JP5275203B2

JP5275203B2 - Wavelength locker

Info

Publication number: JP5275203B2
Application number: JP2009239723A
Authority: JP
Inventors: 里江子佐藤; 和生笠谷
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2009-10-16
Filing date: 2009-10-16
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2029-10-16
Also published as: JP2011086832A

Description

本発明は、光通信用波長検出素子の素子構造に関し、特に独立温度制御型の波長ロッカーに関する。 The present invention relates to an element structure of a wavelength detection element for optical communication, and more particularly to an independent temperature control type wavelength locker.

近年の波長多重光通信技術（ＷＤＭ；Wavelength Division Multiplexing）の開発において、光通信用半導体レーザの発振波長は、１９３．１ＴＨｚ（１５５２．５２ｎｍ）を中心に１００ＧＨｚ間隔、または５０ＧＨｚ間隔で、ＩＴＵ−Ｔグリッド波長に、例えば＋／−２０ｐｍ以内という範囲で恒久的に安定化することが望まれている。このような技術要求に対し、光通信用半導体レーザモジュールの出力波長と光出力パワーを検出して制御する、波長ロッカー（wavelength locker）と呼ばれる機能素子を標準的に搭載している。 In the development of wavelength division multiplexing (WDM) in recent years, the oscillation wavelength of a semiconductor laser for optical communication is ITU-T at intervals of 100 GHz or 50 GHz centering around 193.1 THz (1552.52 nm). It is desired that the grid wavelength is permanently stabilized, for example, within a range of +/− 20 pm. In response to such technical requirements, a functional element called a wavelength locker that detects and controls the output wavelength and optical output power of the semiconductor laser module for optical communication is mounted as standard.

一般的な波長ロッカーの構成を図５に示す。波長ロッカーでは、図５に示すように、レーザ素子（図示せず）から出射した光（レーザビーム）１０７をキューブ型の２連ビームスプリッタ１０６などにより光出力用と波長検出用に切り出し、一方の光路にエタロン素子１０２を挿入し、エタロン素子１０２を通過した光１０７Ａとエタロン素子１０２を通過しない光１０７Ｂとをそれぞれ専用のフォトダイオード１０４，１０５で受光し、フォトダイオード１０４，１０５の出力からその波長と光出力を検出する方法をとっている。ここで、フォトダイオード１０４は波長検出用のフォトダイオードであり、フォトダイオード１０５は光出力モニター用のフォトダイオードである。 A typical wavelength locker configuration is shown in FIG. In the wavelength locker, as shown in FIG. 5, light (laser beam) 107 emitted from a laser element (not shown) is cut out for light output and wavelength detection by a cube-shaped double beam splitter 106 or the like. The etalon element 102 is inserted in the optical path, the light 107A that has passed through the etalon element 102 and the light 107B that has not passed through the etalon element 102 are received by the dedicated photodiodes 104 and 105, respectively, and the wavelength from the output of the photodiodes 104 and 105 And the method of detecting the light output. Here, the photodiode 104 is a wavelength detection photodiode, and the photodiode 105 is a light output monitoring photodiode.

一般的な波長の固定方法としては、以下に示す方法が採られる。エタロン素子を通過して生じるフォトダイオードの受光電流特性の一例を図６に示す。図６に示すように、波長（図６中の横軸）に対して、周期的に振幅が変化する光電流信号を検出できる。レーザダイオードの制御温度と駆動電流の設定によって、ある１つの波長が発生している条件下において、フォトダイオードの検出電流がある一定値（ロックポイント）になるように、レーザダイオードの制御温度に負帰還制御をかけることにより波長の固定を行っている（波長制御を電流で行う場合には、レーザダイオードの駆動電流に負帰還制御をかけることになる）。 As a general wavelength fixing method, the following method is adopted. An example of the light receiving current characteristic of the photodiode generated through the etalon element is shown in FIG. As shown in FIG. 6, it is possible to detect a photocurrent signal whose amplitude periodically changes with respect to the wavelength (horizontal axis in FIG. 6). By setting the laser diode control temperature and drive current, the laser diode control temperature is negative so that the detected current of the photodiode becomes a certain value (lock point) under the condition where a certain wavelength is generated. The wavelength is fixed by applying feedback control (when wavelength control is performed by current, negative feedback control is applied to the drive current of the laser diode).

このときロックポイントは、図６に示すように、検出電流値の最大値と最小値を結ぶ領域で、（最大値−最小値）／２の点を中心に約８５％の単一減少、または単一増加するような傾斜の大きい領域に設定する。これは、上記以外の領域（図６の最大値、最小値付近）では、検出電流値のある変化量に対して選択できる波長の範囲が広くなってしまい、高精度な波長制御が難しくなるためである。 At this time, as shown in FIG. 6, the lock point is a region connecting the maximum value and the minimum value of the detected current value, and a single decrease of about 85% around the point of (maximum value−minimum value) / 2, or It is set to a region with a large slope that increases by a single. This is because in a region other than the above (near the maximum and minimum values in FIG. 6), the range of wavelengths that can be selected for a certain amount of change in the detected current value is widened, making it difficult to control the wavelength with high accuracy. It is.

このようにロックポイントを前述の図６に示す傾斜の大きい領域に設定するため、エタロン素子温度を正確に調整する必要がある。 Thus, in order to set the lock point in the region with a large inclination shown in FIG. 6, it is necessary to accurately adjust the etalon element temperature.

ここで、従来の波長ロッカーのエタロン素子とサーミスタ素子の配置構成を図７に示す。波長ロッカーでは、図７に示すように、基板１０１にエタロン素子１０２が設けられ、エタロン素子１０２の近傍における基板１０１にサーミスタ素子１０３が直張りされている。基板１０１とサーミスタ素子１０３、および基板１０１とエタロン素子１０２の接着手段として、半田溶融や銀ペーストなどの熱伝導性の高い接着剤が挙げられる。ここで、エタロン素子１０２の光学共振器面１０２ａ，１０２ｂの断面形状は一般的には長方形であり、例えばエタロン素子の寸法比（底辺Ｗ７２：上辺Ｗ７１：高さＨ７０）は３：３：２である。 Here, FIG. 7 shows an arrangement configuration of an etalon element and a thermistor element of a conventional wavelength locker. In the wavelength locker, as shown in FIG. 7, an etalon element 102 is provided on a substrate 101, and a thermistor element 103 is directly stretched on the substrate 101 in the vicinity of the etalon element 102. As a bonding means between the substrate 101 and the thermistor element 103 and between the substrate 101 and the etalon element 102, an adhesive having high thermal conductivity such as solder melting or silver paste can be used. Here, the cross-sectional shape of the optical resonator surfaces 102a and 102b of the etalon element 102 is generally rectangular, and for example, the dimensional ratio of the etalon element (base W72: upper side W71: height H70) is 3: 3: 2. is there.

一般に波長ロッカーでは、環境温度が変化すると（例えば、０℃−７５℃）、筐体からの輻射熱などの影響によりエタロン素子の実温度が微小に変化し、エタロン素子の透過特性がシフトする。ここで、エタロン素子の実温度とは、エタロン素子の入射光軸高さ付近での温度のことである。このエタロン素子の実温度変化とサーミスタ素子によるモニター温度変化との間の相対差によって、モニター波長がドリフトするという問題がある。サーミスタ素子が基板に直張りされる場合には、実質的にエタロン素子の実温度変化分モニター波長がシフトする。ここで、図７に示すエタロン素子１０２が溶融石英で作製された場合の環境温度の変化に対するエタロン素子の実温度変化を図８に示す。この図８に示すように、環境温度０−７５℃でエタロン素子の実温度は４℃以上変化している（図中ΔＴ）。この場合モニター波長は、溶融石英エタロンの透過波長の温度変化率を約１０（ｐｍ／℃）とすると、１０（ｐｍ／℃）×４（℃）＝４０ｐｍ以上ドリフトすると予想される。
このようなモニター波長のドリフトを補償するために、サーミスタ素子を絶縁プレート上に搭載して、エタロン素子の近傍に設置する方法が用いられる（例えば、特許文献１参照）。絶縁プレートの寸法、特に高さは、絶縁プレートの材質によって決まる熱伝導率との関係により、環境温度が変化した際にエタロン素子の実温度変化と同様の変化をモニター温度が示す（エタロン素子の実温度とモニター温度の相対差を極小にする）ように設計される。 In general, in a wavelength locker, when the environmental temperature changes (for example, 0 ° C. to 75 ° C.), the actual temperature of the etalon element changes slightly due to the influence of radiant heat from the housing, and the transmission characteristics of the etalon element shift. Here, the actual temperature of the etalon element is a temperature in the vicinity of the incident optical axis height of the etalon element. There is a problem that the monitor wavelength drifts due to the relative difference between the actual temperature change of the etalon element and the monitor temperature change by the thermistor element. When the thermistor element is directly attached to the substrate, the monitor wavelength is substantially shifted by the actual temperature change of the etalon element. Here, FIG. 8 shows changes in the actual temperature of the etalon element with respect to changes in the environmental temperature when the etalon element 102 shown in FIG. 7 is made of fused silica. As shown in FIG. 8, the actual temperature of the etalon element changes by 4 ° C. or more at an environmental temperature of 0 to 75 ° C. (ΔT in the figure). In this case, if the temperature change rate of the transmission wavelength of the fused silica etalon is about 10 (pm / ° C.), the monitor wavelength is expected to drift 10 (pm / ° C.) × 4 (° C.) = 40 pm or more.
In order to compensate for the drift of the monitor wavelength, a method of mounting a thermistor element on an insulating plate and installing it near the etalon element is used (for example, see Patent Document 1). Due to the relationship with the thermal conductivity determined by the material of the insulating plate, the dimensions of the insulating plate, especially the height, when the environmental temperature changes, the monitor temperature shows the same change as the actual temperature change of the etalon element (the etalon element's It is designed to minimize the relative difference between the actual temperature and the monitor temperature.

特開２００４−１５３１７６号公報JP 2004-153176 A

しかしながら、上述した従来の方法においては、エタロン素子の材質変更の度に、サーミスタ素子を搭載する絶縁プレートの寸法を再設計する必要がある。これは、低コスト化の観点から望ましくない。 However, in the conventional method described above, it is necessary to redesign the dimensions of the insulating plate on which the thermistor element is mounted each time the material of the etalon element is changed. This is not desirable from the viewpoint of cost reduction.

従って、本発明は上述したような課題を解決するために為されたものであって、サーミスタ素子の搭載方法を変更することなく、環境温度の影響を受けにくい波長ロッカーを提供することを目的としている。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and aims to provide a wavelength locker that is not easily affected by environmental temperature without changing the mounting method of the thermistor element. Yes.

上述した課題を解決する第１の発明に係る波長ロッカーは、
波長ロッカー基板上でエタロン素子に隣接して配置されるサーミスタ素子により当該エタロン素子の温度を独立に制御する波長ロッカーであって
前記エタロン素子は、当該エタロン素子の上部と下部とで熱抵抗が異なり、上部より下部の熱抵抗が小さく形成されたものである
ことを特徴とする。 The wavelength locker according to the first invention for solving the above-described problem is as follows.
A wavelength locker that independently controls the temperature of the etalon element by a thermistor element disposed adjacent to the etalon element on the wavelength locker substrate, wherein the etalon element has different thermal resistance between the upper part and the lower part of the etalon element. The heat resistance in the lower part from the upper part is formed smaller.

上述した課題を解決する第２の発明に係る波長ロッカーは、
第１の発明に係る波長ロッカーであって、
前記エタロン素子の前記波長ロッカー基板と並行な切断面が、前記エタロン素子の上部より下部のほうが大きい形状である
ことを特徴とする。 The wavelength locker according to the second invention for solving the above-described problem is as follows.
A wavelength locker according to the first invention,
A cut surface of the etalon element parallel to the wavelength locker substrate has a shape in which the lower part is larger than the upper part of the etalon element.

上述した課題を解決する第３の発明に係る波長ロッカーは、
第１または第２の発明に係る波長ロッカーであって、
前記エタロン素子の光学共振器面と並行な切断面の形状が台形である
ことを特徴とする。 The wavelength locker according to the third invention for solving the above-described problem is as follows.
A wavelength locker according to the first or second invention,
The shape of the cut surface parallel to the optical resonator surface of the etalon element is a trapezoid.

上述した課題を解決する第４の発明に係る波長ロッカーは、
第１または第２の発明に係る波長ロッカーであって、
前記エタロン素子の光学共振器面と並行な切断面の形状が三角形である
ことを特徴とする。 The wavelength locker according to the fourth invention for solving the above-described problem is as follows.
A wavelength locker according to the first or second invention,
The shape of the cut surface parallel to the optical resonator surface of the etalon element is a triangle.

上述した課題を解決する第５の発明に係る波長ロッカーは、
第１乃至第４の発明の何れか１つに係る波長ロッカーであって、
前記エタロン素子が水晶製である
ことを特徴とする。 The wavelength locker according to the fifth invention for solving the above-described problem is as follows.
A wavelength locker according to any one of the first to fourth inventions,
The etalon element is made of quartz.

上述した課題を解決する第６の発明に係る波長ロッカーは、
第１乃至第４の発明の何れか１つに係る波長ロッカーであって、
前記エタロン素子が溶融石英製である
ことを特徴とする。 The wavelength locker according to the sixth invention for solving the above-described problem is as follows.
A wavelength locker according to any one of the first to fourth inventions,
The etalon element is made of fused silica.

本発明に係る波長ロッカーによれば、サーミスタ素子の搭載方法を変更することなく、環境温度の影響を受けにくいものとなる。これにより、動作が安定化する。 According to the wavelength locker of the present invention, it is difficult to be affected by the environmental temperature without changing the mounting method of the thermistor element. This stabilizes the operation.

本発明の第一番目の実施形態に係る波長ロッカーの構成図である。It is a block diagram of the wavelength locker which concerns on 1st embodiment of this invention. 本発明の第二番目の実施形態に係る波長ロッカーの構成図である。It is a block diagram of the wavelength locker which concerns on 2nd embodiment of this invention. エタロン素子の形状と温度変化量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the shape of an etalon element, and the amount of temperature changes. エタロン素子の形状と温度変化量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the shape of an etalon element, and the amount of temperature changes. 従来の波長ロッカーの構成図である。It is a block diagram of the conventional wavelength locker. エタロン素子の光の透過特性を表す図である。It is a figure showing the transmission characteristic of the light of an etalon element. 従来の波長ロッカーが具備するエタロン素子とサーミスタ素子の配置状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the arrangement | positioning state of the etalon element and thermistor element which the conventional wavelength locker comprises. 環境温度とエタロン中心温度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between environmental temperature and etalon center temperature.

本発明に係る波長ロッカーについて、各実施形態で具体的に説明する。 The wavelength locker according to the present invention will be specifically described in each embodiment.

［第一番目の実施形態］
本実施形態に係る波長ロッカーについて、図１を参照して説明する。 [First embodiment]
The wavelength locker according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

本実施形態に係る波長ロッカーは、固定波長または任意波長を出力する半導体レーザ光源モジュールの出力波長の負帰還制御をエタロン素子により行うものである。
波長ロッカーは、図１に示すように、基板（波長ロッカー基板）１１の上面１１ａに設けられたエタロン素子１２と、エタロン素子１２の近傍に配置され、基板１１の上面１１ａに半田溶融などにより直張りされたサーミスタ素子１３とを具備する。基板温度は一定である。ここでは、エタロン素子１２の入射光軸高さ中心は、エタロン素子１２の全高Ｈ１０の半分付近に設定されるものとする。 The wavelength locker according to this embodiment performs negative feedback control of an output wavelength of a semiconductor laser light source module that outputs a fixed wavelength or an arbitrary wavelength by an etalon element.
As shown in FIG. 1, the wavelength locker is disposed in the vicinity of the etalon element 12 provided on the upper surface 11a of the substrate (wavelength locker substrate) 11 and the etalon element 12, and is directly applied to the upper surface 11a of the substrate 11 by solder melting or the like. And a thermistor element 13 stretched. The substrate temperature is constant. Here, it is assumed that the center of the incident optical axis height of the etalon element 12 is set in the vicinity of half of the total height H10 of the etalon element 12.

サーミスタ素子１３はエタロン素子１２の温度を独立に制御するものである。 The thermistor element 13 controls the temperature of the etalon element 12 independently.

エタロン素子１２は、当該エタロン素子１２の上面１２ａ（上部）付近と下面１２ｂ（下部）付近とで熱抵抗が異なり、上面１２ａ付近より下面１２ｂ付近の熱抵抗が小さくなるように形成されたものである。ここでは、エタロン素子１２の光学共振器面、すなわち、光（入射ビーム）１０７Ａが入射する端面１２ｃおよびこの端面１２ｃに対向する端面１２ｄと並行な切断面の形状が台形である。具体的には、エタロン素子１２は、上面１２ａの幅Ｗ１１よりも下面１２ｂの幅Ｗ１２の方が大きく形成されたものであり、エタロン素子１２の基板１１の上面１１ａと並行な切断面にて、当該エタロン素子１２の上面１２ａ付近より下面１２ｂ付近の方が大きくなるように形成されたものである。言い換えると、エタロン素子１２は、一方の端面１２ｃから他方の端面１２ｄに亘って、台形が連続的に延在する形状である。台形は、例えば、基板１１の上面１１ａと平行で且つ基板１１と接しない上辺（図１中で上面１２ａにおける左右方向に延在する辺）、基板１１の上面１１ａに接する下辺（図１中で下面１２ｂにおける左右方向に延在する辺）、および高さＨ１０の比が、１：３：２であるとする。図７に示す従来のエタロン素子の一例（従来例）と比べ、エタロン素子の上辺が３から１に減少しているが、基板との接触面積、高さおよび奥行きは従来例のエタロン素子と同じである。これにより、サーミスタ素子１３の搭載方法を変更することなく、環境温度の影響を受けにくいものとなり、エタロン素子１２の温度が安定化する。 The etalon element 12 is formed such that the thermal resistance differs between the vicinity of the upper surface 12a (upper part) and the lower surface 12b (lower part) of the etalon element 12, and the thermal resistance near the lower surface 12b is smaller than the vicinity of the upper surface 12a. is there. Here, the shape of the optical resonator surface of the etalon element 12, that is, the end surface 12c on which the light (incident beam) 107A is incident and the cut surface parallel to the end surface 12d facing the end surface 12c are trapezoidal. Specifically, the etalon element 12 is formed such that the width W12 of the lower surface 12b is larger than the width W11 of the upper surface 12a, and the etalon element 12 is cut along a plane parallel to the upper surface 11a of the substrate 11 of the etalon element 12. The etalon element 12 is formed so that the vicinity of the lower surface 12b is larger than the vicinity of the upper surface 12a. In other words, the etalon element 12 has a shape in which a trapezoid extends continuously from one end face 12c to the other end face 12d. The trapezoid is, for example, an upper side parallel to the upper surface 11a of the substrate 11 and not in contact with the substrate 11 (side extending in the left-right direction on the upper surface 12a in FIG. 1), and a lower side in contact with the upper surface 11a of the substrate 11 (in FIG. 1). It is assumed that the ratio of the side H) of the lower surface 12b and the height H10 is 1: 3: 2. Compared to an example of the conventional etalon element shown in FIG. 7 (conventional example), the upper side of the etalon element is reduced from 3 to 1, but the contact area, height, and depth with the substrate are the same as those of the conventional etalon element. It is. Thereby, without changing the mounting method of the thermistor element 13, it becomes difficult to be influenced by the environmental temperature, and the temperature of the etalon element 12 is stabilized.

エタロン素子１２としては、例えば、水晶（基板／／ｃ軸、基板⊥ｃ軸）製のものや溶融石英製のものなどが挙げられる。水晶や溶融石英は、基板と垂直な方向の熱伝導率が小さい物質であり（水晶（基板／／ｃ軸）：６．２Ｗ／ｍ／Ｋ、水晶（基板⊥ｃ軸）：１０．４Ｗ／ｍ／Ｋ、溶融石英：１．４Ｗ／ｍ／Ｋ）、エタロン素子１２は、本来、基板からの温度制御を受けにくい（外環境の温度変動の影響を受けやすい）。にもかかわらず、本実施形態のエタロン素子１２の温度が効果的に安定化されるのは、熱伝導率が小さいがために基板１１との熱エネルギの授受による温度制御が最も及びにくい上面１２ａ付近の熱抵抗を高めるため、外環境との熱エネルギの授受が行われにくいようにエタロン素子１２の表面積を狭くする、という形状としたためである。また、このようなエタロン素子の形状変更は、外環境との接触面積（表面積）に対し、基板との接触面積が相対的に増加したことになるため、結果的に基板からの温度制御が及び易くなっているともいえる。このとき、エタロン素子１２の形状変更にあたっては、ビームの入出射の妨げにならないようにしなければならないため、光軸に最も影響を与えるエタロン素子１２の高さを変更しないで済む形状が望ましく、本実施形態の形状はその条件を十分に満たすものである。 Examples of the etalon element 12 include those made of quartz (substrate // c axis, substrate ⊥ c axis) and those made of fused silica. Quartz or fused quartz is a substance having a small thermal conductivity in the direction perpendicular to the substrate (quartz (substrate / c axis): 6.2 W / m / K, quartz (substrate ⊥ c axis): 10.4 W / m / K, fused silica: 1.4 W / m / K), the etalon element 12 is inherently less susceptible to temperature control from the substrate (susceptible to temperature fluctuations in the external environment). Nevertheless, the reason why the temperature of the etalon element 12 of this embodiment is effectively stabilized is that the upper surface 12a is most difficult to control the temperature by transferring thermal energy to the substrate 11 because of its low thermal conductivity. This is because the surface area of the etalon element 12 is narrowed so as to make it difficult for heat energy to be exchanged with the outside environment in order to increase the thermal resistance in the vicinity. In addition, such a change in the shape of the etalon element results in an increase in the contact area with the substrate relative to the contact area (surface area) with the external environment, resulting in increased temperature control from the substrate. It can be said that it is easy. At this time, in changing the shape of the etalon element 12, it is necessary not to interfere with the entrance and exit of the beam. Therefore, a shape that does not require changing the height of the etalon element 12 that most affects the optical axis is desirable. The shape of the embodiment sufficiently satisfies the condition.

［第二番目の実施形態］
本実施形態に係る波長ロッカーについて、図２を参照して説明する。 [Second Embodiment]
The wavelength locker according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

本実施形態に係る波長ロッカーは、上述した第一番目の実施形態に係る波長ロッカーが具備するエタロン素子と異なる形状のエタロン素子を具備するものであり、それ以外は同じ素子を具備するものである。
波長ロッカーが具備するエタロン素子２２は、図２に示すように、当該エタロン素子２２の上部２２ａ付近と下面２２ｂ（下部）付近とで熱抵抗が異なり、上部２２ａ付近より下面２２ｂ付近の熱抵抗が小さくなるように形成されたものである。ここでは、エタロン素子２２の光学共振器面、すなわち、光（入射ビーム）１０７Ａが入射する端面２２ｃおよびこの端面２２ｃに対向する端面２２ｄと並行な切断面の形状が三角形である。具体的には、エタロン素子２２は、上部２２ａよりも下面２２ｂの幅Ｗ２２の方が大きく形成されたものであり、エタロン素子２２の基板１１の上面１１ａと並行な切断面にて、当該エタロン素子２２の上部２２ａ付近より下面２２ｂ付近の方が大きくなるように形成されたものである。言い換えると、エタロン素子２２は、一方の端面２２ｃから他方の端面２２ｄに亘って、三角形が連続的に延在する形状である。三角形における、底辺（図２中で下面２２ｂにおける左右方向に延在する辺）と高さＨ２０の比の一例として、３：２であるものが挙げられる。ここで、エタロン素子２２は、基板との接触面積と高さおよび奥行きは、図７に示す従来のエタロン素子の一例と同じである。これにより、サーミスタ素子１３の搭載方法を変更することなく、環境温度の影響を受けにくいものとなり、エタロン素子２２の温度が安定化する。 The wavelength locker according to this embodiment includes an etalon element having a shape different from that of the etalon element included in the wavelength locker according to the first embodiment described above, and includes the same elements other than that. .
As shown in FIG. 2, the etalon element 22 provided in the wavelength locker has different thermal resistances near the upper part 22a and the lower surface 22b (lower part) of the etalon element 22, and the thermal resistance near the lower surface 22b from near the upper part 22a. It is formed to be small. Here, the shape of the optical resonator surface of the etalon element 22, that is, the end surface 22c on which the light (incident beam) 107A is incident and the cut surface parallel to the end surface 22d facing the end surface 22c are triangular. Specifically, the etalon element 22 is formed such that the width W22 of the lower surface 22b is larger than that of the upper portion 22a, and the etalon element 22 is cut along a plane parallel to the upper surface 11a of the substrate 11 of the etalon element 22. 22 is formed so as to be larger in the vicinity of the lower surface 22b than in the vicinity of the upper portion 22a. In other words, the etalon element 22 has a shape in which a triangle continuously extends from one end face 22c to the other end face 22d. An example of the ratio of the bottom side (the side extending in the left-right direction on the lower surface 22b in FIG. 2) and the height H20 in the triangle is 3: 2. Here, the contact area, height, and depth of the etalon element 22 with the substrate are the same as the example of the conventional etalon element shown in FIG. Thereby, without changing the mounting method of the thermistor element 13, it becomes difficult to be influenced by the environmental temperature, and the temperature of the etalon element 22 is stabilized.

基板温度は一定である。エタロン素子２２の入射光軸高さ中心は、エタロン素子２２の全高Ｈ２０の半分付近に設定されるものとする。 The substrate temperature is constant. It is assumed that the center of the incident optical axis height of the etalon element 22 is set in the vicinity of half of the total height H20 of the etalon element 22.

エタロン素子２２としては、例えば、水晶（基板／／ｃ軸、基板⊥ｃ軸）製のものや溶融石英製のものなどが挙げられる。水晶や溶融石英は、基板と垂直な方向の熱伝導率が小さい物質であり、エタロン素子２２は、本来、基板からの温度制御を受けにくい（外環境の温度変動の影響を受けやすい）。にもかかわらず、本実施形態のエタロン素子２２の温度が効果的に安定化されるのは、熱伝導率が小さいがために基板１１との熱エネルギの授受による温度制御が最も及びにくい上部２２ａ付近の熱抵抗を高めるため、外環境との熱エネルギの授受が行われにくいようにエタロン素子２２の表面積を狭くする、という形状としたためである。また、このようなエタロン素子の形状変更は、外環境との接触面積（表面積）に対し、基板との接触面積が相対的に増加したことになるため、結果的に基板からの温度制御が及び易くなっているともいえる。このとき、エタロン素子２２の形状変更にあたっては、ビームの入出射の妨げにならないようにしなければならないため、光軸に最も影響を与えるエタロン素子２２の高さを変更しないで済む形状が望ましく、本実施形態の形状はその条件を十分に満たすものである。 Examples of the etalon element 22 include those made of quartz (substrate // c axis, substrate ⊥ c axis) and those made of fused silica. Quartz or fused silica is a substance having a small thermal conductivity in the direction perpendicular to the substrate, and the etalon element 22 is inherently less susceptible to temperature control from the substrate (susceptible to temperature fluctuations in the external environment). Nevertheless, the reason why the temperature of the etalon element 22 of the present embodiment is effectively stabilized is that the upper part 22a is most difficult to control the temperature by transferring heat energy with the substrate 11 because of its low thermal conductivity. This is because the surface area of the etalon element 22 is made narrow so that heat energy is not easily exchanged with the outside environment in order to increase the thermal resistance in the vicinity. In addition, such a change in the shape of the etalon element results in an increase in the contact area with the substrate relative to the contact area (surface area) with the external environment, resulting in increased temperature control from the substrate. It can be said that it is easy. At this time, in changing the shape of the etalon element 22, it is necessary not to interfere with the entrance and exit of the beam. Therefore, a shape that does not require changing the height of the etalon element 22 that most affects the optical axis is desirable. The shape of the embodiment sufficiently satisfies the condition.

［他の実施形態］
なお、上記第一番目、第二番目の実施形態にて、エタロン素子１２，２２の光学共振器面の形状が各々台形、三角形としたエタロン素子１２，２２を具備する波長ロッカーを用いて説明したが、エタロン素子の光学共振器面と並行な切断面の形状が、例えば半円形状や、五角形状などの多角形状など、エタロン素子の上部付近より下部付近の方が大きい形状としたエタロン素子を具備する波長ロッカーとすることも可能である。このような波長ロッカーであっても、上述した第一番目および第二番目の実施形態に係る波長ロッカーと同様な作用効果を奏する。 [Other Embodiments]
In the first and second embodiments, the description has been given using the wavelength locker including the etalon elements 12 and 22 in which the shapes of the optical resonator surfaces of the etalon elements 12 and 22 are trapezoidal and triangular, respectively. However, an etalon element whose cut surface parallel to the optical resonator surface of the etalon element is larger in the vicinity of the lower part than the upper part of the etalon element, such as a semicircular shape or a polygonal shape such as a pentagonal shape. It is possible to provide a wavelength locker. Even such a wavelength locker has the same effects as the wavelength lockers according to the first and second embodiments described above.

本発明に係る波長ロッカーの効果を確認するために行った確認試験を以下に説明するが、本発明は以下に説明する確認試験のみに限定されるものではない。 Although the confirmation test performed in order to confirm the effect of the wavelength locker concerning this invention is demonstrated below, this invention is not limited only to the confirmation test demonstrated below.

［確認試験１］
ここで、上述した第一番目の実施形態に係る波長ロッカーが具備するエタロン素子の形状について、光学共振器面の形状と温度変化量との関係について、図３を参照して説明する。図３にて、横軸にエタロン素子の形状を示し、縦軸に環境温度を０℃から７５℃まで変化させたときのエタロン素子の実温度変化量ΔＴを示す。図３にて、白丸印が水晶製のエタロン素子の場合を示し、黒丸印が溶融石英製のエタロン素子の場合を示す。また、図３にて、従来例（図７）および第一番目の実施形態におけるΔＴを示す。 [Verification test 1]
Here, regarding the shape of the etalon element included in the wavelength locker according to the first embodiment described above, the relationship between the shape of the optical resonator surface and the amount of temperature change will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the horizontal axis shows the shape of the etalon element, and the vertical axis shows the actual temperature change ΔT of the etalon element when the environmental temperature is changed from 0 ° C. to 75 ° C. In FIG. 3, a white circle indicates a case of a crystal etalon element, and a black circle indicates a case of a fused quartz etalon element. FIG. 3 shows ΔT in the conventional example (FIG. 7) and the first embodiment.

図３に示すように、基板との接触面積は変更せずに、上辺を短尺化してエタロン素子の光学共振器面と並行な切断面の形状を台形とすることにより、エタロン素子の材質が溶融石英である場合や水晶である場合であっても、ΔＴが、エタロン素子の光学共振面と並行な切断面の形状が長方形状である、従来のエタロン素子の場合と比べて、約１／２に減少することが分かった。 As shown in FIG. 3, the material of the etalon element is melted by changing the shape of the cut surface parallel to the optical resonator surface of the etalon element by shortening the upper side without changing the contact area with the substrate. Even in the case of quartz or quartz, ΔT is about ½ that of a conventional etalon element in which the shape of the cut surface parallel to the optical resonance surface of the etalon element is rectangular. It turned out to decrease.

［確認試験２］
ここで、上述した第二番目の実施形態に係る波長ロッカーが具備するエタロン素子の形状について、光学共振器面の形状と温度変化量との関係について、図４を参照して説明する。図４にて、横軸にエタロン素子の形状を示し、縦軸に環境温度を０℃から７５℃まで変化させたときのエタロン素子の実温度変化量ΔＴを示す。図４にて、白丸印が水晶製のエタロン素子の場合を示し、黒丸印が溶融石英製のエタロン素子の場合を示す。エタロン素子の光学共振器面の底辺（基板に接する辺）を３とすると共に、高さを２とした二等辺三角形状の場合について示す。従来のエタロン素子の形状として、高さが２であり横が３である長方形状の場合（図７）について示す。 [Confirmation test 2]
Here, regarding the shape of the etalon element included in the wavelength locker according to the second embodiment described above, the relationship between the shape of the optical resonator surface and the amount of temperature change will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the horizontal axis shows the shape of the etalon element, and the vertical axis shows the actual temperature change ΔT of the etalon element when the environmental temperature is changed from 0 ° C. to 75 ° C. In FIG. 4, a white circle indicates a case of a crystal etalon element, and a black circle indicates a case of a fused quartz etalon element. The case of an isosceles triangle having a base of the optical resonator surface of the etalon element (side contacting the substrate) of 3 and a height of 2 will be described. As a shape of a conventional etalon element, a case of a rectangular shape having a height of 2 and a width of 3 is shown (FIG. 7).

図４に示すように、基板との接触面積は変更せずに、エタロン素子の光学共振器面と並行な切断面の形状を三角形状とすることにより、エタロン素子の材質が溶融石英である場合や水晶である場合であっても、ΔＴが、エタロン素子の光学共振面と並行な切断面の形状が長方形状である従来のエタロン素子の場合と比べて、約１／１．６に減少することが分かった。 As shown in FIG. 4, when the material of the etalon element is fused quartz by changing the shape of the cut surface parallel to the optical resonator surface of the etalon element without changing the contact area with the substrate. Even in the case of a crystal, ΔT is reduced to about 1 / 1.6 as compared with a conventional etalon element in which the shape of the cut surface parallel to the optical resonance surface of the etalon element is rectangular. I understood that.

以上説明したように、本発明に係る波長ロッカーによれば、エタロン素子部分の温度を独立に制御する波長ロッカーにおいて、エタロン素子の材質を変更した場合であっても、エタロン素子を独立に温度制御するサーミスタ素子の搭載方法を変更することなく、環境温度の影響を受けにくい安定したエタロン素子を実現することができる。 As described above, according to the wavelength locker according to the present invention, in the wavelength locker that independently controls the temperature of the etalon element portion, the temperature of the etalon element can be controlled independently even when the material of the etalon element is changed. Without changing the mounting method of the thermistor element, it is possible to realize a stable etalon element that is hardly affected by the environmental temperature.

本発明に係る波長ロッカーによれば、サーミスタ素子の搭載方法を変更することなく、環境温度の影響を受けにくいものとなり、動作が安定化するため、通信産業などで有益に利用することができる。 The wavelength locker according to the present invention is not easily affected by the environmental temperature without changing the mounting method of the thermistor element, and the operation is stabilized.

１１基板
１２，２２エタロン素子
１３サーミスタ素子
１０１基板
１０２エタロン素子
１０３サーミスタ素子
１０４第１のフォトダイオード
１０５第２のフォトダイオード
１０６キューブ型の２連ビームスプリッタ
１０７光 11 Substrate 12, 22 Etalon Element 13 Thermistor Element 101 Substrate 102 Etalon Element 103 Thermistor Element 104 First Photodiode 105 Second Photodiode 106 Cube-Type Dual Beam Splitter 107 Light

Claims

A wavelength locker that independently controls the temperature of the etalon element by a thermistor element disposed adjacent to the etalon element on the wavelength locker substrate,
The wavelength locker according to claim 1, wherein the etalon element has a thermal resistance different between an upper part and a lower part of the etalon element, and a lower thermal resistance than the upper part.

The wavelength locker according to claim 1,
The wavelength locker characterized in that a cut surface parallel to the wavelength locker substrate of the etalon element has a shape that is larger in the lower part than in the upper part of the etalon element.

The wavelength locker according to claim 1 or 2,
The wavelength locker, wherein a shape of a cut surface parallel to the optical resonator surface of the etalon element is a trapezoid.

The wavelength locker according to claim 1 or 2,
The wavelength locker, wherein the cut surface parallel to the optical resonator surface of the etalon element has a triangular shape.

The wavelength locker according to any one of claims 1 to 4,
A wavelength locker, wherein the etalon element is made of quartz.

The wavelength locker according to any one of claims 1 to 4,
A wavelength locker, wherein the etalon element is made of fused silica.