡ポリスチレンなどの多孔質体を用いることができる。さらに、遮蔽部材95としては、絶縁性と断熱性をともに有する材料が好ましいが、上記した材料はほとんどの場合、両特性を有する。
【0059】
なお、上記した遮蔽部材95は、さらに、光アイソレータ32が設けられるベース31と第2サーモモジュール62との間に介在固定することもできる。
以上に説明したとおり、レーザモジュールの構成例4によれば、第2サーモモジュール62とその近傍に並置された部品との間に絶縁性または断熱性の部材を介在固定するので、両者の電気的な短絡または不要な熱伝導を防止することができ、信頼性の高い動作または第2サーモモジュールの消費電力の低減を実現することができる。
【0060】
またレーザモジュールの構成例1によって得られる効果に加え、さらに光部品の組み込みが容易となり、レーザモジュールの小型化に有利である。
なお上記した例では、図4の構成に対して遮蔽部材95を用いる構成としたが、例えば図1の構成において第1サーモモジュール63と第2サーモモジュール64との間に部材95を挟着固定することによってレーザモジュールの小型化を図る等、他の構成に対しても同様に適用することができることは言うまでもない。
【0061】
なお、各実施の形態では、ビームスプリッタの一例としてプリズムやハーフミラーを示したが、他のビームスプリッタを用いることももちろん可能である。
【0062】
【発明の効果】
本発明によれば、屈折率2.3以上の共振部1を用いたファブリペ−ロエタロンで構成されている光フィルタを用いて波長モニタ部を構成することにより、狭い波長間隔で波長ロッキングが可能であり、かつ光部品の組み込みが容易なレーザモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態にかかるレーザモジュールの構成例1を示す側面断面図である。
【図2】本発明の実施形態にかかるレーザモジュールの構成例1を示す上面断面図である。
【図3】本発明の実施形態にかかるレーザモジュールの構成例1の変形例を示す側面断面図である。
【図4】本発明の実施形態にかかるレーザモジュールの構成例2を示す側面断面図である。
【図5】本発明の実施形態にかかるレーザモジュールの構成例2を示す上面断面図である。
【図6】本発明の実施形態にかかるレーザモジュールの構成例2の動作を説明するための説明図である。
【図7】本発明の実施形態にかかるレーザモジュールの構成例2の変形例を示す側面断面図である。
【図8】本発明の実施形態にかかるレーザモジュールの構成例3を示す上面断面図である。
【図9】本発明の実施形態にかかるレーザモジュールの構成例3を示す側面断面図である。
【図10】本発明の実施形態にかかるレーザモジュールの構成例4を示す側面断面図である。
【図11】本発明の実施形態にかかるレーザモジュールの構成例4を示す上面断面図である。
【図12】ファブリペローエタロンの構成図である。
【図13】ファブリペローエタロンによる波長弁別曲線の一例であり、横軸は波長、縦軸は光透過率を示す。
【符号の説明】
1 共振部
2 ミラー
11 光ファイバ
12 フェルール
13 スリーブ
20 半導体レーザ素子
21,54 サーミスタ
30,31,37,50,70,80 ベース
32 光アイソレータ
33,35 平行レンズ
36 集光レンズ
41,42,73,74,82 光検出器
51 プリズム
34,53,71,72,81 サブマウント
52 光フィルタ
61,63 第1サーモモジュール
62,64 第2サーモモジュール
91 第1制御部
92 第2制御部
93 第3制御部
75 光フィルタ
77,78 ハーフミラー
95 遮蔽部材
100,120,140,170,200 レーザモジュール
101 パッケージ
101a 筒状部分
Claims (7)
- 半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子から出力された光の波長変化を検出する波長モニタ部と、前記半導体レーザ素子および前記波長モニタ部の温度を調節する温度調節部と、を収納したパッケージからなる、レーザモジュールであって、
(I)前記波長モニタ部は、共振部がBi12GeO20により形成されたファブリペローエタロンで構成されている、所定波長の光を選択的に透過する光フィルタと、前記半導体レーザ素子の出射光を2方向に分岐させるビームスプリッタと、前記ビームスプリッタによって分岐された一方の光を受光する第1の光検出器と、前記ビームスプリッタによって分岐された他方の光を入射する前記光フィルタと、前記光フィルタを透過した光を受光する第2の光検出器と、を備え、前記第1の光検出器による検出結果と前記第2の光検出器による検出結果に基づいて前記半導体レーザ素子から出力されたレーザ光の波長変化を検出し、
(II)前記温度調節部は、第一の温度調節部と、該第一の温度調節部上に固定された第二の温度調節部とからなり、前記第一の温度調節部上に前記波長モニタ部が固定され、前記第二の温度調節部上に前記半導体レーザが固定され、
(III)前記第一温度調節部で温度を一定に制御することにより前記光フィルタの波長弁別特性を安定化させ、さらに前記第二の温度調節部での温度制御を可変にすることにより前記半導体レーザ素子の波長を所望の値に選択できるようにしたこと
を特徴とするレーザモジュール。 - 前記半導体レーザ素子の前方出射端面から出力された光を受光し伝送する光ファイバがパッケージ端部に取り付けられていることを特徴とする請求項1に記載のレーザモジュール。
- 前記半導体レーザ素子の後方出射端面から出力された光の波長が前記波長モニタ部によって検出されることを特徴とする請求項1または2に記載のレーザモジュール。
- 前記半導体レーザ素子の出射光は後方光であり、前記ビームスプリッタはプリズムであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のレーザモジュール。
- 前記半導体レーザ素子の前方出射端面から出力された光を前記光ファイバに入射させる第1レンズ、第2レンズを有することを特徴とする請求項2に記載のレーザモジュール。
- 第1レンズ、第2レンズの間に光アイソレータを有することを特徴とする請求項5に記載のレーザモジュール。
- 光フィルタの温度変化を検出する温度検出部を有し、光フィルタの温度が一定となるように温度制御を行うことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のレーザモジュール。
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