JP6165074B2 - 波長モニタ及び波長モニタリング方法 - Google Patents

Description

本発明は、波長モニタ及び波長モニタリング方法に関する。

近年、光通信の分野において、通信の高速化・大容量化を実現するための光伝送方式が実用化されている。また、このような光伝送方式の中核技術として、波長が異なる複数の光信号を１本の光ファイバで多重に伝送する波長分割多重（ＷＤＭ、Wavelength Division Multiplexing）方式が普及している。

ＷＤＭ方式を用いて安定した通信システムを運営するためには、光信号の光源の予期せぬ停止に備えて、予備の光源を確保する必要がある。しかしながら、多重化される光信号の波長各々について予備の光源を確保すると、予備の光源の数が多くなり、これらの光源を保守するためのコストが増加してしまう。そこで、このコストを抑えるために、出射する光の波長を変更可能な光モジュールの需要が高まっている。

このような光モジュールとして代表的なものは、半導体レーザの温度を変化させることで、発振波長を変更する手法を採用している。この手法を採用すると、発振波長の変動幅は、光モジュールの動作温度範囲に応じて、高々２〜３ｎｍ程度となる。そのため、複数の半導体レーザを光モジュールに設けることにより、光モジュールが出射可能な光の波長の範囲を広くすることが多い。

また、光通信に用いられる光モジュールには、出射される光の波長が長期に渡って安定していることが要求される。波長を安定させるためには、出射される光の波長をモニタリングして、半導体レーザの温度等を制御する必要がある。そこで、波長モニタの機能を有する光モジュールが開発されている（例えば、特許文献１、２を参照）。

特許文献１に記載の装置は、複数の半導体レーザから前面方向へ出射された光を、光合波器を用いて合波して、光ファイバへ出力する。そして、この装置は、出力された光の一部をビームスプリッタ等で取り出して、波長をモニタリングする。

また、特許文献２に記載の波長モニタは、アレイ状に配置された複数の半導体レーザから後面方向へ出射された光を、レンズでコリメートしてエタロンに入射させることにより、波長をモニタリングする。

特開２００２−１８５０７４号公報 特開２０１２−１２９２５９号公報

しかしながら、半導体レーザから前面方向へ出射された光は、光ファイバ等へ出力されて光通信に用いられるため、特許文献１に記載の装置では、光通信に用いられる光信号のパワーが低下するおそれがある。また、特許文献１に記載の装置は、ビームスプリッタ等の光学素子を備えるため、装置全体のサイズが大きくなり、製造コストが増大するおそれがある。

一方、特許文献２に記載の波長モニタは、後面方向に出射された光を用いるため、光信号のパワーが低下するおそれがない。また、この波長モニタは、ビームスプリッタ等を備えないため、サイズが大きくなったり製造コストが増大したりするおそれもない。

しかしながら、特許文献２に記載の波長モニタでは、アレイ状に配置された半導体レーザのうち端に位置する半導体レーザが、レンズの中心軸から大きく離れた出射点から光を出射する。このため、端に位置する半導体レーザから出射された光は、大きな入射角でエタロンへ入射し、エタロンの内部において大きな伝搬角度で伝搬することとなる。

エタロンは、その内部で多重反射した光の干渉により、光の周波数に対して周期的な透過特性を有するフィルタとして機能する。そのため、大きな伝搬角度で伝搬する光については、透過率の周波数依存性が小さくなり、波長モニタの感度が低下するおそれがある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、波長モニタの感度を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の波長モニタは、入射する光の周波数に対して透過率が周期的に変化するフィルタと、順番に並ぶ複数の光源のうちｋ番目の光源からの光の波長をモニタリングするための基準となる周波数をν_ｋとし、ｋ番目の光源に応じた正の値をＦ_ｋとし、ν_ｋにＦ_ｋを加算して得る和、又はν_ｋからＦ_ｋを減算して得る差をｆ_ｋとし、ｋ番目の光源に応じた干渉次数をｍ_ｋとし、光速をｃとし、フィルタの屈折率をｎとし、フィルタの長さをＬとして、ｋ番目の光源からの光がフィルタの内部で伝搬するときの光の伝搬角度が、ｍ_ｋ、ｃ、ｎ、Ｌ及びｆ_ｋを用いる演算により得るθ_ｋと等しくなるように、複数の光源からの光をフィルタに入射させる入射部と、フィルタを透過した透過光を受光して、透過光の強度を検出する検出部と、を備え、入射部は、少なくとも一の光源についてν_ｋとＦ_ｋとの和をｆ_ｋとし、他の少なくとも一の光源についてν_ｋとＦ_ｋとの差をｆ_ｋとして、光をフィルタに入射させる。

本発明によれば、フィルタの内部で伝搬する光の伝搬角度を小さくして、波長モニタの感度を向上させることができる。

実施の形態１に係る波長モニタの構成を示す図である。 各光源について、出射点のＹ座標値、伝搬角度θ及びｆ_ｋを規定するための符号を示す図である。 フィルタの内部で反射する光線を示す図である。 検出部によって検出される透過光の強度と透過光の周波数との関係を示す図である。 比較例に係る各光源について、出射点のＹ座標値、伝搬角度θ及びｆ_ｋを規定するための符号を示す図である。 比較例に係る各光源について、出射点のＹ座標値、伝搬角度θ及びｆ_ｋを規定するための符号を示す図である。 比較例に係る検出部によって検出される透過光の強度と透過光の周波数との関係を示す図である。 比較例に係る検出部によって検出される透過光の強度と透過光の周波数との関係を示す図である。 実施の形態２に係る波長モニタの構成を示す図である。 出射点を拡大して示す図である。 実施の形態３に係る各光源について、出射点のＹ座標値、伝搬角度θ及びｆ_ｋを規定するための符号を示す図である。 検出部によって検出される透過光の強度と透過光の周波数との関係を示す図である。 実施の形態４に係る各光源について、出射点のＹ座標値、伝搬角度θ及びｆ_ｋを規定するための符号を示す図である。 検出部によって検出される透過光の強度と透過光の周波数との関係を示す図である。 実施の形態５に係る波長モニタの構成を示す図である。 実施の形態６に係る波長モニタの構成を示す図である。 実施の形態７に係る波長モニタの構成を示す図である。 実施の形態８に係る波長モニタの構成を示す図である。 制御回路によって実行される一連の処理を示すフロー図である。 各光源についてフィルタの温度及び波長捕捉範囲を示す図である。 検出部によって検出される透過光の強度と透過光の周波数との関係を示す図である。 制御回路によるフィードバック制御を説明するための図である。 光源の配置を示す図である。 比較例に係るフィルタの透過特性を示す図である。 比較例に係るフィルタの温度及び波長捕捉範囲を示す図である。 比較例に係る検出部によって検出される透過光の強度と透過光の周波数との関係を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。説明にあたっては、相互に直交するＸ軸及びＹ軸からなる座標系を用いる。

実施の形態１．
本実施の形態に係る波長モニタ１０は、任意の波長のレーザ光を出射可能な光モジュールを構成する。そして、波長モニタ１０は、光モジュールから出射されるレーザ光の波長をモニタリングする。以下では、レーザ光を単に光という。波長モニタ１０は、図１に示されるように、入射部２０、フィルタ３０、検出部４０を有している。

入射部２０は、フィルタ３０の内部で伝搬する光の伝搬角度が後述の角度となるように、フィルタ３０に光を入射させる。入射部２０は、半導体基板２１及びレンズ２２を有している。

半導体基板２１には、Ｙ軸に平行な方向に並列に配置された１２個の光源Ｌ１〜Ｌ１２が形成されている。光源Ｌ１〜Ｌ１２各々は、例えば、半導体レーザであって、温度に応じた波長の光を出射する。

また、光源Ｌ１〜Ｌ１２各々は、光を＋Ｘ方向及び−Ｘ方向の２方向へ向けて出射する。−Ｘ方向へ出射された光は、光通信等に用いられる。一方、＋Ｘ方向へ出射された光は、波長のモニタリングに用いられる。図１には、光源Ｌ４、Ｌ６、Ｌ８各々から＋Ｘ方向へ出射された光の光路が、破線、実線及び一点鎖線各々を用いて模式的に示されている。なお、−Ｘ方向を前面方向あるいは前方といい、＋Ｘ方向を後面方向あるいは後方という。

図２には、光源Ｌ１〜Ｌ１２各々から＋Ｘ方向へ出射される光の出射点のＹ座標値が示されている。図２に示されるように、光源Ｌ１〜Ｌ１２の出射点は、不等間隔で並んでいて、Ｙ座標値の大きさはいずれも４０μｍ以下である。また、光源Ｌ１〜Ｌ６の出射点、及び光源Ｌ７〜Ｌ１２の出射点は、Ｙ座標の原点を基準として対称に配置されている。なお、図２では、光源Ｌ１〜Ｌ１２各々の識別番号として、光源Ｌ１〜Ｌ１２各々の符号と同様の番号を用いている。例えば、光源Ｌ１の識別番号を「Ｌ１」としている。

レンズ２２は、例えば焦点距離が０．７ｍｍのコリメートレンズである。レンズ２２は、その中心と光源Ｌ１〜Ｌ１２の出射点とのＸ軸上における距離Ｄ１が０．７ｍｍとなる位置に配置される。また、レンズ２２の中心軸（光軸）は、Ｙ座標の原点を通り、Ｘ軸に平行な軸となる。そして、レンズ２２は、光源Ｌ１〜Ｌ１２各々から出射された拡散光をコリメートして、コリメート光（平行光）とする。

フィルタ３０は、入射する光の周波数に対する透過特性が周期的な光学素子であって、例えばエタロンである。フィルタ３０の屈折率は、例えば１．５２であって、フィルタ３０のＦＳＲ（Free Spectral Range）は、例えば５０ＧＨｚである。フィルタ３０は、Ｘ軸上におけるレンズ２２の中心との距離Ｄ２が３．０ｍｍとなる位置に配置される。

フィルタ３０は、図３に示されるように、ギャップ部３１、第１反射面Ｆ３２、及び第２反射面Ｆ３３を有している。ギャップ部３１は、例えば水晶からなる平板状の部材である。また、第１反射面Ｆ３２及び第２反射面Ｆ３３各々は、ギャップ部３１の−Ｘ側の面上及び＋Ｘ側の面上の各々に蒸着された誘電体多層膜である。第１反射面Ｆ３２及び第２反射面Ｆ３３は、互いに平行となるように対向している。

なお、フィルタ３０は、第１反射面Ｆ３２及び第２反射面Ｆ３３がＸ軸と平行な軸に直交するように配置される。また、フィルタ３０の屈折率は、第１反射面Ｆ３２及び第２反射面Ｆ３３の間におけるギャップ部３１の屈折率を意味する。また、フィルタ３０の長さＬは、第１反射面Ｆ３２と第２反射面Ｆ３３との距離を意味する。

図３には、コリメート光を構成する光線Ｒ５１が、空気中を伝搬してフィルタ３０に入射する状態が示されている。光線Ｒ５１が入射角ψでフィルタ３０に入射すると、光線Ｒ５１の一部は、スネルの法則に従って、屈折角θで屈折してフィルタ３０の内部へ伝搬する。フィルタ３０の内部で伝搬する光は、第１反射面Ｆ３２及び第２反射面Ｆ３３における反射及び透過を繰り返す。

第１反射面Ｆ３２及び第２反射面Ｆ３３において反射する光線の入射角及び反射角はいずれも、屈折角θと等しい角度θとなる。以下では、屈折角θと、入射角及び反射角（角度θ）とをまとめて伝搬角度θという。また、伝搬角度θの値は、＋Ｘ方向を基準とする。例えば、図３に示される伝搬角度θは、＋Ｘ方向を基準とする負の値となる。

図２には、光源Ｌ１〜Ｌ１２各々からの光がフィルタ３０の内部で伝搬するときの光の伝搬角度θが示されている。図２に示されるように、光源Ｌ１〜Ｌ６からの光の伝搬角度θはいずれも負の値であって、光源Ｌ７〜Ｌ１２からの光の伝搬角度θはいずれも正の値である。また、光源Ｌ１〜Ｌ６各々からの光の伝搬角度θの大きさは、光源Ｌ１２〜Ｌ７各々からの光の伝搬角度θの大きさに等しい。また、光源Ｌ１〜Ｌ１２からの光の伝搬角度θの大きさはいずれも、０．７度以上である。

光源Ｌ１〜Ｌ１２のうちｋ番目の光源からの光の伝搬角度θは、下記の式（１）に示される角度θ_ｋと等しい。なお、ｋ番目の光源は、光源Ｌ１〜Ｌ１２のうち、光源Ｌ１から数えてｋ番目の光源を意味する。例えば、１番目の光源は光源Ｌ１であって、２番目の光源は光源Ｌ２であって、１２番目の光源は光源Ｌ１２である。

ただし、ｍ_ｋは、ｋ番目の光源に応じた干渉次数であって、ｋの値（１、２、・・・、１２）毎に任意の自然数である。また、ｃは光速を表し、ｎはフィルタ３０の屈折率を表し、Ｌはフィルタ３０の長さを表す。また、ｆ_ｋは、下記の式（２）で表される。

ここで、ν_ｋは、ｋ番目の光源からの光の波長をモニタリングするための基準となる周波数（波長ロック周波数）である。ν_ｋは、例えばＩＴＵ−Ｔ（International Telecommunication Union-Telecommunication standardization sector）により規定される５０ＧＨｚの間隔の波長グリッド（以下、ＩＴＵ−Ｔグリッド）に対応する。

また、Ｆ_ｋは、ｋ番目の光源に応じた正の値であって、フィルタ３０の透過特性の半周期より小さい値である。Ｆ_ｋの値は、フィルタ３０の透過特性の勾配等に基づいて定められる。本実施の形態に係るＦ_ｋはいずれも、ｋの値に関わらず、７．５ＧＨｚである。

式（２）に示されるように、ｆ_ｋは、ν_ｋとＦ_ｋとの和又は差であって、ｋの値に応じて規定される。具体的には、ｆ_ｋは、下記の式（３）の値が偶数であるときにν_ｋとＦ_ｋとの和として規定され、式（３）の値が奇数であるときにν_ｋとＦ_ｋとの差として規定される。なお、式（３）は、ｋ−（Ｋ／２＋０．５）の大きさ（絶対値）に対する天井関数の値を示す。式（３）中の最外側の括弧は、括弧内の実数以上の最小の整数を表す天井関数を示す。

ただし、Ｋは、光源の個数であって、本実施の形態に係るＫの値は１２となる。上記の式（３）に基づいてｆ_ｋを定めることにより、ｋの値が６以下で偶数の場合又はｋの値が７以上で奇数の場合には、ｆ_ｋ＝ν_ｋ＋Ｆ_ｋとなる。また、ｋの値が６以下で奇数の場合又はｋの値が７以上で偶数の場合には、ｆ_ｋ＝ν_ｋ−Ｆ_ｋとなる。

図２には、ｆ_ｋを規定するための正負の符号が、ｋ番目の光源に対応して示されている。例えば、１番目の光源Ｌ１に対応するｆ_１は、正の符号を用いてｆ_１＝ν_１＋Ｆ_１として規定され、２番目の光源Ｌ２に対応するｆ_２は、負の符号を用いてｆ_２＝ν_２−Ｆ_２として規定される。

なお、上記の式（１）は、フィルタ３０の透過特性がピークとなるための条件を表す式と等価である。このため、ｆ_ｋは、透過特性のピークに対応する周波数となる。また、上記の式（２）は、透過特性のピーク周波数（ｆ_ｋ）が、モニタリングの基準となる周波数（ν_ｋ）からＦ_ｋだけ離れていることを表している。

また、図２からわかるように、伝搬角度θが大きくなるほど、出射点のＹ座標値も大きくなり、伝搬角度θはＹ座標値と一対一に対応している。より正確には、出射点のＹ座標値は、伝搬角度θの正弦値（ｓｉｎθ）に比例する。換言すると、光源Ｌ１〜Ｌ１２の出射点は、伝搬角度θが上記の式（１）に示される角度θ_ｋと等しくなるように配置されている。

図３に戻り、第２反射面Ｆ３３を透過した光線は、互いに干渉することにより、周波数に応じた強度の透過光となる。

検出部４０は、例えばフォトダイオード等から構成され、フィルタ３０を透過した透過光を受光するための受光面Ｆ４１を有している。検出部４０は、受光面Ｆ４１で受光した透過光の強度を検出して、強度に応じた電気信号を波長モニタ１０の外部へ出力する。

受光面Ｆ４１の形状は、例えば、一辺の長さが２５０μｍの正方形である。受光面Ｆ４１は、フィルタ３０から距離Ｄ３だけ離れた位置に、Ｘ軸と直交するように配置される。距離Ｄ３は、例えば１．０ｍｍである。

図４には、検出部４０によって検出される透過光の強度と、この透過光の周波数との関係が示されている。なお、透過光の強度は、フィルタ３０の透過率に比例するため、図４に示される強度と周波数との関係は、実質的にフィルタ３０の透過特性（透過率の周波数特性）に等しい。

また、光源Ｌ１〜Ｌ１２が異なる波長の光を出射するため、横軸が単なる周波数軸である場合には、各光源について検出される透過光の強度が、横軸方向に離れて表示されることとなる。しかしながら、図４においては、各光源について横軸を５０ＧＨｚの整数倍だけシフトさせることで、透過光の強度とＩＴＵ−Ｔグリッドとの相対位置が維持されたままν_ｋが５０ＧＨｚに位置するように、透過光の強度と周波数との関係が表示されている。

図４中の線Ａ１〜Ａ１２各々は、光源Ｌ１〜Ｌ１２各々について検出される透過光の強度と周波数との関係、及びフィルタ３０の透過特性を示している。ν_ｋとＦ_ｋとの和又は差をｆ_ｋとしたことで、ν_ｋ（５０ＧＨｚ）から左右両側にＦ_ｋだけ離れた位置に、線Ａ１〜Ａ１２のピークに対応する周波数（ｆ_ｋ）があることがわかる。また、出射点のＹ座標値の大きさが大きくなると、伝搬角度θの大きさも大きくなるため、透過特性のピークが小さくなることがわかる。例えば、線Ａ１、Ａ１２のピークは、線Ａ６、Ａ７のピークより小さい。

図４に示されるように、ν_ｋは、透過特性のピーク又はボトムではなく、透過特性のスロープに対応し、ν_ｋの近傍における周波数は、透過光の強度と一対一に対応する。このため、図４に示される透過光の強度と周波数との関係があらかじめ明らかになっていれば、検出部４０から出力される電気信号に基づいて、光源Ｌ１〜Ｌ１２からの光の波長をモニタリングすることが可能となる。

また、図４に示されるように、Ｆ_ｋは、フィルタ３０の透過率が、透過特性のピークに対応する透過率より小さく透過特性のボトムに対応する透過率より大きいときの周波数（ν_ｋ）と、透過特性のピークに対応する周波数のうちν_ｋに最も近い周波数との差に相当する。Ｆ_ｋの値は、例えば、透過特性の勾配の大きさが可能な限り大きくなるときの周波数が、ν_ｋに相当するように定められる。

以上説明したように、本実施の形態に係る波長モニタ１０は、少なくとも一つの光源についてν_ｋとＦ_ｋとの和をｆ_ｋとし、他の少なくとも一つの光源についてν_ｋとＦ_ｋとの差をｆ_ｋとして、フィルタ３０に光を入射した。ここで、本実施の形態に係る波長モニタ１０の効果を説明するために、２つの比較例について説明する。

２つの比較例に係る波長モニタはいずれも、本実施の形態に係る波長モニタ１０と同様の構成を有しているが、図５、６各々に示されるように、光源Ｌ１〜Ｌ１２の出射点のＹ座標値が本実施の形態に係るもの（図２参照）と異なっている。

具体的には、図５に示される例において、ｆ_ｋを規定するための正負の符号はいずれも、負の符号である。すなわち、ｆ_ｋは、ｋの値に関わらず、ν_ｋとＦ_ｋとの差（ｆ_ｋ＝ν_ｋ−Ｆ_ｋ）として規定される。また、図６に示される例において、ｆ_ｋを規定するための正負の符号はいずれも、正の符号である。すなわち、ｆ_ｋは、ｋの値に関わらず、ν_ｋとＦ_ｋとの和（ｆ_ｋ＝ν_ｋ＋Ｆ_ｋ）として規定される。

これらの比較例では、上記の式（１）に示される角度θ_ｋの値の分布が、本実施の形態と比べて疎なものになる。したがって、比較的大きな大きさの角度θ_ｋと伝搬角度θとが等しくなるように、光源Ｌ１〜Ｌ１２からの光がフィルタ３０に入射する。このため、光源Ｌ１、Ｌ１２の出射点のＹ座標値の大きさは、５５μｍを超えることとなる。

図７中の線Ｂ１〜Ｂ１２各々は、図５に示される例において、光源Ｌ１〜Ｌ１２各々について検出される透過光の強度と周波数との関係、及びフィルタ３０の透過特性を示している。ｋの値に関わらずν_ｋとＦ_ｋとの差をｆ_ｋとしたため、図７に示されるように、線Ｂ１〜Ｂ１２のピークに対応する周波数はいずれも、ν_ｋより小さい。

また、図８中の線Ｃ１〜Ｃ１２各々は、図６に示される例において、光源Ｌ１〜Ｌ１２各々について検出される透過光の強度と周波数との関係、及びフィルタ３０の透過特性を示している。ｋの値に関わらずν_ｋとＦ_ｋとの和をｆ_ｋとしたため、図８に示されるように、線Ｃ１〜Ｃ１２のピークに対応する周波数はいずれも、ν_ｋより大きい。

また、図５〜８からわかるように、出射点のＹ座標値の大きさが大きくなるほど、透過特性のピークが大幅に小さくなり、周波数依存性が大幅に小さくなっている。このため、ν_ｋの近傍で透過光の周波数が変動したときにおける検出部４０からの出力の変動幅も小さくなってしまうと考えられる。ひいては、波長のモニタリングの感度が低くなると考えられる。

これらの比較例に対して、本実施の形態では、ｋの値に応じてν_ｋとＦ_ｋとの和又は差をｆ_ｋとして適宜規定した。このため、Ｙ座標値の大きさが比較的小さい位置に、光源Ｌ１〜Ｌ１２の出射点を配置することが可能となった。これにより、図４に示されるように、透過特性のピークが大幅に小さくなることを抑制し、透過特性の周波数依存性が小さくなることを抑制することができる。ひいては、波長モニタ１０の感度を向上させることができる。

また、Ｆ_ｋの値は、ν_ｋにおける透過特性の勾配の大きさが可能な限り大きくなるように定められた。このため、波長モニタ１０は、透過特性のうち周波数依存性が大きい領域に基づいて、波長をモニタリングすることができる。これにより、波長モニタ１０の感度を向上させることができる。

また、図４に示されたように、光源Ｌ１〜Ｌ１２各々からの光の周波数がν_ｋとなったときに検出される透過光の強度は、互いにおおよそ等しい値（約０．２〜０．２５）である。これにより、高精度なモニタリングが可能になる。

また、光源Ｌ１〜Ｌ６からの光の伝搬角度θは負の値であって、光源Ｌ７〜Ｌ１２からの光の伝搬角度θは正の値であった。このため、例えば伝搬角度θがいずれも正（負）の値である場合に比べて、伝搬角度θの大きさを小さくすることができる。これにより、周波数依存性が大きい透過特性に基づいて波長をモニタリングすることができる。

また、光源Ｌ１〜Ｌ６各々からの光の伝搬角度θの大きさは、光源Ｌ１２〜Ｌ７各々からの光の伝搬角度θの大きさに等しかった。伝搬角度θの大きさが等しくなる１対の光源を駆動して、アクティブにレンズ２２の位置を調整すると、この調整作業を容易に行うことができる。特に、１対の光源が最外側にある光源Ｌ１、Ｌ１２であるときに、精度良く位置を調整することができる。

また、光源Ｌ１〜Ｌ１２からの光の伝搬角度θはいずれも０．７度以上であった。このため、フィルタ３０の表面で反射して光源Ｌ１〜Ｌ１２へ戻る戻り光の比率を−５０ｄＢ以下とすることができる。これにより、戻り光による半導体レーザの多モード発振を抑制することができる。

また、ｆ_ｋを規定するための符号は、上記の式（３）を用いて定められた。これにより、ｆ_ｋを規定するための符号は、このｆ_ｋに対応するｋ番目の光源の出射点がＹ座標の原点から遠ざかるにつれて、正の符号と負の符号との交互に定められることとなる。具体的には、本実施の形態に係る光源Ｌ６〜Ｌ１各々についてｆ_ｋを規定するための符号は、負の符号と正の符号との交互に定められ、光源Ｌ７〜Ｌ１２各々についてｆ_ｋを規定するための符号も、負の符号と正の符号との交互に定められた（図２参照）。このため、光源の出射点が密に配置される結果、伝搬角度θの大きさを小さくして、波長モニタ１０の感度を向上させることが可能となる。

実施の形態２．
続いて、実施の形態２について、上述の実施の形態１との相違点を中心に説明する。なお、実施の形態１と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いるとともに、その説明を省略又は簡略する。

本実施の形態に係る波長モニタ１０は、光導波路を備える点で、実施の形態１に係るものと異なっている。

本実施の形態に係る半導体基板２１には、図９に示されるように、光導波路Ｇ１〜Ｇ１２が形成されている。光導波路Ｇ１〜Ｇ１２各々は、光源Ｌ１〜Ｌ１２各々からの光を微小な領域に閉じ込めて、図９中の太線で示される方向へ導波する。そして、光導波路Ｇ１〜Ｇ１２各々は、光源Ｌ１〜Ｌ１２各々からの光を、実施の形態１に係る光源Ｌ１〜Ｌ１２各々の出射点と同様の位置から出射する。

なお、図１０の拡大図に示されるように、半導体基板２１の端面Ｆ２１１は、光導波路Ｇ１〜Ｇ１２によって光が伝送される方向とのなす角度φが一定の角度となるように形成されている。角度φは、例えば８５度以下の角度である。

以上説明したように、本実施の形態に係る光導波路Ｇ１〜Ｇ１２は、光源Ｌ１〜Ｌ１２からの光を導波して、実施の形態１に係る出射点と同様に配置された出射点から光を出射する。光源Ｌ１〜Ｌ１２として半導体レーザを用いる場合には、構造的な制約により、半導体レーザのピッチ間隔を一定距離より長く確保する必要がある。一方、光導波路Ｇ１〜Ｇ１２のピッチ間隔は、半導体レーザ同士のピッチ間隔より小さくすることが可能である。このため、光の出射点の間隔を小さくすることができる。

また、光源Ｌ１〜Ｌ１２を任意の位置に配置することが可能となる。例えば、光源Ｌ１〜Ｌ１２を等間隔に配置することができる。

また、角度φが８５度以下であるため、端面Ｆ２１１で反射して光源Ｌ１〜Ｌ１２へ戻る戻り光を低減し、半導体レーザの動作を安定化させることができる。

実施の形態３．
続いて、実施の形態３について、上述の実施の形態１との相違点を中心に説明する。なお、実施の形態１と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いるとともに、その説明を省略又は簡略する。

本実施の形態に係る波長モニタ１０は、光の出射点同士の間隔として一定以上の距離が確保される点で、実施の形態１に係るものと異なっている。

図１１には、光源Ｌ１〜Ｌ１２各々の出射点のＹ座標値が示されている。図１１に示されるように、Ｙ座標値の大きさはいずれも、４５μｍ以下である。また、光源Ｌ１〜Ｌ１２の出射点はいずれも、隣り合う出射点と閾値以上の距離だけ離間している。閾値は、例えば３μｍである。

光源Ｌ１〜Ｌ１２の出射点は、光源Ｌ１、Ｌ２、Ｌ４、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ９、Ｌ１１、Ｌ１２についてν_ｋとＦ_ｋとの差をｆ_ｋとし、光源Ｌ３、Ｌ５、Ｌ８、Ｌ１０についてν_ｋとＦ_ｋとの和をｆ_ｋとして、ｋ番目の光源からの光の伝搬角度θが上記の式（１）に示される角度θ_ｋと等しくなるように配置される。

図１２には、検出部４０によって検出される透過光の強度と周波数との関係が示されている。図１２に示されるように、本実施の形態に係る線Ａ１、Ａ１２のピークに対応する周波数は、ν_ｋより小さい。

以上説明したように、本実施の形態に係る光源Ｌ１〜Ｌ１２の出射点は、隣り合う出射点と３μｍ以上の間隔をもって配置された。これにより、光源Ｌ１〜Ｌ１２各々から出射された光が、隣り合う光源Ｌ１〜Ｌ１２から出射された光と光学的に結合することを防ぐことができる。

また、図１２中の線Ａ１、Ａ１２により示される透過特性の周波数依存性は、ｋの値に関わらずν_ｋとＦ_ｋとの和（差）をｆ_ｋとする場合（図７、８を参照）のものより大きい。このため、これらの場合に比して、波長モニタ１０の感度を向上させることができる。

なお、半導体基板２１に光導波路が形成されない場合について説明したが、実施の形態２と同様に光導波路Ｇ１〜Ｇ１２を半導体基板２１に設けた場合にも、本実施の形態と同様の効果を得られると考えられる。具体的には、半導体レーザ同士を閾値以上の距離だけ離間させることで、光導波路Ｇ１〜Ｇ１２各々によって導波される光が、隣り合う光導波路Ｇ１〜Ｇ１２によって導波される光と光学的に結合することを防ぐことができると考えられる。

実施の形態４．
続いて、実施の形態４について、上述の実施の形態３との相違点を中心に説明する。なお、実施の形態３と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いるとともに、その説明を省略又は簡略する。

本実施の形態は、ｋの値に応じてＦ_ｋの値が異なる点で、実施の形態３と異なっている。

図１３には、本実施の形態に係る光の出射点のＹ座標値、伝搬角度θ、及びｆ_ｋを規定するための正負の符号が示されている。この伝搬角度θは、ｋの値に応じた値をＦ_ｋとした場合において上記の式（１）に示されるθ_ｋと等しい。

図１４には、検出部４０によって検出される透過光の強度と周波数との関係が示されている。ｋの値に応じた値をＦ_ｋとすることで、図１４中の線Ａ１〜Ａ１２により示される透過光の強度は、周波数がν_ｋのときにいずれも基準値（０．２）に等しい値となっている。

以上説明したように、本実施の形態に係るＦ_ｋは、光源Ｌ１〜Ｌ１２各々からの光がフィルタ３０を透過したときに、検出部４０によって検出される周波数がν_ｋの透過光の強度がいずれも基準値に等しくなるような値である。これにより、光源Ｌ１〜Ｌ１２各々からの光の周波数がν_ｋとなったときに検出される透過光の強度はいずれも、基準値に等しい値となるため、非常に高精度に波長をモニタリングすることが可能となる。

実施の形態５．
続いて、実施の形態５について、上述の実施の形態１との相違点を中心に説明する。なお、実施の形態１と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いるとともに、その説明を省略又は簡略する。

本実施の形態に係る波長モニタ１０は、図１５に示されるように、フィルタ３０の温度を調整するフィルタ温度調整部６０を有している。フィルタ温度調整部６０は、例えばペルティエ素子である。また、フィルタ温度調整部６０上には、フィルタ３０が設けられている。

以上説明したように、波長モニタ１０は、フィルタ温度調整部６０を有している。実施の形態１〜４に係る波長モニタ１０を作製する場合には、作製精度に応じてばらつきが生じることが想定される。

しかしながら、フィルタ温度調整部６０によりフィルタ３０の温度を適切に調整することで、このばらつきを補償することができる。これにより、フィルタ３０の透過特性の劣化を抑制することができる。例えば、フィルタ３０の温度を−２０〜＋２０℃の範囲で調整することで、レンズ２２の位置ずれの許容範囲は、約−２．５μｍ〜＋２．５μｍとなる。

実施の形態６．
続いて、実施の形態６について、上述の実施の形態１との相違点を中心に説明する。なお、実施の形態１と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いるとともに、その説明を省略又は簡略する。

本実施の形態は、図１６に示されるように、検出部４０が受光面Ｆ４２を有している点で、実施の形態１と異なっている。受光面Ｆ４２は、Ｘ軸に平行な軸と直交するように配置される。受光面Ｆ４２の形状は、Ｙ軸に平行な方向を長手方向とする長方形である。

これにより、伝搬角度θが大きい場合であっても、フィルタ３０を透過した透過光を受光して、透過光の強度を検出することが可能となる。例えば、半導体基板２１上に形成される半導体レーザの集積数が増加したときに、レンズ２２の中心軸から比較的離れた位置にある半導体レーザからの透過光を受光することができる。

実施の形態７．
続いて、実施の形態７について、上述の実施の形態１との相違点を中心に説明する。なお、実施の形態１と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いるとともに、その説明を省略又は簡略する。

本実施の形態は、図１７に示されるように、検出部４０が複数の検出素子４３〜４６を有している点で、実施の形態１と異なっている。検出素子４３〜４６は、Ｙ軸と平行な方向にアレイ状に配置されている。また、検出素子４３〜４６各々は、受光面Ｆ４３〜Ｆ４６各々を有している。受光面Ｆ４３〜Ｆ４６各々は、Ｘ軸に平行な軸と直交するように隣接して配置される。

これにより、伝搬角度θが大きい場合であっても、フィルタ３０を透過した透過光を受光して、透過光の強度を検出することが可能となる。

実施の形態８．
続いて、実施の形態８について、上述の実施の形態５との相違点を中心に説明する。なお、実施の形態５と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いるとともに、その説明を省略又は簡略する。

実施の形態５に係るフィルタ温度調整部６０は、フィルタ３０の温度を調整することでレンズ２２の位置ずれ等を補償した。このため、光源Ｌ１〜Ｌ１２のうちいずれの光源からの光の波長をモニタリングする場合にも、フィルタ３０の温度をおおよそ一定の温度にすることが想定されていた。しかしながら、本実施の形態は、光を出射している光源に応じてフィルタ３０の温度を調整する点で、実施の形態５と異なっている。

本実施の形態に係る波長モニタ１０は、波長ロック周波数（ν_ｋ）に等しい周波数の光を出射可能な光モジュールを構成する。波長モニタ１０は、図１８に示されるように、入射部２０、フィルタ３０、検出部４０、フィルタ温度調整部６０、及び制御回路７０を有している。

本実施の形態に係る入射部２０は、ＬＤ温度調整部２３を有している。このＬＤ温度調整部２３は、例えばペルティエ素子である。ＬＤ温度調整部２３上には、半導体基板２１が設けられている。ＬＤ温度調整部２３は、制御回路７０から入力される電気信号に従って、光源Ｌ１〜Ｌ１２の温度を調整する。ＬＤ温度調整部２３によって温度を調整された光源Ｌ１〜Ｌ１２は、その温度に応じた波長の光を出射する。

フィルタ３０の２５℃における屈折率は、約１．５２である。また、フィルタ３０の屈折率の温度特性ｄｎ／ｄｔは、−５．１×１０^−６である。フィルタ３０（水晶エタロン）のＣ軸に平行な方向の線膨張率は、７．７×１０^−６Ｋ^−１である。

フィルタ温度調整部６０は、制御回路７０から入力される電気信号に従って、フィルタ３０の温度を調整する。フィルタ温度調整部６０によって温度を調整されたフィルタ３０の透過特性は、その温度に応じたものとなる。例えば、フィルタ３０の温度が上がると、図４において透過特性を示す線Ａ１〜Ａ１２は、高周波側へ平行に移動する。

制御回路７０は、検出部４０から出力された信号に基づいてＬＤ温度調整部２３及びフィルタ温度調整部６０へ信号を送信することにより、ν_ｋに等しい周波数の光を光源Ｌ１〜Ｌ１２各々から出射させる。

続いて、制御回路７０によって実行される制御について、図１９〜２３を用いて説明する。

図１９には、制御回路７０による一連の制御処理が示されている。この制御処理は、光源Ｌ１〜Ｌ１２のいずれかが光の出射を開始したときに実行される。

図１９に示されるように、制御回路７０は、まず、光源Ｌ１〜Ｌ１２の温度を初期値に設定する（ステップＳ１）。この初期値は、波長モニタ１０の外部から指定されるν_ｋに対応する温度である。例えば、光モジュールのユーザが光モジュールに配設されたスイッチを用いてν_１を選択すると、制御回路７０は、ＬＤ温度調整部２３に電気信号を送信することで、光源Ｌ１の温度をあらかじめ定められた初期値に設定する。この初期値は、例えば、周波数がν_１の光が工場出荷時の光源Ｌ１から出射されるときの平均的な温度である。

次に、制御回路７０は、光を出射している光源の識別番号が、Ｌ２、Ｌ４、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ９、Ｌ１１のいずれかに該当するか否かを判定する（ステップＳ２）。換言すると、制御回路７０は、ν_ｋとＦ_ｋとの差をｆ_ｋとして光の伝搬角度θが実施の形態５に係るθ_ｋと等しくなるように配設された光源から、光が出射されているか否かを判定する。ただし、光源Ｌ１〜Ｌ１２各々は、フィルタ３０の温度が一定の温度（第１の温度Ｔ１）であるときに、光源Ｌ１〜Ｌ１２各々からの光の伝搬角度θが実施の形態５に係る角度θ_ｋに等しくなるように配設されている。したがって、フィルタ３０の温度が第１の温度Ｔ１とは異なる温度になると、光源Ｌ１〜Ｌ１２各々からの光の伝搬角度θは、実施の形態５に係る角度θ_ｋとは異なる値になる。

ステップＳ２の判定が否定された場合（ステップＳ２；Ｎｏ）、制御回路７０は、フィルタ３０の温度を第１の温度Ｔ１に設定する（ステップＳ３）。第１の温度Ｔ１は、図２０において光源Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５、Ｌ８、Ｌ１０、Ｌ１２に対応して示されるように、２５．０℃である。これにより、光源Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５、Ｌ８、Ｌ１０、Ｌ１２からの光は、ν_ｋとＦ_ｋとの和をｆ_ｋとしたときの上記の式（１）で示される角度θ_ｋと等しい伝搬角度θで、フィルタ３０内を伝搬することとなる。

図２１中の線Ｅ１〜Ｅ１２各々は、光源Ｌ１〜Ｌ１２各々について検出される透過光の強度と周波数との関係、及びフィルタ３０の透過特性を示している。なお、線Ｅ１、Ｅ３、Ｅ５、Ｅ８、Ｅ１０、Ｅ１２は、実施の形態１に係る線Ａ１、Ａ３、Ａ５、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２（図４参照）により示される透過特性と同様の透過特性を示す。図２１からわかるように、線Ｅ１、Ｅ３、Ｅ５、Ｅ８、Ｅ１０、Ｅ１２により示される透過特性のピーク周波数（ｆ_ｋ）は、ν_ｋよりＦ_ｋだけ大きい。

その後、制御回路７０は、ステップＳ５へ処理を移行する。

一方、ステップＳ２の判定が肯定された場合（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、制御回路７０は、フィルタ３０の温度を、第１の温度Ｔ１とは異なる第２の温度Ｔ２に設定する（ステップＳ４）。この第２の温度Ｔ２は、図２０において光源Ｌ２、Ｌ４、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ９、Ｌ１１に対応して示されるように、６８．２℃である。第２の温度Ｔ２は、光源Ｌ２、Ｌ４、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ９、Ｌ１１からの光の伝搬角度θが、ν_ｋとＦ_ｋとの和をｆ_ｋとしたときに上記の式（１）で示される角度θ_ｋと等しくなるように、あらかじめ定められる。このため、図２１からわかるように、線Ｅ２、Ｅ４、Ｅ６、Ｅ７、Ｅ９、Ｅ１１により示される透過特性のピーク周波数（ｆ_ｋ）は、ν_ｋよりＦ_ｋだけ大きい。その後、制御回路７０は、ステップＳ５へ処理を移行する。

なお、図２１に示される線Ｅ２、Ｅ４、Ｅ６、Ｅ７、Ｅ９、Ｅ１１は、フィルタ３０の温度が第２の温度Ｔ２に設定されることにより、実施の形態１に係る線Ａ２、Ａ４、Ａ６、Ａ７、Ａ９、Ａ１１（図４参照）が高周波側へ移動したものに相当する。

ステップＳ５では、制御回路７０は、一定時間（例えば１秒間）だけ待機する。

次に、制御回路７０は、ステップＳ１で設定した光源Ｌ１〜Ｌ１２の温度、及びステップＳ３又はステップＳ４で設定したフィルタ３０の温度が収束したか否かを判定する（ステップＳ６）。例えば、制御回路７０は、光源Ｌ１〜Ｌ１２の温度を計測するセンサ、及びフィルタ３０の温度を計測するセンサを用いて、光源Ｌ１〜Ｌ１２及びフィルタ３０の温度が収束したか否かを判定する。また、制御回路７０は、センサを用いることなく、ステップＳ３又はステップＳ４が実行されてから温度が収束するまでの十分な時間が経過したか否かを判定してもよい。

温度が収束していないと判定した場合（ステップＳ６；Ｎｏ）、制御回路７０は、ステップＳ５以降の処理を繰り返す。一方、温度が収束したと判定した場合（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、制御回路７０は、検出部４０によって検出された光強度を取得する（ステップＳ７）。

次に、制御回路７０は、ステップＳ７で取得した光強度の検出値が目標値より大きいか否かを判定する（ステップＳ８）。この判定について、図２２に示される線Ｅ１３を例として用いて説明する。この線Ｅ１３は、図２３に示されるように配設された光源Ｌ１３からの光が、フィルタ３０を透過したときに検出される光強度と周波数との関係、及びフィルタ３０の透過特性の計算結果を示している。

ただし、光源Ｌ１３は、光の出射点がレンズ２２の光軸を通るように半導体基板２１上に形成されたものとする。また、図２３において、フィルタ３０（水晶エタロン）のＣ軸とレンズ２２の光軸とのなす角度は０．７８度とした。

また、フィルタ温度調整部６０によってフィルタ３０の温度が６８．２℃に設定されて、フィルタ３０の透過特性のピーク周波数が、ν_ｋよりＦ_ｋだけ大きいものとした。すなわち、図２３に示される入射部２０は、ν_ｋとＦ_ｋとの和をｆ_ｋとして光の伝搬角度θが上記の式（１）で示されるθ_ｋと等しくなるように、光源Ｌ１３からの光をフィルタ３０に入射させる。その他の条件は、本実施の形態に係るものと同一とした。

図２３に示される例に係る光強度の目標値は、図２２中の点Ｐｔにより示されるように、ν_ｋ（５０ＧＨｚ）に対応する値（０．２）である。なお、点Ｐｔは、光源Ｌ１３から周波数がν_ｋの光が出射される状態を示している。また、図２２において、点Ｐ１、Ｐ２により示される状態では、検出部４０で検出される光強度は約０．４であるため、目標値（０．２）より大きい。点Ｐ３、Ｐ４により示される状態では、検出部４０で検出される光強度は、目標値以下である。

図１９に戻り、光強度の検出値が目標値より大きいと判定された場合（ステップＳ８；Ｙｅｓ）、制御回路７０は、ＬＤ温度調整部２３に電気信号を送信することにより、光を出射している光源の温度を下げる（ステップＳ９）。これにより、光源から出射される光の周波数は低くなる。例えば、図２２中の点Ｐ２により示される状態では、光源Ｌ１３の温度が下げられて、光源Ｌ１３から出射される光の周波数がν_ｋに近づく。ただし、点Ｐ１により示される状態では、光源Ｌ１３の温度が下げられて、光源Ｌ１３から出射される光の周波数がν_ｋから遠ざかってしまう。その後、制御回路７０は、ステップＳ１１へ処理を移行する。

一方、光強度の検出値が目標値より大きくないと判定された場合（ステップＳ８；Ｎｏ）、制御回路７０は、ＬＤ温度調整部２３に電気信号を送信することにより、光を出射している光源の温度を上げる（ステップＳ１０）。これにより、光源から出射される光の周波数は高くなる。例えば、図２２中の点Ｐ３により示される状態では、光源Ｌ１３の温度が上げられて、光源Ｌ１３から出射される光の周波数がν_ｋに近づく。ただし、点Ｐ４により示される状態では、光源Ｌ１３の温度が上げられて、光源Ｌ１３から出射される光の周波数がν_ｋから遠ざかってしまう。その後、制御回路７０は、ステップＳ１１へ処理を移行する。

ステップＳ１１では、制御回路７０は、一定時間（例えば１秒間）だけ待機する。その後、制御回路７０は、ステップＳ７以降の処理を繰り返す。これにより、例えば図２２に示されるように、光源Ｌ１３から出射される光の周波数が、ν_ｋより低周波側の波長捕捉範囲Ｒ１１、及びν_ｋより高周波側の波長捕捉範囲Ｒ１２内にある場合には、光源Ｌ１３から出射される光の周波数がν_ｋに近づくように、光源Ｌ１３の温度が調整される。すなわち、光源Ｌ１３から出射される光の周波数は、波長捕捉範囲Ｒ１１、Ｒ１２からなるキャプチャレンジＲ１内にあるときに、制御回路７０によってν_ｋに近づくように制御される。なお、キャプチャレンジＲ１の幅は、フィルタ３０のＦＳＲに等しい５０ＧＨｚであり、波長捕捉範囲Ｒ１１の幅は、３５．１ＧＨｚと算出され、波長捕捉範囲Ｒ１２の幅は、１４．９ＧＨｚと算出された。

図２２に示されるように、光源Ｌ１３についての波長捕捉範囲Ｒ１１は、波長捕捉範囲Ｒ１２より広い。また、図２１に示されたように、光源Ｌ１〜Ｌ１２すべてについて、透過特性のピーク周波数がν_ｋよりＦ_ｋだけ大きくなるようにフィルタ３０の温度が調整された。このため、図２０に示されるように、光源Ｌ１〜Ｌ１２すべてについて、ν_ｋより低周波側の波長捕捉範囲は、ν_ｋより高周波側の波長捕捉範囲より広いものとなる。

以上説明したように、制御回路７０は、光強度の検出値が目標値と等しくなるようにフィードバック制御を実行する。これにより、波長モニタ１０は、波長ロッカとして機能することとなる。ただし、フィルタ３０の透過率が周波数に対して周期的に変化するため、光源からの光の周波数がキャプチャレンジ外にあるときには、制御回路７０による制御の結果、光源からの光の周波数がν_ｋとは異なる値となってしまう。

ここで、本実施の形態に係る波長モニタ１０の効果を説明するために、２つの比較例について説明する。

図２４には、一の比較例に係る計算結果が線Ｈ１３で示されている。線Ｈ１３は、図２３に示される例において、フィルタ３０の温度が２５．０℃に設定されたときに検出される光強度と周波数との関係、及びフィルタ３０の透過特性を示す。図２４に示されるように、この比較例に係るフィルタ３０の透過特性のピーク周波数は、ν_ｋよりＦ_ｋだけ小さい。すなわち、比較例に係る入射部２０は、ν_ｋとＦ_ｋとの差をｆ_ｋとして光の伝搬角度θが上記の式（１）で示されるθ_ｋと等しくなるように、光源Ｌ１３からの光をフィルタ３０に入射させる。

この比較例に係るキャプチャレンジＲ２の幅は、フィルタ３０のＦＳＲに等しい５０ＧＨｚであり、ν_ｋより低周波側の波長捕捉範囲Ｒ２１の幅は、１４．９ＧＨｚと算出され、ν_ｋより高周波側の波長捕捉範囲Ｒ２２の幅は、３５．１ＧＨｚと算出された。この波長捕捉範囲Ｒ２１は、波長捕捉範囲Ｒ２２より狭い。ただし、比較例に係る制御回路７０は、光強度の検出値が目標値より大きいときに光源の温度を上げて、検出値が目標値以下であるときに光源の温度を下げることで、フィードバック制御を実行する。

光源Ｌ１〜Ｌ１３として用いられる半導体レーザの温度及び半導体レーザに流れる電流値が一定であっても、半導体レーザから出射される光の周波数は、経年劣化により低周波側にシフトすることが知られている。このため、ν_ｋより低周波側の波長捕捉範囲の方が、ν_ｋより高周波側の波長捕捉範囲よりも広いと、半導体レーザの経年劣化が進んだ場合にも光源から周波数がν_ｋの光を出射させることが可能となり、望ましい。したがって、図２２中の線Ｅ１３により示される透過特性の方が、図２４中の線Ｈ１３により示される透過特性よりも、半導体レーザの経年劣化に対して頑健な制御を実行するために適しているといえる。

図２５には、他の比較例に係るフィルタ３０の温度、及び波長捕捉範囲の幅が示されている。図２５に示されるように、光源Ｌ１〜Ｌ１２すべてについてフィルタ３０の温度が２５．０℃に設定される場合には、検出部４０によって検出される光強度は、図２６に示されるものとなる。なお、図２６中の線Ｈ１〜Ｈ１２各々は、光源Ｌ１〜Ｌ１２各々から光が出射されるときに検出される光強度と周波数との関係、及びフィルタ３０の透過特性を示している。また、線Ｈ１〜Ｈ１２各々は、図４中の線Ａ１〜Ａ１２各々により示される透過特性と同様の透過特性を示している。

図２６からわかるように、線Ｈ１、Ｈ３、Ｈ５、Ｈ８、Ｈ１０、Ｈ１２により示される透過特性のピーク周波数は、ν_ｋよりＦ_ｋだけ大きい。このため、光源Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５、Ｌ８、Ｌ１０、Ｌ１２各々について、ν_ｋより低周波側の波長捕捉範囲は、ν_ｋより高周波側の波長捕捉範囲よりも広いものとなる。したがって、光源Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５、Ｌ８、Ｌ１０、Ｌ１２の経年劣化に対して、出射される光の周波数を頑健に制御することができる。

一方、線Ｈ２、Ｈ４、Ｈ６、Ｈ７、Ｈ９、Ｈ１１により示される透過特性のピーク周波数は、ν_ｋよりＦ_ｋだけ小さい。このため、光源Ｌ２、Ｌ４、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ９、Ｌ１１各々について、ν_ｋより低周波側の波長捕捉範囲は、ν_ｋより高周波側の波長捕捉範囲よりも狭いものとなる。したがって、光源Ｌ２、Ｌ４、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ９、Ｌ１１の経年劣化に対して、出射される光の周波数を頑健に制御することは比較的困難である。

この比較例に対して、本実施の形態では、フィルタ３０の温度を調整することにより、光源Ｌ１〜Ｌ１２すべてについて、ν_ｋより低周波側の波長捕捉範囲がν_ｋより高周波側の波長捕捉範囲より広いものとされた。このため、光源Ｌ１〜Ｌ１２すべての経年劣化に対して、出射される光の周波数を頑健に制御することが可能となる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上記実施の形態によって限定されるものではない。

例えば、実施の形態１では、一般的なコリメートレンズをレンズ２２として用いて、光の出射点を図２に示された位置に配置することにより、光の伝搬角度θが上記の式（１）を用いて規定される角度となるようにフィルタ３０に光が入射した。しかしながら、これに限定されず、例えば、光の出射点を等間隔に配置して、レンズ２２の表面形状を適当に形成することにより、光の伝搬角度θが上記の式（１）を用いて規定される角度となるようにフィルタ３０に光を入射させてもよい。同様に、レンズ２２の屈折率分布を適当なものとすることにより、光の伝搬角度θが上記の式（１）を用いて規定される角度となるようにフィルタ３０に光を入射させてもよい。

また、実施の形態１に係るｆ_ｋは、上記の式（３）の値が偶数であるときにν_ｋとＦ_ｋとの和として規定され、上記の式（３）の値が奇数であるときにν_ｋとＦ_ｋとの差として規定されたが、これには限定されない。例えば、エタロンの長さ及び屈折率等の設計によっては、ｆ_ｋを、上記の式（３）の値が偶数であるときにν_ｋとＦ_ｋとの差として規定し、上記の式（３）の値が奇数であるときにν_ｋとＦ_ｋとの和として規定する方が、波長モニタ１０の感度をより向上させることができると考えられる。

また、上記の式（３）の値によらずに、ｆ_ｋを規定してもよい。例えば、光源Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ９、Ｌ１０、Ｌ１１についてν_ｋとＦ_ｋとの差をｆ_ｋとし、光源Ｌ１、Ｌ５、Ｌ８、Ｌ１２についてν_ｋとＦ_ｋとの和をｆ_ｋとして規定してもよい。少なくとも一つの光源についてν_ｋとＦ_ｋとの和をｆ_ｋとし、他の少なくとも一つの光源についてν_ｋとＦ_ｋとの差をｆ_ｋとして規定すれば、波長モニタ１０の感度を向上させることができる。

また、実施の形態２に係る光導波路Ｇ１〜Ｇ１２は、実施の形態１と同様の位置に配置された出射点から光を出射したが、これには限定されない。例えば、光導波路Ｇ１〜Ｇ１２の出射角度を適当に設計することで、光の伝搬角度θが上記の式（１）を用いて規定される角度となるように、フィルタ３０に光を入射させてもよい。

また、実施の形態３において、出射点同士の間隔を３μｍの閾値以上とした。しかしながら、半導体レーザ又は光導波路の設計によっては、光が光学的に結合する距離が異なるため、半導体レーザ等の設計値に応じて適切な閾値を選ぶ必要がある。

また、各実施の形態に係るフィルタ３０は、水晶からなるギャップ部３１を有するエタロンであったが、これには限定されない。例えば、ギャップ部３１は、石英からなる部材であってもよい。また、ギャップ部３１を有しないエアギャップエタロンをフィルタ３０として用いることもできる。また、フィルタ３０は、ＳｉやＧａＡｓ、ＩｎＰ等の半導体基板又はポリマーやガラス基板上に形成された共振器等であってもよい。

また、上記の各実施の形態においては、説明の理解のため、フィルタ３０の屈折率が周波数に関わらず一定の値であると想定して説明したが、屈折率の周波数依存性を考慮して、角度θ_ｋの値を定めてもよい。

また、上記の各実施の形態において、ｋ番目の光源からの光の伝搬角度θが上記の式（１）に示されるθ_ｋと等しくなるように、光がフィルタ３０に入射した。これに限定されず、上記の式（１）に示されるθ_ｋに代えて、下記の式（４）に示されるθ_ｋを用いてもよい。

式（４）は、余弦関数のマクローリン展開により導出される式（１）の近似式である（特許文献２を参照）。このため、光の伝搬角度θが式（４）に示されるθ_ｋと等しくなる場合には、この伝搬角度θが式（１）に示されたθ_ｋと実質的に等しくなる。

また、波長モニタ１０を構成する各構成要素の形状、素材、配置又は寸法を任意に変更して波長モニタ１０を構成することができる。例えば、光源の個数は、１２個より少なくてもよいし、１２個より多くてもよい。また、レンズ２２の焦点距離は、０．７ｍｍ以外の値であってもよい。また、受光面Ｆ４１〜Ｆ４６の形状は、正方形や長方形に限定されず、円形等であってもよい。また、実施の形態７に係る検出素子の個数は４個に限定されず、伝搬角度θの大きさに応じて適当に変更してもよい。

また、フィルタ３０の透過特性のＦＳＲ、屈折率、温度特性、線膨張係数は、実施の形態８に係るものとは異なる値であってもよい。実施の形態８では、第１の温度Ｔ１が２５．０℃であって、第２の温度Ｔ２が６８．２℃であったが、第１の温度Ｔ１及び第２の温度Ｔ２は、これらの値に限定されない。光源Ｌ１〜Ｌ１２すべてについて透過特性のピーク周波数がν_ｋよりＦ_ｋだけ大きくなるように、第１の温度Ｔ１及び第２の温度Ｔ２の値が定められればよい。

また、フィルタ温度調整部６０及びＬＤ温度調整部２３は、ペルティエ素子に限らない。例えば、光モジュールが設置される部屋の室温以上に、フィルタ３０の温度及び光源Ｌ１〜Ｌ１２の温度が設定される場合には、フィルタ温度調整部６０及びＬＤ温度調整部２３としてヒータを用いることができる。

１０ 波長モニタ、２０ 入射部、２１ 半導体基板、２２ レンズ、２３ ＬＤ温度調整部、３０ フィルタ、３１ ギャップ部、４０ 検出部、４３〜４６ 検出素子、６０ フィルタ温度調整部、７０ 制御回路、θ 伝搬角度、φ 角度、ψ 入射角、Ａ１〜Ａ１２，Ｂ１〜Ｂ１２，Ｃ１〜Ｃ１２，Ｅ１〜Ｅ１３，Ｈ１〜Ｈ１３ 線、Ｆ２１１ 端面、Ｆ３２ 第１反射面、Ｆ３３ 第２反射面、Ｆ４１〜Ｆ４６ 受光面、Ｇ１〜Ｇ１２ 光導波路、Ｌ１〜Ｌ１２ 光源、Ｐ１〜Ｐ４，Ｐｔ 点、Ｒ１，Ｒ２ キャプチャレンジ、Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２ 波長捕捉範囲、Ｒ５１ 光線。

Claims (20)

1. 入射する光の周波数に対して透過率が周期的に変化するフィルタと、
   順番に並ぶ複数の光源のうちｋ番目の前記光源からの光の波長をモニタリングするための基準となる周波数をν_ｋとし、ｋ番目の前記光源に応じた正の値をＦ_ｋとし、ν_ｋにＦ_ｋを加算して得る和、又はν_ｋからＦ_ｋを減算して得る差をｆ_ｋとし、ｋ番目の前記光源に応じた干渉次数をｍ_ｋとし、光速をｃとし、前記フィルタの屈折率をｎとし、前記フィルタの長さをＬとして、ｋ番目の前記光源からの光が前記フィルタの内部で伝搬するときの光の伝搬角度が、ｍ_ｋ、ｃ、ｎ、Ｌ及びｆ_ｋを用いる演算により得るθ_ｋと等しくなるように、複数の前記光源からの光を前記フィルタに入射させる入射部と、
   前記フィルタを透過した透過光を受光して、透過光の強度を検出する検出部と、を備え、
   前記入射部は、少なくとも一の前記光源についてν_ｋとＦ_ｋとの和をｆ_ｋとし、他の少なくとも一の前記光源についてν_ｋとＦ_ｋとの差をｆ_ｋとして、光を前記フィルタに入射させる、波長モニタ。
2. 前記入射部は、ｋ番目の前記光源からの光の伝搬角度が、次式（１）に示されるθ_ｋと等しくなるように、光を前記フィルタに入射させる、
   請求項１に記載の波長モニタ。
   

   
3. 前記入射部は、ｋ番目の前記光源からの光に対する前記フィルタの透過率が、透過率と周波数との関係を示す透過特性のピークに対応する透過率より小さく、透過特性のボトムに対応する透過率より大きいときの光の第１周波数と、透過特性のピークに対応する周波数のうち前記第１周波数に最も近い第２周波数との差をＦ_ｋとして、光を前記フィルタに入射させ、
   前記第１周波数は、前記フィルタの透過特性の勾配に基づく値である、
   請求項１又は２に記載の波長モニタ。
4. 前記入射部は、複数の前記光源各々からの光が前記フィルタを透過したときに、前記検出部によって検出される周波数がν_ｋの透過光の強度がいずれも基準値に等しくなるような値をＦ_ｋとして、光を前記フィルタに入射させる、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の波長モニタ。
5. 前記入射部は、前記フィルタの透過特性の半周期より小さい値をＦ_ｋとして、光を前記フィルタに入射させる、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の波長モニタ。
6. 前記入射部は、前記光源の個数をＫとし、次式（２）の値が偶数であるときにν_ｋとＦ_ｋとの和をｆ_ｋとし、次式（２）の値が奇数であるときにν_ｋとＦ_ｋとの差をｆ_ｋとして、ｋ番目の前記光源からの光の伝搬角度がｋ−１番目の前記光源からの光の伝搬角度より大きくなるように、光を前記フィルタに入射させる、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の波長モニタ。
   

   
7. 前記入射部は、前記光源の個数をＫとし、次式（３）の値が奇数であるときにν_ｋとＦ_ｋとの和をｆ_ｋとし、次式（３）の値が偶数であるときにν_ｋとＦ_ｋとの差をｆ_ｋとして、ｋ番目の前記光源からの光の伝搬角度がｋ−１番目の前記光源からの光の伝搬角度より大きくなるように、光を前記フィルタに入射させる、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の波長モニタ。
   

   
8. 前記入射部は、
   複数の前記光源として複数の半導体レーザと、
   複数の前記半導体レーザからの光をコリメートするレンズと、を有し、
   ｋ番目の前記半導体レーザから出射される光の出射点は、前記フィルタの内部で伝搬する光の伝搬角度が、ｍ_ｋ、ｃ、ｎ、Ｌ及びｆ_ｋを用いる演算により得るθ_ｋと等しくなるように配置される、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の波長モニタ。
9. 前記入射部は、
   複数の前記光源として複数の半導体レーザと、
   複数の前記半導体レーザからの光を導波して、前記フィルタの内部で伝搬する光の伝搬角度が、ｍ_ｋ、ｃ、ｎ、Ｌ及びｆ_ｋを用いる演算により得るθ_ｋと等しくなるように配置された出射点から、ｋ番目の前記半導体レーザからの光を出射する光導波路と、
   前記出射点から出射された光をコリメートするレンズと、を有する、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の波長モニタ。
10. 前記光導波路は、半導体基板に形成され、
    少なくとも一の前記半導体レーザからの光が前記光導波路によって導波される方向と、前記半導体基板の端面とのなす角度は、８５度以下である、
    請求項９に記載の波長モニタ。
11. 前記入射部は、
    複数の前記光源として、等間隔で並列に配置された出射点から光を出射する複数の半導体レーザと、
    前記出射点から出射された光をコリメートするレンズと、を有し、
    前記レンズの形状は、ｋ番目の前記半導体レーザからの光が前記フィルタの内部で伝搬するときの光の伝搬角度が、ｍ_ｋ、ｃ、ｎ、Ｌ及びｆ_ｋを用いる演算により得るθ_ｋと等しくなるように形成されている、
    請求項１から７のいずれか一項に記載の波長モニタ。
12. 前記半導体レーザ各々は、隣り合う他の前記半導体レーザと閾値以上の距離だけ離間している、
    請求項８から１１のいずれか一項に記載の波長モニタ。
13. 前記フィルタは、互いに対向する第１反射面及び第２反射面を有し、
    前記フィルタの内部で伝搬する光の伝搬角度は、前記フィルタの内部へ伝搬した光の屈折角、前記第１反射面又は前記第２反射面へ入射する光の入射角、及び前記第１反射面又は前記第２反射面に反射する光の反射角の少なくともいずれか一つであり、
    前記フィルタの屈折率は、前記第１反射面と前記第２反射面との間における屈折率であり、
    前記フィルタの長さは、前記第１反射面と前記第２反射面との距離である、
    請求項１から１２のいずれか一項に記載の波長モニタ。
14. 前記フィルタの内部で伝搬する光の伝搬角度は、前記第１反射面又は前記第２反射面に対して垂直な方向を基準とする角度であって、
    複数の前記光源は、第１光源と、前記第１光源とは異なる第２光源とを含み、
    前記第１光源からの光の伝搬角度は、正の値であり、
    前記第２光源からの光の伝搬角度は、負の値である、
    請求項１３に記載の波長モニタ。
15. 複数の前記光源各々からの光の伝搬角度の大きさはいずれも、０．７度以上である、
    請求項１から１４のいずれか一項に記載の波長モニタ。
16. 複数の前記光源は、一の方向に並列に配置され、
    前記検出部は、複数の前記光源が配置される方向と平行な方向を長手方向とする長方形の受光面で、透過光を受光する、
    請求項１から１５のいずれか一項に記載の波長モニタ。
17. 複数の前記光源は、一の方向に並列に配置され、
    前記検出部は、前記光源が配置される方向と平行な方向に配置される複数の受光面で、透過光を受光する、
    請求項１から１５のいずれか一項に記載の波長モニタ。
18. 前記フィルタの温度を調整する温度調整部、を備え、
    前記入射部は、前記フィルタの温度が第１の温度である場合に、少なくとも一の前記光源についてν_ｋとＦ_ｋとの和をｆ_ｋとし、他の少なくとも一の前記光源についてν_ｋとＦ_ｋとの差をｆ_ｋとして、ｋ番目の前記光源からの光が前記フィルタの内部で伝搬するときの光の伝搬角度が、ｍ_ｋ、ｃ、ｎ、Ｌ及びｆ_ｋを用いる演算により得るθ_ｋと等しくなるように、複数の前記光源からの光を前記フィルタに入射させ、
    前記温度調整部は、前記フィルタの温度が前記第１の温度であるときのν_ｋとＦ_ｋとの差であるｆ_ｋに対応するｋ番目の前記光源から光が出射される場合に、前記フィルタの温度を前記第１の温度とは異なる第２の温度に調整する、
    請求項１から１７のいずれか一項に記載の波長モニタ。
19. 前記入射部は、前記フィルタの温度が前記第１の温度であるときのν_ｋとＦ_ｋとの差であるｆ_ｋに対応するｋ番目の前記光源からの光を、前記フィルタの温度が前記温度調整部によって前記第２の温度に調整された場合には、ν_ｋとＦ_ｋとの和をｆ_ｋとして、前記フィルタの内部で伝搬するときの光の伝搬角度が、ｍ_ｋ、ｃ、ｎ、Ｌ及びｆ_ｋを用いる演算により得るθ_ｋと等しくなるように前記フィルタに入射させる、
    請求項１８に記載の波長モニタ。
20. 入射する光の周波数に対して透過率が周期的に変化するフィルタを用いて、光をフィルタリングするフィルタリングステップと、
    順番に並ぶ複数の光源のうちｋ番目の前記光源からの光の波長をモニタリングするための基準となる周波数をν_ｋとし、ｋ番目の前記光源に応じた正の値をＦ_ｋとし、ν_ｋにＦ_ｋを加算して得る和、又はν_ｋからＦ_ｋを減算して得る差をｆ_ｋとし、ｋ番目の前記光源に応じた干渉次数をｍ_ｋとし、光速をｃとし、前記フィルタの屈折率をｎとし、前記フィルタの長さをＬとして、ｋ番目の前記光源からの光が前記フィルタの内部で伝搬するときの光の伝搬角度が、ｍ_ｋ、ｃ、ｎ、Ｌ及びｆ_ｋを用いる演算により得るθ_ｋと等しくなるように、複数の前記光源からの光を前記フィルタに入射させる入射ステップと、
    前記フィルタを透過した透過光を受光して、透過光の強度を検出する検出ステップと、を含み、
    前記入射ステップでは、少なくとも一の前記光源についてν_ｋとＦ_ｋとの和をｆ_ｋとし、他の少なくとも一の前記光源についてν_ｋとＦ_ｋとの差をｆ_ｋとして、光を前記フィルタに入射させる、波長モニタリング方法。

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