JP5183013B2 - レーザモジュールおよび外部共振型レーザの波長制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザモジュール、レーザモジュールの制御装置、レーザモジュールの制御データ、光通信装置および外部共振型レーザの波長制御方法に関する。

近年、半導体レーザを応用した情報処理機器等が開発されている。この半導体レーザには、波長の可変性、安定性等の高品質な特性が要求される。そこで、半導体光増幅器と外部ミラーとの間に、傾きが可変である波長選択用エタロンを設ける技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

この技術によれば、波長選択用エタロンの傾きを変化させることにより、エタロンを透過する光のピーク波長が変化する。それにより、半導体光増幅器の有効ゲイン内にエタロン透過光のピーク波長が一つ入る。その結果、エタロン透過光のピーク波長で半導体光増幅器の出力波長が決定される。

特開２００３−１５２２７５号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、半導体光増幅器の有効ゲイン内にエタロン透過光のピーク波長が一つ入るようにエタロンの自由スペクトル幅（ＦＳＲ：Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ）を大きくすると、エタロン透過光ピークの半値幅が広くなる。一方、エタロン透過光ピークの半値幅を狭くするためにエタロンの自由スペクトル幅を小さくすると、半導体光増幅器の有効ゲイン内のエタロン透過光ピークが複数になる。その結果、半導体光増幅器の出力波長の選択精度が悪くなる。

本発明は、出力光波長の選択精度が良好なレーザモジュールおよび外部共振型レーザの波長制御方法を提供することを目的とする。

本発明に係るレーザモジュールは、半導体光増幅器と、透過特性に周期的な波長ピークを有し、周期的な波長ピークは可変であり、半導体光増幅器からの光を透過する第１のエタロンと、半導体光増幅器を含む外部共振型レーザの外部ミラーとして機能し、所望の反射光の中心波長の実質的に１／４の厚さの誘電体が複数積層された構成を有することによって、半導体光増幅器が有する有効ゲイン帯域の一部の波長について相対的に高い反射強度を有する波長選択ミラーと、半導体光増幅器と波長選択ミラーとの間に、所定の波長帯域で複数のチャネルを実現するために当該所定の波長帯域において透過特性に周期的な波長ピークを有しかつ周期的な波長ピークが固定されている第２のエタロンと、を備え、第２のエタロンの周期的な波長ピークの周期は、第１のエタロンの周期的な波長ピークの周期と異なり、波長選択ミラーが相対的に高い反射強度を有する反射帯域幅は、前記所定の波長帯域をカバーし、第１のエタロンの波長ピーク間隔よりも小さく、波長選択ミラーが相対的に高い反射強度を有する反射帯域は、有効ゲイン帯域に１つ含まれ、第１のエタロンの周期的な波長ピークは、半導体光増幅器の有効ゲイン内に複数存在することを特徴とするものである。

本発明に係るレーザモジュールにおいては、光増幅器により光が増幅され、第１のエタロンにより光増幅器からの光に周期的な波長ピークが持たされ、波長選択ミラーにより有効ゲイン帯域の一部の波長が反射される。この場合、第１のエタロンを透過する光のピーク波長が波長選択ミラーにより限定される。したがって、本発明に係るレーザモジュールの出力光の波長選択精度が向上する。

第１のエタロンは、印加される電圧に応じて屈折率が変化する液晶を含み、第１のエタロンの周期的な波長ピークは、液晶に印加される電圧によって変化してもよい。この場合、第１のエタロンに電圧を印加することにより、所望のピーク波長を有する光を波長選択ミラーによって反射させることができる。

半導体光増幅器と波長選択ミラーとの間に、屈折率が変化することによって、透過する光の位相を制御する位相調節器をさらに備えていてもよい。この場合、第１のエタロンおよび第２のエタロンを透過する光のピーク波長を調節することができる。それにより、波長選択精度をさらに向上させることができる。

位相調節器は、半導体光増幅器に一体的に設けられた半導体により構成されていてもよい。また、半導体光増幅器、波長選択ミラーおよび第１のエタロンが配置される温度制御装置をさらに備えていてもよい。この場合、半導体光増幅器、波長選択ミラーおよびエタロンの温度を一定に保つことができる。それにより、波長選択精度をさらに向上させることができる。

外部共振型レーザの出力波長を検知する波長検知部をさらに備え、位相調節器の屈折率は、波長検知部の検知結果に応じて変化してもよい。この場合、第１のエタロンおよび第２のエタロンを透過する光のピーク波長を正確に調節することができる。それにより、波長選択精度をさらに向上させることができる。

出力光の透過および遮断を行うシャッタをさらに備えていてもよい。また、シャッタは、液晶を含み、液晶に印加される電圧に応じて出力光の透過および遮断を行ってもよい。この場合、レーザ光の波長、出力、位相等の調整を行う際に不安定なレーザ光の外部出力を停止させることができる。

反射帯域においては、第１のエタロンを透過する光のピーク波長および第２のエタロンを透過する光のピーク波長は１つであり、第１のエタロンを透過する光のピーク波長の少なくとも一部と第２のエタロンを透過する光のピーク波長の少なくとも一部とが重複してもよい。この場合、第１のエタロンおよび第２のエタロンを透過する光のピーク波長の半値幅が減少する。それにより、波長選択精度をさらに向上させることができる。

本発明に係る外部共振型レーザの波長制御方法は、半導体光増幅器と、透過特性に周期的な波長ピークを有し、周期的な波長ピークは可変であり、半導体光増幅器からの光を透過する第１のエタロンと、半導体光増幅器を含む外部共振型レーザの外部ミラーとして機能し、所望の反射光の中心波長の実質的に１／４の厚さの誘電体が複数積層された構成を有することによって、半導体光増幅器が有する有効ゲイン帯域の一部の波長について相対的に高い反射強度を有する波長選択ミラーと、半導体光増幅器と波長選択ミラーとの間に、所定の波長帯域で複数のチャネルを実現するために当該所定の波長帯域において透過特性に周期的な波長ピークを有しかつ周期的な波長ピークが固定されている第２のエタロンと、を備え、第１のエタロンの周期的な波長ピークが半導体光増幅器の有効ゲイン内に複数存在する外部共振型レーザの波長制御方法であって、第２のエタロンの周期的な波長ピークの周期は、第１のエタロンの周期的な波長ピークの周期と異なり、波長選択ミラーが相対的に高い反射強度を有する反射帯域幅は、前記所定の波長帯域をカバーし、第１のエタロンの波長ピーク間隔よりも小さく、波長選択ミラーが相対的に高い反射強度を有する反射帯域は、有効ゲイン帯域に１つ含まれ、半導体光増幅器の有効ゲイン帯域と波長選択ミラーが相対的に高い反射強度を持つ反射帯域との帯域重複範囲内に第１のエタロンの周期的な波長ピークが１つ存在するように第１のエタロンを制御することによってレーザ発振を行わせることを特徴とするものである。

本発明に係る外部共振型レーザの波長制御方法においては、光増幅器により光が増幅され、エタロンにより光増幅器からの光に周期的な波長ピークが持たされ、波長選択ミラーにより有効ゲイン帯域の一部の波長が反射され、その反射光の一部が外部に出力される。また、光増幅器の有効ゲイン帯域と波長選択ミラーの反射帯域との帯域重複範囲内にエタロンの透過波長ピークが存在するようにエタロンが制御される。この場合、エタロンを透過する光のピーク波長が波長選択ミラーの反射により限定される。したがって、出力光の波長選択精度が向上する。

外部共振型レーザの出力光の強度を検知し、出力光の強度に基づいて半導体光増幅器のゲインを制御することによって、出力光の強度を所望の値にしてもよい。この場合、所望の光強度を有する光を出力することができる。

外部共振型レーザの出力光の波長を検知し、出力光の波長に基づいて外部共振型レーザ内の屈折率を制御することによって、出力光の波長を所望の値に制御してもよい。この場合、所望の波長を有する光を出力することができる。

外部共振型レーザ内の屈折率の制御は、エタロンまたは半導体光増幅器の温度を制御することによりなされてもよい。この場合、出力光のピーク波長を正確に調節することができる。それにより、波長選択精度をさらに向上させることができる。

外部共振型レーザは、屈折率が変化することによって透過光の位相を制御する位相調節器をさらに備え、外部共振型レーザ内の屈折率の制御は、位相調整器によりなされてもよい。この場合、出力光のピーク波長を正確に調節することができる。それにより、波長選択精度をさらに向上させることができる。

本発明によれば、レーザモジュールの出力光の波長選択精度を向上させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は、第１実施例に係る光通信装置を説明する模式図である。図１（ａ）は光通信装置の全体構成図であり、図１（ｂ）は波長選択ミラー４の模式的断面図である。図１（ａ）に示すように、レーザモジュール１００は、半導体光増幅器１、レンズ２、エタロン３および波長選択ミラー４を備える。このレーザモジュール１００に対して各種制御をなす制御部５が組み合わされることで、本実施例の光通信装置が構成される。レンズ２、エタロン３および波長選択ミラー４は、半導体光増幅器１の後方に順に配置されている。

半導体光増幅器１は、所定の有効波長帯域を有する入力光にゲインを与えてレーザ光を出力する。半導体光増幅器１の前部にはミラー６が設けられている。それにより、半導体光増幅器１により出力されたレーザ光はミラー６により反射され、半導体光増幅器１の後部からレンズ２に対して射出される。レンズ２は、入射光を平行光化する。それにより、半導体光増幅器１の後部から射出されたレーザ光を平行光化してエタロン３に与える。

エタロン３は、所定の波長周期で光を透過するバンドパスフィルタからなる。それにより、エタロン３に入射された光は、所定の周期の波長ピークを有する光となってエタロン３から射出される。以下、エタロン３の透過波長の波長ピークのことをエタロンピークと呼ぶ。また、エタロン３は、入射光に対する傾きに応じて、エタロンピークの波長を変化させる。さらに、エタロン３は、制御部５の指示に従って入射光に対する傾きを変化させる。エタロン３を透過した光は、波長選択ミラー４に与えられる。

図１（ｂ）に示すように、波長選択ミラー４は、例えば、酸化シリコンからなる誘電体膜４ａおよび酸化チタンからなる誘電体膜４ｂが複数積層された構造を有する。波長選択ミラー４により反射させる所望の反射光の中心波長をλとすると、誘電体膜４ａ，４ｂは、所望の光学的膜厚（例えば、λ／４）を有する。この場合、各誘電体膜４ａ，４ｂの界面に入射された光のうち波長λの光は相互に強めあう。それにより、波長λの光の反射率が高くなる。また、各誘電体膜４ａ，４ｂの界面に入射された光のうち波長λ近傍の波長の光も相互に強めあう。その結果、波長選択ミラー４は、波長λを中心にその近傍の波長帯域の光を反射する。以上のことから、波長選択ミラー４は、レンズ２から与えられたレーザ光のうち所望の波長範囲のレーザ光を反射する。

なお、波長選択ミラー４は、所定の波長帯域において強い反射率を有し、実質的に中心波長のλ／４付近において反射するものであればよい。したがって、各誘電体膜４ａ，４ｂの組合せは任意に改変することが可能である。この場合、波長選択ミラーを構成する各誘電体膜４ａ，４ｂは、屈折率が異なる同じ材料からなるものであってもよい。

制御部５は、外部から所定の波長を選択する波長選択命令（図示せず）を受けると、波長を選択するためにエタロン３の傾きを設定する。なお、本実施例においては制御部５によりエタロン３の傾きが設定されるが、制御部５は必ずしも必要ではない。例えば、使用者がエタロン３の傾きを設定することもできる。

図２は、レーザモジュール１００内において共振するレーザ光を説明する図である。図２（ａ）は半導体光増幅器１によって射出されるレーザ光の波長幅を示す図であり、図２（ｂ）はエタロン３の透過特性を示す図であり、図２（ｃ）は波長選択ミラー４により反射されるレーザ光の波長帯域を示す図であり、図２（ｄ）はレーザモジュール１００内を共振するレーザ光の波長ピークを示す図である。

図２（ａ）〜図２（ｄ）の横軸はレーザ光の波長を示し、図２（ａ）の縦軸は半導体光増幅器１のゲインを示し、図２（ｂ）の縦軸はエタロン３を透過する光の強度を示し、図２（ｃ）の縦軸は波長選択ミラー４により反射される光の強度を示し、図２（ｄ）の縦軸はレーザモジュール１００内を共振するレーザ光の強度を示す。

図２（ａ）に示すように、半導体光増幅器１によって射出されるレーザ光のゲインは、所定の波長幅を有する。この波長幅のうち、所定のゲイン値以上となる範囲の波長幅を有効ゲイン帯域と呼ぶ。図２（ｂ）の実線に示すように、エタロン３の透過波長は、所定の周期で複数のピークを有する。この周期のことを自由スペクトル幅という。本実施例においては、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、エタロン３の透過波長ピークは有効ゲイン帯域内に複数存在する。

しかし、図２（ｃ）に示すように、本実施例に係る波長選択ミラー４は、波長選択ミラー４により反射されるレーザ光の強度が所定の反射帯域幅Ｒ内においてのみ大きくなるように構成されている。

このため、図２（ｄ）に示すように、反射帯域幅Ｒ内に含まれるエタロンピークを１つにすることができ、レーザモジュール１００内を共振可能な波長が一つになる。以上のことから、レーザモジュール１００の出力波長の選択精度が向上する。なお、本実施例においては、半導体光増幅器１の有効ゲイン帯域内に選択ミラー４の反射帯域幅Ｒが収まる場合を説明しているが、波長選択ミラー４は、反射帯域幅Ｒが最大でもエタロン３の自由スペクトル幅の２倍未満になるように構成されていてもよい。この場合、エタロン３を適宜制御して、不所望のエタロンピークが反射帯域幅Ｒ内に入らないようにすれば、反射帯域幅Ｒ内に含まれるエタロンピークを１つにすることができる。なお、反射帯域幅Ｒがエタロン３の自由スペクトル幅の２倍以上になると、半導体光増幅器１の有効ゲイン帯域および反射帯域幅Ｒの両方にエタロン３のエタロンピークが常に複数存在することになる。

ところで、反射帯域幅Ｒの波長幅を自由スペクトル幅の２倍よりも大きく設定することも可能である。この場合、エタロン３のエタロンピークの波長を変化させても反射帯域幅Ｒ内にエタロンピークが複数含まれることになる。しかしながら、反射帯域幅Ｒの端部が半導体光増幅器１の有効ゲイン帯域外になるように波長選択ミラー４の各誘電体膜４ａ，４ｂの膜厚を組合せ、かつ、反射帯域幅Ｒと有効ゲイン帯域との重複波長範囲が自由スペクトル幅の２倍よりも小さくなるようにすることにより、反射帯域幅Ｒ内に存在するエタロンピークが１つになる。したがって、レーザモジュール１００内を共振するレーザ光のピーク波長は一つになる。

本実施例においては、エタロンピークの波長が入射光に対する傾きにより変化するエタロンを用いているが、それに限られない。例えば、印加される電圧に応じてエタロンピークの波長が変化するエタロンを用いてもよいし、温度変化によりエタロンピークの波長が変化するエタロンを用いてもよい。

本実施例においては、半導体光増幅器１が光増幅器に相当し、エタロン３が第１のエタロンまたはエタロンに相当する。

図３は、第２実施例に係るレーザモジュール１００ａの模式図である。レーザモジュール１００ａが図１のレーザモジュール１００と異なる点は、エタロン３の代わりに固定エタロン７が設けられている点である。ここで、固定エタロンとは、屈折率が一定であるエタロンである。固定エタロン７は、レーザモジュール１００ａ内に固定されている。固定エタロン７の共振器長は、固定エタロン７のエタロンピークが波長選択ミラー４の反射帯域幅Ｒに存在するように決定される。また、固定エタロン７の傾きは、固定エタロン７のエタロンピークが波長選択ミラー４の反射帯域幅Ｒに一つ存在するように設定されている。

図４は、レーザモジュール１００ａ内において共振するレーザ光を説明する図である。図４（ａ）は半導体光増幅器１によって射出されるレーザ光の波長幅を示す図であり、図４（ｂ）は固定エタロン７の透過特性を示す図であり、図４（ｃ）は波長選択ミラー４により反射されるレーザ光の波長帯域を示す図であり、図４（ｄ）はレーザモジュール１００ａ内を共振するレーザ光の波長ピークを示す図である。

図４（ａ）〜図４（ｄ）の横軸はレーザ光の波長を示し、図４（ａ）の縦軸は半導体光増幅器１のゲインを示し、図４（ｂ）の縦軸は固定エタロン７を透過する光の強度を示し、図４（ｃ）の縦軸は波長選択ミラー４により反射される光の強度を示し、図４（ｄ）の縦軸はレーザモジュール１００ａ内を共振するレーザ光の強度を示す。

図４（ｂ）に示すように、固定エタロン７のエタロンピークは、図４（ｃ）に示す波長選択ミラー４の反射帯域幅Ｒに一つ存在する。それにより、図４（ｄ）に示すように、レーザモジュール１００ａ内を共振するレーザ光のピーク波長が一つになる。以上のことから、レーザモジュール１００ａの出力波長の選択精度が向上する。

固定エタロン７は、共振器長が異なる他の固定エタロンに置き換えることが可能である。また、固定エタロン７の傾きは、固定エタロン７をレーザモジュール１００ａに固定する際に決定することができる。それにより、レーザモジュール１００ａの出力波長を任意に設定することができる。なお、後述する温度制御装置６０によりレーザモジュール１００ａの出力波長を調整することもできる。

また、固定エタロン７はレーザモジュール１００ａ内に固定されていることから、固定エタロン７の傾きを変化させるスペースおよび駆動装置が不要となる。したがって、レーザモジュール１００ａの構造が単純化される。

本実施例においては、固定エタロン７がエタロンに相当する。

図５は、第３実施例に係る光通信装置の模式図である。本実施例の光通信装置に採用されるレーザモジュール１００ｂが図１のレーザモジュール１００と異なる点は、エタロン３の代わりに液晶エタロン８，９がさらに設けられている点である。レーザモジュール１００ｂにおいては、半導体光増幅器１の後方に、レンズ２、液晶エタロン８、液晶エタロン９および波長選択ミラー４が順に配置されている。

液晶エタロン８，９は、所定の波長周期で光を透過する液晶型バンドパスフィルタからなる。液晶エタロン８，９の屈折率は、制御部５から液晶エタロン８，９の液晶に印加される電圧に応じて変化する。液晶エタロン８，９のエタロンピークの波長は、液晶エタロン８，９の屈折率が変化することにより変化する。

図６は、レーザモジュール１００ｂ内において共振するレーザ光を説明する図である。図６（ａ）は半導体光増幅器１によって射出されるレーザ光の波長幅を示す図であり、図６（ｂ）は液晶エタロン８の透過特性を示す図であり、図６（ｃ）は液晶エタロン９の透過特性を示す図であり、図６（ｄ）は液晶エタロン８および液晶エタロン９を透過する光の合成光を示す図であり、図６（ｅ）は波長選択ミラー４により反射されるレーザ光の波長帯域を示す図であり、図６（ｆ）はレーザモジュール１００ｂ内を共振するレーザ光の波長ピークを示す図である。

図６（ａ）〜図６（ｆ）の横軸はレーザ光の波長を示し、図６（ａ）の縦軸は半導体光増幅器１のゲインを示し、図６（ｂ）の縦軸は液晶エタロン８を透過する光の強度を示し、図６（ｃ）の縦軸は液晶エタロン９を透過する光の強度を示し、図６（ｄ）の縦軸は液晶エタロン８および液晶エタロン９を透過する光の強度を示し、図６（ｅ）の縦軸は波長選択ミラー４により反射される光の強度を示し、図６（ｆ）の縦軸はレーザモジュール１００ｂ内を共振するレーザ光の強度を示す。

図６（ｂ）、図６（ｃ）および図６（ｅ）に示すように、液晶エタロン８，９の自由スペクトル幅は、波長選択ミラー４の反射帯域幅Ｒの幅よりも大きく設定されている。この場合、液晶エタロン８，９を透過した光の波長ピークの半値幅が広くなる。

制御部５は、液晶エタロン８を透過するレーザ光のエタロンピークの少なくとも一部と液晶エタロン９を透過するレーザ光のエタロンピークの少なくとも一部とが重複するように、液晶エタロン８，９に印加する電圧を制御する。それにより、図６（ｄ）に示すように、液晶エタロン８，９を透過することにより合成されるレーザ光の波長ピークの半値幅は狭くなる。また、液晶エタロン８，９の自由スペクトル幅が波長選択ミラー４の反射帯域幅Ｒの幅よりも大きく設定されていることから、図６（ｆ）に示すように、レーザモジュール１００ｂ内に許容されるレーザ光のピーク波長は一つになる。以上のことから、レーザモジュール１００ｂの出力波長の選択精度が向上する。

なお、本実施例においては液晶エタロン８，９を用いているが、他のエタロンを用いることもできる。例えば、液晶エタロン８，９の代わりに図１のエタロン３を複数用いることができる。また、図６（ｂ）および図６（ｃ）のエタロンピークを有する固定エタロンを複数用いることもできる。さらに、温度変化に応じてエタロンピークの波長が変化するエタロンを複数用いることもできる。

本実施例においては、液晶エタロン８が第１のエタロンまたはエタロンに相当し、液晶エタロン９が第２のエタロンに相当する。

次に、第４実施例に係る光通信装置について説明する。本実施例の光通信装置の構成は、図５の光通信装置の構成と同じであるが、レーザモジュール１００ｂの液晶エタロン８，９の自由スペクトル幅が互いに異なっている。本実施例においては、バーニア効果を用いて波長を選択する。以下、詳細を説明する。

図７は、レーザモジュール１００ｂ内において共振するレーザ光の他の例を説明する図である。図７（ａ）は液晶エタロン８の透過特性を示す図であり、図７（ｂ）は液晶エタロン９の透過特性を示す図であり、図７（ｃ）はレーザモジュール１００ｂ内を共振するレーザ光の波長ピークを示す図である。

図７（ａ）〜図７（ｃ）の横軸はレーザ光の波長を示し、図７（ａ）の縦軸は液晶エタロン８を透過する光の強度を示し、図７（ｂ）は液晶エタロン９を透過する光の強度を示し、図７（ｃ）の縦軸は液晶エタロン８，９を透過した光の強度を示す。

図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、液晶エタロン８の自由スペクトル幅と液晶エタロン９の自由スペクトル幅とは異なっている。そのため、液晶エタロン８，９のエタロンピークの相対的な関係を変化させていくと、液晶エタロン８のエタロンピークと液晶エタロン９のエタロンピークとが一致する波長が変化する。液晶エタロン８のエタロンピークと液晶エタロン９のエタロンピークとの一致により共振光の波長が選択されるので、液晶エタロン８の自由スペクトル幅および液晶エタロン９の自由スペクトル幅のうち大きい方の自由スペクトル幅分の相対的な変化により、原理的に反射帯域幅Ｒ内のすべての液晶エタロン８，９のエタロンピークを選択することができる。したがって、わずかな可変幅で広い帯域の波長を選択することができる。本実施例においては、液晶エタロン８のエタロンピークと液晶エタロン９のエタロンピークとが重なる波長が波長選択ミラー４の反射帯域幅Ｒ内に一つ存在するように液晶エタロン８，９の自由スペクトル幅が設定されている。それにより、レーザモジュール１００ｂ内を共振するレーザ光のピーク波長は一つになる。以上のことから、レーザモジュール１００ｂの出力波長の選択精度が向上する。

本実施例においては、液晶エタロン８が第１のエタロンまたはエタロンに相当し、液晶エタロン９が第２のエタロンに相当する。また、本実施例においては液晶エタロンを複数用い、それぞれのエタロンピークを変化させているが、一方の液晶エタロンのエタロンピークを変化させることにより共振光の波長を選択することも可能である。また、一方の液晶エタロンを固定エタロンに置き換え、上述のバーニア効果により波長制御を行うことも可能である。

図８は、第５実施例に係る光通信装置の全体構成を示す模式図である。レーザモジュール１００ｃは、外部共振型レーザ１０、出力部２０、初期波長モニタ部３０、パワーモニタ部４０、波長ロッカ部５０および温度制御装置６０を備える。このレーザモジュール１００ｃに対して各種制御をなす制御部６０が接続されることで、本実施例の光通信装置が構成される。

外部共振型レーザ１０は、半導体光増幅器１１、レンズ１２、固定エタロン１３、液晶エタロン１４および波長選択ミラー１５を含み、半導体光増幅器１１の後方にレンズ１２、固定エタロン１３、液晶エタロン１４および波長選択ミラー１５が順に配置されている。

半導体光増幅器１１は、制御部７０の指示に従って、所定の有効波長帯域を有する入力光にゲインを与えてレーザ光を出力する。半導体光増幅器１１の前部にはミラー１６が設けられている。また、半導体光増幅器１１の後部には位相調整器１７が設けられている。本実施例の位相調整器１７および半導体光増幅器１１は互いに光導波路が接続され、同一基板上に集積化されている。位相調整器１７の屈折率は、制御部７０から与えられる電流に応じて変化する。位相調整器１７の屈折率が変化すると、位相調整器１７を透過する光のピーク波長の位相が変化する。

レンズ１２は、図１のレンズ２と同様に、半導体光増幅器１１から射出されたレーザ光を平行光化して固定エタロン１３に与える。固定エタロン１３は、所定の波長周期で光を透過するバンドパスフィルタからなる。それにより、固定エタロン１３に入射された光は、所定のピークを有する光となって固定エタロン１３から射出される。また、固定エタロン１３は、温度制御装置６０上に固定されている。そして、本実施例の固定エタロン１３は、Ｃバンドにおいて８８チャネルの波長を実現するものである。具体的には、Ｃバンドのうち、１５２８ｎｍ〜１５６３ｎｍの帯域（帯域幅３５ｍｍ）において、８８チャネルの波長を実現するように、その自由スペクトル幅が約０．４ｎｍに設定されている。

液晶エタロン１４は、所定の波長周期で光を透過する液晶型バンドパスフィルタからなる。液晶エタロン１４の屈折率は、制御部７０から印加される電圧に応じて変化する。液晶エタロン１４のエタロンピークの波長は、液晶エタロン１４の屈折率が変化することにより変化する。ここで、本実施例の波長選択ミラー１５は、図１の波長選択ミラー４と同様の構成を有しており、本実施例においては、その反射帯域幅Ｒが前記８８チャネルの帯域幅をカバーする３６ｎｍに設定されている。そして、液晶エタロン１４の自由スペクトル幅は、そのエタロンピークを前記波長選択ミラー１５の反射帯域内において１つに制限する必要があることから、前記波長選択ミラー１５の反射帯域幅Ｒである３６ｎｍよりも大きく設定されている。

なお、液晶エタロンは、周期的なエタロンピークが、その自由スペクトル幅とエタロンピークの可変幅とが一致するように設定されている。すなわち、本実施例の液晶エタロン１４の自由スペクトル幅は、前記のとおり波長選択ミラー１５の反射帯域幅Ｒよりも大きいので、液晶エタロン１４の可変幅は、波長選択ミラー１５の反射帯域全部をカバーすることになる。

出力部２０は、レンズ２１、ビームスプリッタ２２，２３およびシャッタ２４を含む。外部共振型レーザ１０から出力されたレーザ光は、レンズ２１に入射される。レンズ２１は、外部共振型レーザ１０から入射されたレーザ光を平行光化し、ビームスプリッタ２２に与える。

ビームスプリッタ２２は、レンズ２１から与えられたレーザ光の一部を透過してシャッタ２４に与えるとともに、レンズ２１から与えられたレーザ光の一部を反射してビームスプリッタ２３に与える。シャッタ２４は、例えば、液晶に電圧が印加されることにより光の透過および遮断を行うシャッタを用いることができる。シャッタ２４は、制御部７０の指示に従って、スプリッタ２２から与えられたレーザ光の外部への透過および遮断を行う。それにより、レーザモジュール１００ｃが出力するレーザの波長、出力パワー、位相等の調整を行う際に不安定なレーザ光の外部出力を停止することができる。ビームスプリッタ２３は、入射されたレーザ光の一部を透過してパワーモニタ部４０に与えるとともに、入射されたレーザ光の一部を反射して初期波長モニタ部３０に与える。

パワーモニタ部４０は、出力波長の強度を測定する光強度検知部として機能するものであり、光検知素子４１を含む。光検知素子４１は、ビームスプリッタ２３から与えられたレーザ光の光強度を測定し、制御部７０にその測定値を与える。制御部７０は、光検知素子４１から与えられた測定値に基づいて、半導体光増幅器１１のゲインを制御する。光検知素子４１に与えられるレーザ光の一部は、波長ロッカ部５０に与えられる。

波長ロッカ部５０は、出力波長を測定する波長検知部として機能するものであり、ロッカ用エタロン５１および光検知素子５２を含む。ロッカ用エタロン５１には光検知素子４１に与えられたレーザ光の一部が与えられる。ロッカ用エタロン５１に与えられたレーザ光は、所定の周期の波長ピークを有するレーザ光となって光検知素子５２に与えられる。光検知素子５２は、ロッカ用エタロン５１から与えられたレーザ光の光強度を測定し、制御部７０に測定結果を与える。制御部７０は、光検知素子５２から与えられる測定結果に基づいて、外部共振型レーザ１０から出力されているレーザ光の波長を計算する。また、制御部７０は、その計算結果に基づいて、外部共振型レーザ１０から出力されるレーザ光のピーク波長の位相が所望の位相になるように位相調整器１７の屈折率を制御する。

初期波長モニタ部３０は、フィルタ３１および光検知素子３２を含む。フィルタ３１は、ビームスプリッタ２３から与えられたレーザ光の絶対波長情報を強度情報に変換して光検知素子３２に与える。ここで、半導体光増幅器１１の電流値は、所定の光出力の値が得られるように、光検知素子４１の出力に基づいて制御されており、光検知素子３２は、フィルタ３１から与えられたレーザ光の光強度を測定し、その測定結果を制御部７０に与える。制御部７０は、光検知素子３２から与えられる測定結果に基づいて、光検知素子３２の出力値が所望のチャネルの初期波長に相当する値になるように液晶エタロン１４に印加する電圧を制御する。それにより、制御部７０は、光検知素子５２の測定結果に基づいて、外部共振型レーザ１０から出力されているレーザ光の波長を正確に計算することができる。

外部共振型レーザ１０、出力部２０、初期波長モニタ部３０、パワーモニタ部４０および波長ロッカ部５０は、温度制御装置６０上に配置されている。温度制御装置６０は、制御部７０の指示に従って、一定の温度を保持する。それにより、レーザモジュール１００ｃの温度が一定に保持され、レーザモジュール１００ｃから出力されるレーザ光の波長が安定化する。また、温度制御装置６０は、温度センサ（図示せず）を備える。この温度センサは、温度制御装置６０の温度を制御部７０に与える。なお、温度制御装置６０の温度を制御することにより、液晶エタロン１４およびロッカ用エタロン５１のエタロンピークを調整することもできる。

図９は、レーザモジュール１００ｃ内において共振するレーザ光を説明する図である。図９（ａ）は半導体光増幅器１１によって射出されるレーザ光の波長幅を示す図であり、図９（ｂ）は液晶エタロン１４の透過特性を示す図であり、図９（ｃ）は波長選択ミラー１５により反射されるレーザ光の波長帯域を示す図であり、図９（ｄ）は固定エタロン１３の透過特性を示す図であり、図９（ｅ）はレーザモジュール１００ｃ内を共振するレーザ光の波長ピークを示す図である。

図９（ａ）〜図９（ｅ）の横軸はレーザ光の波長を示し、図９（ａ）の縦軸は半導体光増幅器１１のゲインを示し、図９（ｂ）の縦軸は液晶エタロン１４を透過する光の強度を示し、図９（ｃ）の縦軸は波長選択ミラー１５により反射される光の強度を示し、図９（ｄ）の縦軸は固定エタロン１３を透過する光の強度を示し、図９（ｅ）の縦軸はレーザモジュール１００ｃ内を共振するレーザ光の強度を示す。

図９（ｅ）に示すように、レーザモジュール１００ｃにおいては、固定エタロン１３のエタロンピークと液晶エタロン１４のエタロンピークとが一致することによって波長が選択されることから、レーザモジュール１００ｃの出力波長の選択精度が向上する。

図１０は、レーザモジュール１００ｃの制御データ２００を説明する図である。図１０（ａ）は制御データ２００のテーブルを示し、図１０（ｂ）は制御データ２００が格納される記録媒体を示し、図１０（ｃ）は制御データ２００が利用者に送信される様子を示す図である。

図１０（ａ）に示すように、制御データ２００は、各チャネルごとに半導体光増幅器１１の制御電流値、位相調整器１７の制御電流値、液晶エタロン１４の制御電圧値および光検知素子３２，４１，５２のターゲット電流値を含む。これらのデータは、所望波長を出力しているときの値を事前に調べ記録して作成される。また、それぞれの電圧値および電流値は、固定エタロン１３の各チャネルごとに設定されている。制御データ２００は、波長選択命令により所定のチャネルが指示される際に制御部７０により参照され、制御部７０による半導体光増幅器１１、位相調整器１７および液晶エタロン１４の制御に用いられる。このように、あらかじめ設定されている制御データ２００に基づいてレーザモジュール１００ｃの制御を行うことができることから、レーザモジュール１００ｃが出力するレーザ光の波長の制御が容易になる。

また、図１０（ｂ）に示すように、制御データ２００は、記録媒体２０１に格納されている。記録媒体２０１としては、半導体メモリ、磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体を用いることができる。図８の制御部７０は、記録媒体２０１に格納されている制御データ２００を用いて、レーザモジュール１００ｃが出力するレーザ光の波長の制御を行う。また、図１０（ｃ）に示すように、制御データ２００は、インターネット２０２等の電子的送信手段により利用者があらかじめ準備する記録媒体に記録される。

本実施例においては、液晶エタロン１４が第１のエタロンまたはエタロンに相当し、固定エタロン１３が第２のエタロンに相当し、半導体光増幅器１１が光増幅器に相当し、位相調整器１７が位相調節器に相当し、光検知素子５１が光強度検知部に相当する。

第１実施例に係る光通信装置を説明する模式図である。 レーザモジュール内において共振するレーザ光を説明する図である。 第２実施例に係るレーザモジュールの模式図である。 レーザモジュール内において共振するレーザ光を説明する図である。 第３実施例に係る光通信装置の模式図である。 レーザモジュール内において共振するレーザ光を説明する図である。 レーザモジュール内において共振するレーザ光の他の例を説明する図である。 第５実施例に係る光通信装置の全体構成を示す模式図である。 レーザモジュール内において共振するレーザ光を説明する図である。 レーザモジュールの制御データを説明する図である。

符号の説明

１，１１ 半導体光増幅器
３ エタロン
４，１５ 波長選択ミラー
４ａ 誘電体膜
５，７０ 制御部
７，１３ 固定エタロン
８，９，１４ 液晶エタロン
１０ 外部共振型レーザ
１７ 位相調整器
２０ 出力部
２４ シャッタ
３０ 初期波長モニタ部
３２，４１，５２ 光検知素子
４０ パワーモニタ部
５０ 波長ロッカ部
６０ 温度制御装置
１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ レーザモジュール
２００ 制御データ
２０１ 記録媒体

Claims (14)

1. 半導体光増幅器と、
   透過特性に周期的な波長ピークを有し、前記周期的な波長ピークは可変であり、前記半導体光増幅器からの光を透過する第１のエタロンと、
   前記半導体光増幅器を含む外部共振型レーザの外部ミラーとして機能し、所望の反射光の中心波長の実質的に１／４の厚さの誘電体が複数積層された構成を有することによって、前記半導体光増幅器が有する有効ゲイン帯域の一部の波長について相対的に高い反射強度を有する波長選択ミラーと、
   前記半導体光増幅器と前記波長選択ミラーとの間に、所定の波長帯域で複数のチャネルを実現するために当該所定の波長帯域において透過特性に周期的な波長ピークを有しかつ前記周期的な波長ピークが固定されている第２のエタロンと、を備え、
   前記第２のエタロンの周期的な波長ピークの周期は、前記第１のエタロンの周期的な波長ピークの周期と異なり、
   前記波長選択ミラーが相対的に高い反射強度を有する反射帯域幅は、前記所定の波長帯域をカバーし、前記第１のエタロンの波長ピーク間隔よりも小さく、
   前記波長選択ミラーが相対的に高い反射強度を有する反射帯域は、前記有効ゲイン帯域に１つ含まれ、
   前記第１のエタロンの周期的な波長ピークは、前記半導体光増幅器の有効ゲイン内に複数存在することを特徴とするレーザモジュール。
2. 前記第１のエタロンは、印加される電圧に応じて屈折率が変化する液晶を含み、
   前記第１のエタロンの周期的な波長ピークは、前記液晶に印加される電圧によって変化することを特徴とする請求項１記載のレーザモジュール。
3. 前記半導体光増幅器と前記波長選択ミラーとの間に、屈折率が変化することによって、透過する光の位相を制御する位相調節器をさらに備えることを特徴とすることを特徴とする請求項１または２記載のレーザモジュール。
4. 前記位相調節器は、前記半導体光増幅器に一体的に設けられた半導体により構成されることを特徴とする請求項３記載のレーザモジュール。
5. 前記半導体光増幅器、前記波長選択ミラーおよび前記第１のエタロンが配置される温度制御装置をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のレーザモジュール。
6. 前記外部共振型レーザの出力波長を検知する波長検知部をさらに備え、
   前記位相調節器の屈折率は、前記波長検知部の検知結果に応じて変化することを特徴とする請求項３または４記載のレーザモジュール。
7. 出力光の透過および遮断を行うシャッタをさらに備える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。
8. 前記シャッタは、液晶を含み、前記液晶に印加される電圧に応じて出力光の透過および遮断を行うことを特徴とする請求項７記載のレーザモジュール。
9. 前記反射帯域においては、前記第１のエタロンを透過する光のピーク波長および前記第２のエタロンを透過する光のピーク波長は１つであり、前記第１のエタロンを透過する光のピーク波長の少なくとも一部と前記第２のエタロンを透過する光のピーク波長の少なくとも一部とが重複することを特徴とする請求項１記載のレーザモジュール。
10. 半導体光増幅器と、透過特性に周期的な波長ピークを有し、前記周期的な波長ピークは可変であり、前記半導体光増幅器からの光を透過する第１のエタロンと、前記半導体光増幅器を含む外部共振型レーザの外部ミラーとして機能し、所望の反射光の中心波長の実質的に１／４の厚さの誘電体が複数積層された構成を有することによって、前記半導体光増幅器が有する有効ゲイン帯域の一部の波長について相対的に高い反射強度を有する波長選択ミラーと、前記半導体光増幅器と前記波長選択ミラーとの間に、所定の波長帯域で複数のチャネルを実現するために当該所定の波長帯域において透過特性に周期的な波長ピークを有しかつ前記周期的な波長ピークが固定されている第２のエタロンと、を備え、前記第１のエタロンの周期的な波長ピークが前記半導体光増幅器の有効ゲイン内に複数存在する外部共振型レーザの波長制御方法であって、
    前記第２のエタロンの周期的な波長ピークの周期は、前記第１のエタロンの周期的な波長ピークの周期と異なり、
    前記波長選択ミラーが相対的に高い反射強度を有する反射帯域幅は、前記所定の波長帯域をカバーし、前記第１のエタロンの波長ピーク間隔よりも小さく、
    前記波長選択ミラーが相対的に高い反射強度を有する反射帯域は、前記有効ゲイン帯域に１つ含まれ、
    前記半導体光増幅器の有効ゲイン帯域と前記波長選択ミラーが相対的に高い反射強度を持つ反射帯域との帯域重複範囲内に前記第１のエタロンの周期的な波長ピークが１つ存在するように前記第１のエタロンを制御することによってレーザ発振を行わせることを特徴とする外部共振型レーザの波長制御方法。
11. 前記外部共振型レーザの出力光の強度を検知し、前記出力光の強度に基づいて前記半導体光増幅器のゲインを制御することによって、前記出力光の強度を所望の値にすることを特徴とする請求項１０記載の外部共振型レーザの波長制御方法。
12. 前記外部共振型レーザの出力光の波長を検知し、前記出力光の波長に基づいて前記外部共振型レーザ内の屈折率を制御することによって、前記出力光の波長を所望の値に制御することを特徴とする請求項１０記載の外部共振型レーザの波長制御方法。
13. 前記外部共振型レーザ内の屈折率の制御は、前記第１のエタロンまたは前記半導体光増幅器の温度を制御することによりなされることを特徴とする請求項１２記載の外部共振型レーザの波長制御方法。
14. 前記外部共振型レーザは、屈折率が変化することによって透過光の位相を制御する位相調節器をさらに備え、
    前記外部共振型レーザ内の屈折率の制御は、前記位相調整器によりなされることを特徴とする請求項１３記載の外部共振型レーザの波長制御方法。

Images