JP5435447B2 - Laser element and laser module - Google Patents
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Description
この発明は、光通信用信号光源となるレーザ素子およびレーザモジュールに関し、特に、波長ロック制御が行われるレーザ素子およびレーザモジュールに関するものである。 The present invention relates to a laser element and a laser module that are signal light sources for optical communication, and more particularly to a laser element and a laser module that perform wavelength lock control.
従来から、WDM(Wavelength Division Multiplexing;波長分割多重)光通信用デバイスとして、出力レーザ光の波長を可変とする波長可変レーザ装置が知られている。この波長可変レーザ装置のなかでも、波長選択型の波長可変レーザ装置は、波長安定性に優れ、動作温度を変化させることによって広帯域の波長可変特性が得られることから、注目されている(特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a WDM (Wavelength Division Multiplexing) optical communication device, a wavelength tunable laser apparatus that makes the wavelength of output laser light variable is known. Among these wavelength tunable laser devices, the wavelength selective type tunable laser device is attracting attention because it has excellent wavelength stability and can obtain a wide wavelength tunable characteristic by changing the operating temperature (Patent Document). 1).
ここで、波長ロック制御を行う場合、可変波長レーザ素子から前方に出力されたレーザ光の一部を光軸上に設けた第1のビームスプリッタで分離し、出力モニタによってレーザ光の出力をモニタし、さらに光軸上に設けた第2のビームスプリッタでレーザ光の一部を分離し、この分離したレーザ光の所定波長成分をフィルタリングし、このフィルタリングした波長のレーザ光を波長モニタによってモニタし、出力モニタおよび波長モニタのモニタ結果をもとに波長ロックするようにしている(特許文献2参照)。 Here, when performing the wavelength lock control, a part of the laser beam outputted forward from the variable wavelength laser element is separated by the first beam splitter provided on the optical axis, and the output of the laser beam is monitored by the output monitor. Further, a part of the laser beam is separated by a second beam splitter provided on the optical axis, a predetermined wavelength component of the separated laser beam is filtered, and the laser beam having the filtered wavelength is monitored by a wavelength monitor. The wavelength is locked based on the monitor results of the output monitor and the wavelength monitor (see Patent Document 2).
しかしながら、上述した波長可変レーザ素子に波長ロック制御機構が搭載された可変波長レーザモジュールを初めとする波長ロック制御機構が搭載されたレーザモジュールでは、光軸上に2つのビームスプリッタ(第1および第2のビームスプリッタ)を設けているため、波長ロック制御機構が占める容量が大きく、レーザモジュールが大型化してしまうとともに、この大型化によってペルチェ素子などの温度調整機構が大きくなり消費電力が大きくなるという問題点があった。 However, in a laser module in which a wavelength lock control mechanism such as a variable wavelength laser module in which a wavelength lock control mechanism is mounted on the above-described wavelength tunable laser element is mounted, two beam splitters (first and first) are arranged on the optical axis. 2), the wavelength lock control mechanism occupies a large capacity, which increases the size of the laser module, and increases the size of the temperature adjustment mechanism such as a Peltier element, which increases power consumption. There was a problem.
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型化を促進することができるレーザ素子およびレーザモジュールを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a laser element and a laser module that can promote downsizing.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかるレーザ素子は、レーザ部と、該レーザ部から出力される出力レーザ光あるいは前記レーザ部の出力レーザ光が出射される端面とは反対側の端面から出力される後方レーザ光の一部を分岐する分岐部とが集積され、該分岐部を介して前記出力レーザ光の一部と残りの出力レーザ光あるいは前記後方レーザ光の一部と残りの後方レーザ光とを異なる方向に出力することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a laser element according to the present invention includes a laser unit, and an end surface from which an output laser beam output from the laser unit or an output laser beam of the laser unit is emitted. Is integrated with a branching part for branching a part of the rear laser light outputted from the opposite end face, and through the branching part, a part of the output laser light and the remaining output laser light or the rear laser light. A part and the remaining rear laser light are output in different directions.
また、この発明にかかるレーザモジュールは、レーザ部と、該レーザ部から出力される出力レーザ光あるいは前記レーザ部の出力レーザ光が出射される端面とは反対側の端面から出力される後方レーザ光の一部を分岐する分岐部とが集積され、該分岐部を介して前記出力レーザ光の一部と残りの出力レーザ光あるいは前記後方レーザ光の一部と残りの後方レーザ光とを異なる方向に出力するレーザ素子と、前記分岐部から出力された前記残りの出力レーザ光あるいは後方レーザ光の一部を分岐する分岐手段と、前記分岐手段によって分岐された前記一部の出力レーザ光あるいは後方レーザ光のうちの所定波長をフィルタリングする波長フィルタと、前記波長フィルタによってフィルタリングされた波長成分をモニタする波長モニタと、前記分岐部から出力された前記一部の出力レーザ光あるいは後方レーザ光の出力をモニタする出力モニタと、を備え、前記波長モニタおよび前記出力モニタの測定結果をもとに前記レーザ素子の波長ロック制御を行うことを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a laser module comprising: a laser unit; and an output laser beam output from the laser unit or a rear laser beam output from an end surface opposite to an end surface from which the output laser beam of the laser unit is emitted. And a part of the output laser beam and the remaining output laser beam or a part of the rear laser beam and the remaining rear laser beam through the branch unit in different directions. A laser element to be output to, a branching means for branching a part of the remaining output laser light or rear laser light output from the branching unit, and a part of the output laser light or rearward branching by the branching means A wavelength filter for filtering a predetermined wavelength of the laser light; a wavelength monitor for monitoring a wavelength component filtered by the wavelength filter; An output monitor that monitors the output of the part of the output laser light or the rear laser light output from the unit, and performs wavelength lock control of the laser element based on the measurement results of the wavelength monitor and the output monitor. It is characterized by performing.
この発明によれば、レーザ部と、該レーザ部から出力される出力レーザ光あるいは前記レーザ部の出力レーザ光が出射される端面とは反対側の端面から出力される後方レーザ光の一部を分岐する分岐部とが集積され、該分岐部を介して前記出力レーザ光の一部と残りの出力レーザ光あるいは前記後方レーザ光の一部と残りの後方レーザ光とを異なる方向に出力するようにしているので、一部の光を直接、出力モニタすることができ、波長モニタに必要な1つのビームスプリッタなどの光分岐手段のみでよく、光軸上に備える光学素子が減り、レーザモジュールの小型化を促進することができるとともに、ペルチェ素子などの温度調整機構の小型化が可能になり、消費電力を抑えることができる。さらに、光ファイバに導波するまでの光軸の長さを短くすることができ、光軸ずれを抑えることができる。また、ビームスプリッタなどの光学素子は高価であるが、この光学素子の数を減らすことができるので、安価なレーザモジュールを実現することができる。 According to this invention, the laser unit and a part of the output laser beam output from the laser unit or the rear laser beam output from the end surface opposite to the end surface from which the output laser beam of the laser unit is emitted A branching unit that branches is integrated, and a part of the output laser beam and the remaining output laser beam or a part of the rear laser beam and the remaining rear laser beam are output in different directions via the branching unit. Therefore, it is possible to directly monitor the output of a part of light, and only one optical branching means such as a beam splitter necessary for wavelength monitoring is required, the number of optical elements provided on the optical axis is reduced, and the laser module Miniaturization can be promoted, and a temperature adjustment mechanism such as a Peltier element can be miniaturized, and power consumption can be suppressed. Furthermore, the length of the optical axis until it is guided to the optical fiber can be shortened, and the optical axis shift can be suppressed. Optical elements such as a beam splitter are expensive, but the number of optical elements can be reduced, so that an inexpensive laser module can be realized.
以下、図面を参照して、この発明にかかる可変波長レーザ素子および可変波長レーザモジュールの好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a variable wavelength laser element and a variable wavelength laser module according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態)
図1は、この発明の実施の形態である可変波長レーザ素子を含む可変波長レーザモジュールの構成を示す模式図である。図1において、この可変波長レーザモジュール1は、内部に可変波長レーザ素子10を有する。可変波長レーザ素子10は、可変波長レーザ光を出力する可変波長レーザ部11と、この可変波長レーザ光を光増幅するSOA(Semiconductor Optical Amplifier;半導体光増幅器)などによって実現される半導体光増幅部12と、半導体光増幅部12によって光増幅されたレーザ光を分離して異なる方向に出力する方向性結合器によって実現される分岐部15とを有する。
(Embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a variable wavelength laser module including a variable wavelength laser element according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the variable wavelength laser module 1 includes a variable
可変波長レーザ部11は、異なる発振波長を有する複数のDFB(Distributed Feedback;分布帰還)レーザがアレイ状に配置されたレーザアレイと、複数のレーザアレイから出力されたレーザ光を合流させるMMIカプラなどの光カプラとを有し、複数のDFBレーザの中から所望の波長を発振するDFBレーザを選択して出力する。
The variable
なお、各DFBレーザは、ペルチェ素子やヒータなどによって素子温度が制御されることによって、1つのDFBレーザあたり、3〜4nm程度の波長可変が可能である。この素子温度制御による波長の可変範囲の下限は、ペルチェ素子の消費電力の要因によって制限され、上限は温度上昇による光出力の低下、駆動電流の上昇、レーザの信頼性の要因によって制限される。各DFBレーザが有する回折格子は、各DFBレーザの発振波長が3〜4nm程度の間隔で並ぶように設計されている。そして、駆動するDFBレーザの切り替えと素子温度の制御によって、単体のDFBレーザよりも広帯域な連続した波長帯をカバーすることが可能となる。ここで、WDM光通信用の波長帯域、たとえば1.53〜1.56μmのCバンドまたは1.57〜1.61μmのLバンドの全体を1つの可変波長レーザ素子10でカバーするには、DFBレーザの素子数を大きくすることが考えられる。たとえば、素子温度の調整によってDFBレーザ1つあたり3〜4nmの波長変化が可能であるとすれば、このようなDFBレーザを10個以上集積化すれば、30nm以上の波長範囲にわたって波長を可変とした可変波長レーザ素子10とすることができる。
Each DFB laser can be tunable by about 3 to 4 nm per one DFB laser by controlling the element temperature by a Peltier element, a heater, or the like. The lower limit of the wavelength variable range by this element temperature control is limited by the factor of the power consumption of the Peltier element, and the upper limit is limited by the factor of the light output decrease, the drive current increase, and the laser reliability due to the temperature increase. The diffraction gratings included in the respective DFB lasers are designed so that the oscillation wavelengths of the respective DFB lasers are arranged at intervals of about 3 to 4 nm. By switching the driving DFB laser and controlling the element temperature, it becomes possible to cover a continuous wavelength band that is wider than that of a single DFB laser. Here, in order to cover the entire wavelength band for WDM optical communication, for example, the C band of 1.53 to 1.56 μm or the L band of 1.57 to 1.61 μm with one variable
分岐部15は、上述したように方向性結合器によって実現され、たとえば、主レーザ光を導波する導波路13と、この導波路13に近接して並行配置され、レーザ光の一部を所定の分岐比で分岐出力する導波路14とを有する。導波路13の出力端と導波路14の出力端とからはそれぞれ異なる方向にレーザ光を出力する。
As described above, the branching
可変波長レーザ素子10は、熱伝導性が良い基台23上に配置され、この基台23上に、導波路14から出力されたレーザ光の出力をモニタする出力モニタPD1が近接配置される。
The variable
一方、導波路13から出力された主レーザ光は、集光レンズ2、アイソレータ3,ビームスプリッタ4を介して光ファイバ7に導波され、外部出力される。また、ビームスプリッタ4は、光軸上のレーザ光の一部を分岐し、分岐されたレーザ光は、エタロンによって実現される波長フィルタ5を介して、波長モニタPD2に出力される。波長モニタPD2は、波長フィルタ5によってフィルタリングされた波長のレーザ光の出力をモニタする。
On the other hand, the main laser light output from the
集光レンズ2は、基台23および集光レンズ2を配置する熱伝導性の良い基台22上に配置され、この基台22の下部にはペルチェ素子などによって実現される温度調整手段が配置される。アイソレータ3は、熱伝導性の良いベース20上に配置される。ベース20上にはさらに、熱伝導性の良い基台21が配置され、この基台21上には、ビームスプリッタ4、波長フィルタ5、波長モニタPD2、およびサーミスタ6が配置される。なお、ベース20の下部には、ペルチェ素子などによって実現される温度調整手段が配置される。
The condenser lens 2 is disposed on a
出力モニタPD1、波長モニタPD2、サーミスタ6の各モニタ結果は、可変波長レーザモジュール1の外部に設けられた制御部Cに出力される。制御部Cは、出力モニタPD1および波長モニタPD2の各モニタ結果をもとに、波長ロック制御を行う。すなわち、制御部Cは、可変波長レーザ部11内のDFBレーザの選択を行うとともに、基台22下部に配置された温度調整手段の温度を調整する。また、制御部Cは、サーミスタ6のモニタ結果をもとに波長モニタの選択波長を変化させるため、ベース10の下部に配置された温度調整手段の温度を調整する。また、制御部Cは、出力モニタPD1のモニタ結果をもとに半導体光増幅部12による光増幅率を制御する。
The monitoring results of the output monitor PD1, the wavelength monitor PD2, and the thermistor 6 are output to the control unit C provided outside the variable wavelength laser module 1. The control unit C performs wavelength lock control based on the monitor results of the output monitor PD1 and the wavelength monitor PD2. That is, the control unit C selects the DFB laser in the variable
この実施の形態では、波長可変レーザ素子10内に集積された分岐部15によって分岐された一部のレーザ光の出力を出力モニタPD1によって直接モニタしているため、波長モニタを行うために分岐手段である1つのビームスプリッタ4を光軸上に設けるのみでよいため、可変波長レーザモジュール1内に波長ロック制御を行うための光学素子の数および容積を小さくすることができ、可変波長レーザモジュール1の小型化を促進することができる。また、光軸上に1つのビームスプリッタ4を設けるのみでよいので、導波路13から光ファイバ7の入力端までの光軸の長さを短くすることができ、光軸ずれを小さくすることができる。さらに、可変波長レーザモジュール1の小型化に伴って、ペルチェ素子などによって実現される温度調整手段の小型化が促進され、消費電力を抑えることができる。また、ビームスプリッタ4などの光学部品は高価であるため、安価な可変波長レーザモジュールを実現することができる。
In this embodiment, since the output monitor PD1 directly monitors the output of a part of the laser beam branched by the
なお、上述した実施の形態では、分岐部15を方向性結合器を用いることにより実現していたが、これに限らず、たとえば図2に示す可変波長レーザ素子30のように、MMIカプラ35を用いて異なる導波路34,35に分岐出力するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the branching
さらに、上述した実施の形態では、可変波長レーザ素子が複数のDFBレーザを選択するようにしていたが、これに限らず、可変波長レーザ部11に変えて、1つの半導体レーザ46を用いて可変波長出力するようにしてもよい。この場合、半導体レーザ46はDBRレーザのように可変波長部47を設けるようにする。そして、この場合における波長制御は、可変波長部47に対して行ってもよいし、温度調整手段によって波長制御を行うようにしてもよい。
Furthermore, in the above-described embodiment, the variable wavelength laser element selects a plurality of DFB lasers. However, the present invention is not limited to this, and the variable
また、上述した可変波長レーザ素子は、増幅部をもたない素子であってもよい。この場合の増幅率は、電流注入量の制御によって行う。また、この場合、図3に示すように半導体レーザ46の後方から漏れるモニタ光に対して分岐部45を設け、出力モニタ用の導波路44と波長モニタ用の導波路43とからそれぞれモニタ光を異なる方向に分岐出力するようにしてもよい。
The variable wavelength laser element described above may be an element that does not have an amplification unit. The amplification factor in this case is determined by controlling the current injection amount. Further, in this case, as shown in FIG. 3, a branching
1 可変波長レーザモジュール
2 集光レンズ
3 アイソレータ
4 ビームスプリッタ
5 波長フィルタ
6 サーミスタ
7 光ファイバ
10,30,40 可変波長レーザ素子
11 可変波長レーザ部
12 半導体光増幅部
13,14,33,34,42,43,44 導波路
15,45 分岐部
20 ベース
21〜23 基台
35 MMIカプラ
46 半導体レーザ
47 波長可変部
PD1 出力モニタ
PD2 波長モニタ
C 制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Variable wavelength laser module 2 Condensing lens 3 Isolator 4 Beam splitter 5 Wavelength filter 6
Claims (3)
前記分岐部から出力された前記残りの出力レーザ光あるいは後方レーザ光の一部を分岐する分岐手段と、
前記分岐手段によって分岐された前記一部の出力レーザ光あるいは後方レーザ光のうちの所定波長をフィルタリングする波長フィルタと、
前記波長フィルタによってフィルタリングされた波長成分をモニタする波長モニタと、
前記分岐部から出力された前記一部の出力レーザ光あるいは後方レーザ光の出力をモニタする前記レーザ素子に近接配置された出力モニタと、
を備え、
前記分岐部は、前記残りの出力レーザ光あるいは後方レーザ光を導波する第1の導波路と、前記第1の導波路に近接して並行配置され、前記一部の出力レーザ光あるいは後方レーザ光を所定の分岐比で分岐出力する第2の導波路と、を有し、前記第1の導波路および前記第2の導波路が、前記出力レーザ光の一部と残りの出力レーザ光あるいは前記後方レーザ光の一部と残りの後方レーザ光とを両者が互いに離れる異なる方向に出力するように構成されており、
前記分岐手段によって分岐された前記一部の出力レーザ光あるいは後方レーザ光は、集光レンズを介して前記波長モニタにモニタされ、
前記分岐部から出力された前記一部の出力レーザ光あるいは後方レーザ光は、直接前記出力モニタにモニタされ、
前記波長モニタおよび前記出力モニタの測定結果をもとに前記レーザ素子の波長ロック制御を行うことを特徴とするレーザモジュール。 A laser unit, an optical amplifying section for the laser beam to the optical amplifying said laser unit is outputted, it is optically amplified by the output from the laser unit the optical amplification unit, the output laser beam or the output laser beam of the laser unit emits And a branch portion made of a waveguide for branching a part of the rear laser beam outputted from the end surface opposite to the end surface, and a part of the output laser beam and the remaining output through the branch portion. A laser element for outputting a laser beam or a part of the rear laser beam and the remaining rear laser beam in different directions in which both are separated from each other;
Branching means for branching a part of the remaining output laser beam or rear laser beam output from the branching unit;
A wavelength filter for filtering a predetermined wavelength of the part of the output laser beam or the rear laser beam branched by the branching unit;
A wavelength monitor for monitoring a wavelength component filtered by the wavelength filter;
An output monitor disposed close to the laser element for monitoring the output of the part of the output laser light or the rear laser light output from the branching unit;
With
The branching portion is disposed in parallel in the vicinity of the first waveguide for guiding the remaining output laser light or rear laser light and the first waveguide, and the partial output laser light or rear laser A second waveguide for branching and outputting light at a predetermined branching ratio, wherein the first waveguide and the second waveguide are a part of the output laser light and the remaining output laser light or It is configured to output a part of the rear laser beam and the remaining rear laser beam in different directions in which both are separated from each other,
The part of the output laser beam or the rear laser beam branched by the branching unit is monitored by the wavelength monitor via a condenser lens,
The part of output laser light or rear laser light output from the branching unit is directly monitored by the output monitor,
A laser module that performs wavelength lock control of the laser element based on measurement results of the wavelength monitor and the output monitor.
前記第1の導波路に近接して並行配置され、前記一部のレーザ光を所定の分岐比で分岐出力する第2の導波路と、を有する方向性結合器からな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。 The branch portion includes a first waveguide that guides the remaining laser light,
2. A directional coupler comprising: a second waveguide disposed in parallel adjacent to the first waveguide, and having a second waveguide for branching and outputting the part of the laser light at a predetermined branching ratio. Item 2. The laser module according to Item 1.
前記分岐部から出力された前記一部の出力レーザ光あるいは後方レーザ光は、前記レーザ素子の長手方向の軸に対して、前記分岐部から出力された前記残りの出力レーザ光あるいは後方レーザ光から離れる方向に傾斜して出力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。 The remaining output laser light or rear laser light output from the branch portion is from the partial output laser light or rear laser light output from the branch portion with respect to the longitudinal axis of the laser element. The output is tilted away.
The part of the output laser beam or the rear laser beam output from the branch unit is from the remaining output laser beam or the rear laser beam output from the branch unit with respect to the longitudinal axis of the laser element. The laser module according to claim 1, wherein the laser module is output with an inclination in a direction away from the laser module.
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