JP7338938B2 - 光半導体装置 - Google Patents

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Description

本開示は光半導体装置に関するものである。
出力波長を選択可能な波長可変レーザが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１０－０３４１１４号公報
本開示に係る光半導体装置は、波長可変レーザ素子と、前記波長可変レーザ素子の出射光を、互いに平行な第１の光と第２の光とに分岐し出力するビームスプリッタと、前記第１の光および前記第２の光を透過するエタロンと、を具備し、前記エタロンの前記第１の光に対する光路長は前記第２の光に対する光路長とは異なるものである。
本開示に係る光半導体装置は、波長可変レーザ素子と、前記波長可変レーザ素子の出射光を、第１の光と第２の光とに分岐し出力するビームスプリッタと、前記第１の光および前記第２の光を透過するエタロンと、を具備し、前記第１の光は前記エタロンへ第１の方向から入射し前記エタロン内で第１の光路を形成し、前記第２の光は前記エタロンに前記第１の方向とは異なる第２の方向から入射し前記エタロン内で第２の光路を形成し、前記第１の光路の光路長は前記第２の光路の光路長と異なるものである。
本開示に係る光半導体装置は、波長可変レーザ素子と、前記波長可変レーザ素子の出射光を、第１の光と第２の光とに分岐し出力するビームスプリッタと、前記第１の光および前記第２の光のうち少なくとも一方の偏波状態を変化させ、他方の偏波状態とは異ならせる偏光板と、前記偏光板を通過した前記第１の光および前記第２の光を透過するエタロンと、を具備し、前記エタロンは、前記エタロンに入射する光の偏波に対応して固有の屈折率を有する材料で構成されているものである。
本開示に係る光半導体装置の制御方法は、波長可変レーザ素子と、前記波長可変レーザ素子の出射光を互いに平行な第１の光と第２の光とに分岐し出力するビームスプリッタと、前記第１の光および前記第２の光を透過するエタロンと、前記エタロンを通過した前記第１の光を受光する第１の検知部と、前記エタロンを通過した第２の光を受光する第２の検知部と、前記エタロンを通過する前の第２の光を受光する第３の検知部と、を具備する光半導体装置の制御方法であって、前記エタロンの前記第１の光に対する光路長は前記第２の光に対する光路長とは異なり、前記波長可変レーザ素子の出射光の目標波長に対応する駆動条件にて前記波長可変レーザ素子を駆動するステップと、前記第１の検知部および前記第２の検知部のうちいずれか一方の検知結果と前記第３の検知部の検知結果とを用いて目標波長を選択するステップと、を含むものである。
図１Ａは実施例１に係る光半導体装置を例示する平面図である。 図１Ｂはエタロンおよびビームスプリッタの拡大図である。 図２Ａはエタロンの透過特性を示す図である。 図２Ｂはエタロンの透過特性を示す図である。 図３は比較例１に係る光半導体装置を例示する平面図である。 図４Ａはエタロンの透過特性を示す図である。 図４Ｂはエタロンの透過特性を示す図である。 図５は比較例２に係る光半導体装置を例示する平面図である。 図６Ａはエタロンの通過特性を示す図である。 図６Ｂはエタロンの通過特性を示す図である。 図７Ａはエタロンの通過特性を示す図である。 図７Ｂはエタロンの通過特性を示す図である。 図８Ａはエタロンの通過特性を示す図である。 図８Ｂはエタロンの通過特性を示す図である。 図９は制御部が実行する制御を例示するフローチャートである。 図１０Ａは実施例２に係る光半導体装置を例示する平面図である。 図１０Ｂはエタロンおよびビームスプリッタの拡大図である。 図１１Ａはエタロンの透過特性を示す図である。 図１１Ｂはエタロンの透過特性を示す図である。 図１２は実施例３に係る光半導体装置を例示する平面図である。 図１３Ａはエタロンの透過特性を示す図である。 図１３Ｂはエタロンの透過特性を示す図である。 図１４は実施例４に係る光半導体装置を例示する平面図である。 図１５Ａは実施例５に係る光半導体装置を例示する平面図である。 図１５Ｂはエタロンおよびビームスプリッタの拡大図である。
本開示が解決しようとする課題
波長制御のためにエタロンを用いる。エタロンは光の波長および周波数に対して周期的な透過特性を有している。エタロンの透過特性は、極大値を示すピークと極小値を示すボトムとの間では波長に対して単調増加および単調減少であるが、ピークおよびボトム近傍では単調増加および単調減少ではない。したがって、波長制御が困難である。そこで、安定した波長制御が可能な光半導体装置およびその制御方法を提供することを目的とする。
本開示の効果
本開示によれば、安定した波長制御が可能である。
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
本開示の一形態は、（１）波長可変レーザ素子と、前記波長可変レーザ素子の出射光を、互いに平行な第１の光と第２の光とに分岐し出力するビームスプリッタと、前記第１の光および前記第２の光を透過するエタロンと、を具備し、前記エタロンの前記第１の光に対する光路長は前記第２の光に対する光路長とは異なる光半導体装置である。これにより１つのエタロンの透過特性を調整することができ、製造バラツキおよび組み立てバラツキなどを抑制することができる。しがたって安定した波長制御が可能となる。
（２）前記エタロンは前記第１の光に対する光路長を画定する第１の部位と、前記第２の光に対する光路長を画定する第２の部位とを有し、前記第１の部位の厚さは前記第２の部位の厚さとは異なってもよい。エタロンの厚さが変わることで、第１の光の光路長は第２の光の光路長より大きくなる。このため安定した波長制御が可能である。
（３）波長可変レーザ素子と、前記波長可変レーザ素子の出射光を、第１の光と第２の光とに分岐し出力するビームスプリッタと、前記第１の光および前記第２の光を透過するエタロンと、を具備し、前記第１の光は前記エタロンへ第１の方向から入射し前記エタロン内で第１の光路を形成し、前記第２の光は前記エタロンに前記第１の方向とは異なる第２の方向から入射し前記エタロン内で第２の光路を形成し、前記第１の光路の光路長は前記第２の光路の光路長と異なる光半導体装置である。これにより１つのエタロンの透過特性を調整することができ、製造バラツキおよび組み立てバラツキなどを抑制することができる。しがたって安定した波長制御が可能となる。
（４）前記ビームスプリッタは第１の反射面と第２の反射面とを備え、前記第１の反射面は前記出射光の一部を前記第１の光として前記第１の方向に出力し、前記第２の反射面は前記出射光の他の一部を前記第２の光として前記第２方向に出力してもよい。これにより非平行な第１の光および第２の光を形成し、エタロンへの入射角を互いに異ならせることができる。
（５）波長可変レーザ素子と、前記波長可変レーザ素子の出射光を、第１の光と第２の光とに分岐し出力するビームスプリッタと、前記第１の光および前記第２の光のうち少なくとも一方の偏波状態を変化させ、他方の偏波状態とは異ならせる偏光板と、前記偏光板を通過した前記第１の光および前記第２の光を透過するエタロンと、を具備し、前記エタロンは、前記エタロンに入射する光の偏波に対応して固有の屈折率を有する材料で構成されている光半導体装置である。これにより１つのエタロンの透過特性を調整することができ、製造バラツキおよび組み立てバラツキなどを抑制することができる。しがたって安定した波長制御が可能となる。
（６）前記偏光板は第１偏光板および第２偏光板を含み、前記第１偏光板は前記第１の光の偏波状態を変化させ、前記第２偏光板は前記第２の光の偏波状態を前記第１の光とは異なる偏波状態に変化させてもよい。第１の光および第２の光の偏波状態を調整することができるため、より安定した波長制御が可能である。
（７）前記ビームスプリッタは前記出射光を反射する反射面を有し、前記偏光板は前記反射面に設けられてもよい。これにより安定した波長制御が可能となる。
（８）前記エタロンは一様の厚さを有してもよい。一様な厚さのエタロンに、入射角の異なる第１の光および第２の光が入射することで、エタロンの透過特性を調整することができる。
（９）前記ビームスプリッタは、前記出射光を第１の軸に向けて前記第１の光を出力する第１反射面と、前記出射光を第２の軸に向けて前記第２の光を出力する第２反射面とを有し、前記第１の軸と前記第２の軸は互いに平行であり、かつ前記出射光の光軸とは異なってもよい。これにより平行な第１の光および第２の光を形成し、エタロンへの入射角を等しくすることができる。
（１０）前記反射面は、前記出射光の一部を透過して第３の光を出力してもよい。エタロンを透過しない第３の光の強度を検出し、第３の光と第１の光との強度の比、および第３の光と第２の光との強度の比に基づいて波長制御を行う。
（１１）波長可変レーザ素子と、前記波長可変レーザ素子の出射光を互いに平行な第１の光と第２の光とに分岐し出力するビームスプリッタと、前記第１の光および前記第２の光を透過するエタロンと、前記エタロンを通過した前記第１の光を受光する第１の検知部と、前記エタロンを通過した第２の光を受光する第２の検知部と、前記エタロンを通過する前の第２の光を受光する第３の検知部と、を具備する光半導体装置の制御方法であって、前記エタロンの前記第１の光に対する光路長は前記第２の光に対する光路長とは異なり、前記波長可変レーザ素子の出射光の目標波長に対応する駆動条件にて前記波長可変レーザ素子を駆動するステップと、前記第１の検知部および前記第２の検知部のうちいずれか一方の検知結果と前記第３の検知部の検知結果と用いて目標波長を選択するステップと、を含む光半導体装置の制御方法である。安定した波長制御が可能となる。
（１２）前記波長可変レーザ素子の駆動情報を格納するメモリをさらに備える光半導体装置の制御方法であって、前記目標波長を選択するステップは、前記目標波長に基づいて前記メモリに格納されている前記第１の検知部および前記第２の検知部のいずれを用いるのか選択するステップを含んでもよい。これにより安定した波長制御が可能となる。
［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態に係る光半導体装置およびその制御方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
図１Ａは実施例１に係る光半導体装置１００を例示する平面図である。一点鎖線は光を示す。Ｘ方向とＹ方向とは互いに直交する。図１Ａに示すように、光半導体装置１００は、パッケージ１０、ＴＥＣ（Thermoelectric Cooler）１２、キャリア１４、波長可変レーザ素子１６、レンズフォルダ１８、ビームスプリッタ２０および２２、エタロン２４、受光素子２６、２８および３０を有する。
パッケージ１０の上面はＸＹ平面に広がり、上面にＴＥＣ１２が搭載されている。ＴＥＣ１２の上にキャリア１４、レンズフォルダ１８、ビームスプリッタ２０および２２、エタロン２４、受光素子２６、２８および３０が搭載されている。キャリア１４の上には波長可変レーザ素子１６が搭載されている。
レンズフォルダ１８は波長可変レーザ素子１６の出力端の－Ｘ側に位置し、ビームスプリッタ２０はレンズフォルダ１８の－Ｘ側に位置する。ビームスプリッタ２２はビームスプリッタ２０の＋Ｙ側に位置し、受光素子３０はビームスプリッタ２２の＋Ｙ側に位置する。エタロン２４はビームスプリッタ２２の＋Ｘ側に位置する。受光素子２６および２８はエタロン２４の＋Ｘ側に位置し、Ｙ方向に沿って並ぶ。
ＴＥＣ１２はペルチェ素子を含み、波長可変レーザ素子１６およびエタロン２４の温度を制御する温度制御装置として機能する。波長可変レーザ素子１６は、波長を制御可能なチューナブル半導体レーザを備え、レーザ光Ｌ０を出力する。波長可変レーザ素子１６は、例えば部分回折格子活性領域（ＳＧ－ＤＦＢ：Sampled Grating Distributed Feedback）、ＣＳＧ－ＤＢＲ（Chirped Sampled Grating Distributed Bragg Reflector）領域、ＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）領域を含む。ＳＧ－ＤＦＢ領域にキャリア注入することで、波長可変レーザ素子１６は発振する。例えばＣＳＧ－ＤＢＲ領域にヒータが設けられ、ヒータに電力が入力されることでＣＳＧ－ＤＢＲ領域の温度が変化し、屈折率が変化する。これによりレーザ光Ｌ０の波長が変化する。ＳＯＡ領域に電流が入力されることで、レーザ光Ｌ０の強度が調整される。レンズフォルダ１８はレンズを保持する。
ビームスプリッタ２０および２２は例えばキューブ型のビームスプリッタである。ビームスプリッタ２０は、波長可変レーザ素子１６から出力されるレーザ光Ｌ０の一部を－Ｘ側に透過させ、一部を＋Ｙ側に反射する。ビームスプリッタ２０を透過したレーザ光Ｌ０が、光半導体装置１００から外部に出力される出力光である。
ビームスプリッタ２２は、互いに平行な２つの反射面２２ａおよび２２ｂを有する。反射面２２ｂ（第２反射面）にはビームスプリッタ２０において分岐されたレーザ光Ｌ０の１つが入射し、反射面２２ｂでさらに分岐する。反射面２２ｂで分岐した光のうちの１つである光Ｌ２（第２の光）は＋Ｘ方向に伝搬し、エタロン２４を透過し、受光素子２８に入力する。反射面２２ｂを透過した光は反射面２２ａ（第１反射面）に入射し、分岐する。反射面２２ａで分岐した光のうちの１つである光Ｌ１（第１の光）は＋Ｘ方向に伝搬し、エタロン２４を透過し、受光素子２６に入力する。光Ｌ１およびＬ２の光軸は互いに平行であり、レーザ光Ｌ０の光軸とは異なる方向である。反射面２２ｂおよび２２ａを透過した光は受光素子３０に入力する。
エタロン２４は例えば水晶などで形成されている。エタロン２４の透過率は、入射光の波長に応じて周期的に変化する。受光素子２６、２８および３０は例えばフォトダイオードであり、光を受光することで電流を出力する。
図１Ｂはエタロン２４およびビームスプリッタ２２の拡大図である。図１Ｂに示すようにエタロン２４はＸ軸およびＹ軸に対して傾斜しており、エタロン２４とＹ軸との間の角度はθ１である。エタロン２４の面２４ｃは受光素子２６および２８に対向する平坦な面である。面２４ａおよび２４ｂは、面２４ｃとは反対側の面であり、ビームスプリッタ２２に対向する。面２４ａは、ビームスプリッタ２２の反射面２２ａの＋Ｘ側に位置し、光Ｌ１が入射する。面２４ｂは、反射面２２ｂの＋Ｘ側に位置し、光Ｌ２が入射する。互いに平行な反射面２２ａおよび２２ｂで形成される光Ｌ１と光Ｌ２とは、互いに平行である。このため光Ｌ１のエタロン２４への入射角は光Ｌ２の入射角に等しく、θ１である。
面２４ａと面２４ｂとの間には段差２４ｄが形成されている。エタロン２４の厚さは段差２４ｄを境界として変化し、面２４ｂと面２４ｃとの間における厚さＴ２は、面２４ａと面２４ｃとの間における厚さＴ１より大きい。これにより、エタロン２４における光Ｌ１の光路長は、エタロン２４における光Ｌ２の光路長より小さくなる。したがって、エタロン２４における光Ｌ１が確定する部位の光路長は、エタロン２４における光Ｌ２が確定する部位の光路長より小さくなる。
受光素子３０はエタロン２４を透過しない光を受光し、光電流Ｉｍ３を出力する。受光素子２６は、エタロン２４の面２４ａと面２４ｃとの間を透過する光Ｌ１を受光し、光電流Ｉｍ１を出力する。受光素子２８は、エタロン２４の面２４ｂと面２４ｃとの間を透過する光Ｌ２を受光し、光電流Ｉｍ１を出力する。各光の強度に応じて光電流は変化する。光電流Ｉｍ１とＩｍ３との比は光Ｌ１とＬ３との強度の比、Ｉｍ２とＩｍ３との比は光Ｌ２とＬ３との強度の比に対応し、これらに基づいて波長制御を行う。
制御部３５はＴＥＣ１２、波長可変レーザ素子１６、受光素子に電気的に接続された電子機器であり、ＴＥＣ１２および波長可変レーザ素子１６電気信号を出力し、また受光素子から出力される光電流を検出する。制御部３５が波長可変レーザ素子１６の不図示のヒータに電力を入力することで、波長可変レーザ素子１６の温度が変化し、発振波長が変化する。また、制御部３５が波長可変レーザ素子１６のＳＯＡ領域に電流を入力することで、波長可変レーザ素子１６の出射光の強度が変化する。制御部３５はメモリを含み、メモリには波長に応じた透過率が格納されている。
図２Ａおよび図２Ｂはエタロン２４の透過特性を示す図である。エタロン２４の透過特性は、エタロン２４内での光の光路長（エタロン２４の共振器長）、エタロン２４の屈折率、および光の入射角により定まる。実施例１では、光Ｌ１と光Ｌ２とで光路長を異ならせることで、図２Ａおよび図２Ｂのような所望の透過特性を実現し、安定した波長制御を可能とする。実施例１における透過特性を説明する前に、比較例を説明する。
（比較例１）
図３は比較例１に係る光半導体装置１００Ｒを例示する平面図である。図３に示すように、ビームスプリッタ２１はビームスプリッタ２０の＋Ｙ側に位置し、１つの反射面を有する。受光素子３０はビームスプリッタ２０の＋Ｙ側に位置し、ビームスプリッタ２０を透過した光を受光する。エタロン２４および受光素子２６はビームスプリッタ２１の＋Ｘ側に位置し、光Ｌ１が入射する。
図４Ａおよび図４Ｂはエタロン２４の透過特性を示す図である。横軸は光の周波数を表し、図４Ａでは１９１．２５０ＴＨｚ～１９１．４５０ＴＨｚの範囲、図４Ｂでは１９６．１００ＴＨｚ～１９６．３００ＴＨｚの範囲である。縦軸は光電流の比Ｉｍ１／Ｉｍ３であり、エタロン２４の透過特性を表す。図４Ａおよび図４Ｂに示すように、比Ｉｍ１／Ｉｍ３、すなわち透過特性は周波数および波長に対して周期的に変化する。つまり比が極大値を取るピークＰと、極小値を取るボトムＢとが交互に並ぶ。比Ｉｍ１／Ｉｍ３を所望の値とすることで、目標とする周波数、すなわち波長を有するレーザ光を出力することができる。
ピークＰとボトムＢとの間では、周波数の上昇に対して比は単調増加または単調減少するため、比に基づく波長制御が容易である。しかしピークＰ付近およびボトムＢ付近では比が単調増加および単調減少しない。すなわちピークＰ付近では、極大値を挟んで、周波数の上昇に対して比が増加する部分と減少する部分とが存在する。ボトムＢ付近でも極小値を挟んで増加部分と減少部分とが存在する。このため波長制御が困難である。
（比較例２）
図５は比較例２に係る光半導体装置２００Ｒを例示する平面図である。図５に示すように、ビームスプリッタ２１の＋Ｘ側にビームスプリッタ２３が配置され、ビームスプリッタ２３の＋Ｘ側にエタロン２４が配置され、＋Ｙ側にエタロン２５が配置される。ビームスプリッタ２３は、ビームスプリッタ２１から出力される光を光Ｌ１およびＬ２に分岐する。受光素子２６はエタロン２４を透過した光Ｌ１を受光し、受光素子２８はエタロン２５を透過した光Ｌ２を受光する。
図６Ａから図８Ｂはエタロン２４および２５の通過特性を示す図である。実線は比Ｉｍ１／Ｉｍ３を表し、エタロン２４の通過特性に対応する。破線は比Ｉｍ２／Ｉｍ３を表し、エタロン２５の通過特性に対応する。
図６Ａおよび図６Ｂに示すように、比Ｉｍ１／Ｉｍ３と比Ｉｍ２／Ｉｍ３とは同じ周期を有し、互いに約１／４周期ずれている。このため、比Ｉｍ１／Ｉｍ３がピークＰ１またはボトムＢ１となる周波数において、比Ｉｍ２／Ｉｍ３は単調増加または単調減少を示す。このとき、比Ｉｍ２／Ｉｍ３を用いて波長制御を行えばよい。また、比Ｉｍ２／Ｉｍ３がピークＰ２またはボトムＢ２となる周波数において、比Ｉｍ１／Ｉｍ３は単調増加または単調減少を示す。このとき、比Ｉｍ１／Ｉｍ３を用いて波長制御を行えばよい。
しかし、２つのエタロン２４および２５、ビームスプリッタ２０、２１および２３など多くの要素を用いるため、これらの製造バラツキおよび組み立てのバラツキなどにより、２つのエタロン２４および２５の透過特性を図６Ａおよび図６Ｂのように調整することは困難である。例えばエタロンの厚さのバラツキ、入射角のバラツキなどにより、意図する透過特性が得られないことがある。
図７Ａおよび図７Ｂの例では、ピークＰ１とピークＰ２とが同一の周波数に位置し、ボトムＢ１とボトムＢ２とが同一の周波数に位置する。図８Ａおよび図８Ｂの例では、ピークＰ１とボトムＢ２とが同一の周波数に位置し、ボトムＢ１とピークＰ２とが同一の周波数に位置する。このためエタロン２４および２５のどちらを用いても波長の制御が困難である。
一方、実施例１は図１Ａおよび図１Ｂに示すように、１つのエタロン２４、ビームスプリッタ２０および２２を用いるものであり、比較例２に比べ構成が簡単である。このため製造バラツキおよび組み立てバラツキを抑制することができる。エタロン２４の厚さＴ１およびＴ２、エタロン２４のＹ軸に対する角度θ１などを精度高く調整し、光Ｌ１およびＬ２の光路長および入射角などを、より正確に定めることができる。前述のように、エタロン２４の透過特性は光路長、入射角および屈折率により定まる。実施例１では光Ｌ１およびＬ２の光路長を異ならせることにより、光Ｌ１に対するエタロン２４の透過特性を光Ｌ２に対する透過特性とは異なるものとする。したがって安定した波長制御が可能となる。
表１はエタロン２４への光Ｌ１およびＬ２の入射角、エタロン２４の厚さ、エタロン２４の屈折率、エタロン２４の反射率を例示する表である。
Figure 0007338938000001
 表１に示すように、光Ｌ１およびＬ２について入射角、屈折率、反射率は同じである。一方、エタロン２４の光Ｌ２が透過する部分の厚さ（光路長）は０．９７ｍｍ＋０．１４μｍであり、光Ｌ１が透過する部分の厚さである０．９７ｍｍより０．１４μｍ大きい。これにより、光Ｌ１に対するエタロン２４の透過特性（Ｉｍ１／Ｉｍ３に対応）と、光Ｌ２に対するエタロン２４の透過特性（Ｉｍ２／Ｉｍ３に対応）とを図２Ａおよび図２Ｂのように調整することができる。
１９１．２５０～１９６．３００ＴＨｚの範囲において、比Ｉｍ１／Ｉｍ３と、比Ｉｍ２／Ｉｍ３とは同じ周期を有し、互いに約１／４周期ずれている。このため、比Ｉｍ１／Ｉｍ３がピークＰ１またはボトムＢ１となる周波数において、比Ｉｍ２／Ｉｍ３は単調増加または単調減少を示す。このとき、比Ｉｍ２／Ｉｍ３を用いて波長制御を行えばよい。また、比Ｉｍ２／Ｉｍ３がピークＰ２またはボトムＢ２となる周波数において、比Ｉｍ１／Ｉｍ３は単調増加または単調減少を示す。このとき、比Ｉｍ１／Ｉｍ３を用いて波長制御を行えばよい。
図９は制御部３５が実行する制御を例示するフローチャートである。制御部３５は波長要求を取得する（ステップＳ２０）。制御部３５は、目標波長に対応する制御の条件をメモリから抽出する（ステップＳ２２）。次に、制御部３５は、波長可変レーザ素子１６を駆動させ（ステップＳ２４）、ＴＥＣ１２を駆動させる（ステップＳ２６）。このときの電流および電力は、図３に示した初期設定値のうち要求波長に対応する値である。
制御部３５は不図示の温度センサから取得する温度が設定範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ２８）。設定範囲とは、波長可変レーザ素子１６およびエタロンの目標温度を中心とする所定範囲である。Ｎｏと判定された場合、制御部３５は、温度ＴＨが設定範囲内となるようにＴＥＣ１２に供給される電流値を変更する。制御部３５はＡＦＣおよびＡＰＣを並行して実行する。まずＡＦＣについて説明する。
制御部３５は、受光素子２６および２８から出力される電流Ｉｍ１および電流Ｉｍ２、受光素子３０から出力される電流Ｉｍ３を取得し、これらの比を算出する（ステップＳ３０）。比Ｉｍ１／Ｉｍ３およびＩｍ２／Ｉｍ３（透過率）のうち、いずれか一方を用いて波長制御を行う。制御部３５のメモリには波長に対する比の値が記憶されており、当該値を参照して比のうち単調増加または単調減少を示す側を選択し、ＡＦＣに用いる。
制御部３５は比が目標範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ３２）。目標範囲とは、例えば図２Ａおよび図２Ｂに示したように、周波数に対応する比Ｉｍ１／Ｉｍ３およびＩｍ２／Ｉｍ３の値から所定の範囲である。
Ｎｏと判定された場合、制御部３５は、例えば波長可変レーザ素子１６のヒータに入力する電力Ｐを制御する（ステップＳ３４）。これにより波長可変レーザ素子１６の温度を変化させ、発振波長を目標波長へと調整する。比を所望の範囲とすることで、波長制御が可能である。比が目標範囲内であれば、所望の波長が得られる。この場合Ｙｅｓと判定され、制御部３５はその状態を維持するようにＡＦＣを継続する。
次にＡＰＣについて説明する。制御部３５は受光素子３０が出力する電流Ｉｍ３を取得し（ステップＳ３６）、電流Ｉｍ３が設定範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ３８）。設定範囲とは電流の目標値を中心とする所定の範囲である。Ｎｏと判定された場合、制御部３５は波長可変レーザ素子１６のＳＯＡ領域に入力する電流Ｉを制御する（ステップＳ４０）。Ｙｅｓと判定された場合、制御部３５はその状態を維持するようにＡＰＣを継続する。ステップＳ３８およびＳ４８でＹｅｓと判定されると、制御は終了する。
１つのエタロン２４が異なる厚さＴ１およびＴ２を持つことで、光Ｌ１と光Ｌ２とに対して光路長を異ならせる。製造バラツキは２つのエタロンよりも小さくなるため、安定した波長制御が可能となる。
ビームスプリッタ２２は互いに平行な反射面２２ａおよび２２ｂを有し、互いに平行な光Ｌ１およびＬ２を出射する。エタロン２４への入射角は等しく、エタロン２４の光Ｌ１およびＬ２に対する屈折率も同一である。このため、主に厚さ（光路長）の調整により透過特性の制御でき、安定した波長制御が可能である。
図１０Ａは実施例２に係る光半導体装置２００を例示する平面図であり、図１０Ｂはエタロン２４およびビームスプリッタ２２の拡大図である。実施例１と同じ構成については説明を省略する。
図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、エタロン２４のビームスプリッタ２２に対向する面２４ｅは平坦であり、段差は形成されていない。つまり、エタロン２４の厚さは一様である。エタロン２４の面２４ｆは面２４ｅとは反対側の面であり、受光素子２６および２８に対向する。
ビームスプリッタ２２は２つの反射面２２ａおよび２２ｂを有する。反射面２２ａと反射面２２ｂとは非平行であり、これらの間の角度はθ２である。反射面２２ａおよび２２ｂは、それぞれ入射する光を分岐する。反射面２２ａから＋Ｘ方向に光Ｌ１が出力する。反射面２２ｂから、＋Ｘ方向とは角度θ２ずれた方向に光Ｌ２が出力する。
光Ｌ１と光Ｌ２とは非平行であり、エタロン２４への入射角も互いに異なる。エタロン２４の厚さは一様であるが、入射角が異なるため、光Ｌ１の光路長は光Ｌ２の光路長とは異なることとなる。このため、光Ｌ１に対するエタロン２４の透過特性は光Ｌ２に対する透過特性とは異なるものとなる。実施例２によれば、実施例１と同様に、製造バラツキおよび組み立てバラツキを抑制することができ、安定した波長制御が可能である。
表２はエタロン２４への光Ｌ１およびＬ２の入射角、エタロン２４の厚さ、エタロン２４の屈折率、エタロン２４の反射率を例示する表である。
Figure 0007338938000002
 表２に示すように、光Ｌ１およびＬ２に対する、厚さ、屈折率、反射率は同じである。一方、光Ｌ２の入射角は１．７３＋０．４３°であり、光Ｌ１の入射角１．７３°より０．４３°大きい。これにより、光Ｌ１に対するエタロン２４の透過特性（Ｉｍ１／Ｉｍ３に対応）と、光Ｌ２に対するエタロン２４の透過特性（Ｉｍ２／Ｉｍ３に対応）とを図１１Ａおよび図１１Ｂのように調整することができる。
図１１Ａおよび図１１Ｂはエタロン２４の透過特性を示す図である。比Ｉｍ１／Ｉｍ３と、比Ｉｍ２／Ｉｍ３とは同じ周期を有し、互いに約１／４周期ずれている。このため、実施例２によれば、実施例１と同様に安定した波長制御が可能である。
実施例２によれば、ビームスプリッタ２２が非平行な２つの反射面２２ａおよび２２ｂを有することで、１つのエタロン２４への光Ｌ１およびＬ２の入射角を異ならせる。なお、面２４ｅと面２４ｆとの間における厚さは同じであるが、面２４ｅのそれぞれでの部位における光Ｌ１およびＬ２の入射角は異なる。これにより、エタロン２４における光Ｌ１の光路長は、エタロン２４における光Ｌ２の光路長より小さくなる。したがって、エタロン２４における光Ｌ１が確定する部位の光路長は、エタロン２４における光Ｌ２が確定する部位の光路長より小さくなる。また、製造バラツキおよび組み付けバラツキが抑制されるため、安定した波長制御が可能である。
エタロン２４が一様な厚さを有し、エタロン２４の光Ｌ１およびＬ２に対する屈折率も同一である。このため、主に反射面２２ａおよび２２ｂ間の角度θ２の調整により透過特性の制御が可能である。これにより安定した波長制御が可能である。
図１２は実施例３に係る光半導体装置３００を例示する平面図である。実施例１または２と同じ構成については説明を省略する。図１２に示すように、エタロン２４の厚さは一様であり、ビームスプリッタ２２は互いに平行な２つの反射面２２ａおよび２２ｂを有する。反射面２２ａから出射する光Ｌ１と、反射面２２ｂから出射する光Ｌ２とは互いに平行である。
ビームスプリッタ２２のエタロン２４と対向する面には偏光板３２および３４が設けられている。Ｘ軸方向において、偏光板３２は反射面２２ａとエタロン２４との間に位置し、偏光板３４は反射面２２ｂとエタロン２４との間に位置する。
光Ｌ１は、偏光板３２（第１偏光板）を透過することで偏波状態が変化した後、エタロン２４に入射する。光Ｌ２は、偏光板３４（第２偏光板）を透過することで偏波状態が変化した後、エタロン２４に入射する。偏光板透過後の光Ｌ１の偏波状態は光Ｌ２の偏波状態とは異なる。
エタロン２４は例えば水晶などの異方性結晶で形成され、入射する光の偏波状態に応じて固有の屈折率を有する。光Ｌ１およびＬ２は互いに異なる偏波状態であるため、エタロン２４の光Ｌ１に対する屈折率は光Ｌ２に対する屈折率とは異なる。したがって、光Ｌ１に対するエタロン２４の透過特性は光Ｌ２に対する透過特性とは異なるものとなる。実施例３によれば、製造バラツキおよび組み立てバラツキを抑制することができ、安定した波長制御が可能である。
表３はエタロン２４への光Ｌ１およびＬ２の入射角、エタロン２４の厚さ、エタロン２４の屈折率、エタロン２４の反射率を例示する表である。
Figure 0007338938000003
 表３に示すように、光Ｌ１およびＬ２に対する、入射角、厚さ（光路長）、反射率は同じである。一方、光Ｌ２に対する屈折率は１．５４４９３７であり、光Ｌ１に対する屈折率１．５４４３より大きい。これにより、光Ｌ１に対するエタロン２４の透過特性（Ｉｍ１／Ｉｍ３に対応）と、光Ｌ２に対するエタロン２４の透過特性（Ｉｍ２／Ｉｍ３に対応）を図１３Ａおよび図１３Ｂのように調整することができる。
図１３Ａおよび図１３Ｂはエタロン２４の透過特性を示す図である。比Ｉｍ１／Ｉｍ３と、比Ｉｍ２／Ｉｍ３とは同じ周期を有し、互いに約１／４周期ずれている。このため、実施例３によれば、実施例１および２と同様に安定した波長制御が可能である。
実施例３によれば、複屈折を生じさせる１つのエタロン２４、偏光板３２および３４を用いればよいため、製造バラツキおよび組み付けバラツキが抑制される。したがって安定した波長制御が可能である。
エタロン２４は一様な厚さを有し、ビームスプリッタ２２は互いに平行な反射面２２ａおよび２２ｂを有する。偏光板３２および３４透過後の偏波状態、およびエタロン２４の屈折率の調整により透過特性の制御が可能であり、安定した波長制御が可能である。偏光板は１つでもよく、光Ｌ１およびＬ２の少なくとも一方の偏波状態を変化させればよい。これは、光Ｌ１およびＬ２の偏波状態が異ならせることで、同様の効果を得ることができるためである。なお、偏波状態を精度高く調整するには光Ｌ１およびＬ２それぞれに対応して偏光板３２および３４を設けることが好ましい。
図１４は実施例４に係る光半導体装置４００を例示する平面図である。実施例３と同じ構成については説明を省略する。図１４に示すように、ビームスプリッタ２２は互いに平行な２つの反射面２２ａおよび２２ｂを有し、反射面２２ａには偏光反射板３６が設けられている。偏光反射板３６は例えば反射型偏光フィルムなどであり、光の偏波状態を変化させ、かつ反射する。なお、２つの反射面２２ａおよび２２ｂは、一部の光を反射し、一部の光を透過するものである。偏光反射板３６は、偏波状態が変化する光Ｌ１を反射し、偏波状態が変化する光Ｌ３を透過する。
偏光反射板３６において反射することで偏波状態が変化した光Ｌ１は、エタロン２４に入射する。光Ｌ１の偏波状態は光Ｌ２の偏波状態とは異なる。エタロン２４の光Ｌ１に対する屈折率は光Ｌ２に対する屈折率とは異なる。したがって、実施例４によれば、光Ｌ１に対するエタロン２４の透過特性を光Ｌ２に対する透過特性とは異なるものとなり、安定した波長制御が可能となる。
図１５Ａは実施例５に係る光半導体装置５００を例示する平面図であり、図１５Ｂは可変偏光板４０およびビームスプリッタ４２付近を拡大した図である。一点鎖線は光を示す。図１５Ａに示すように、光半導体装置５００は、パッケージ１０、ＴＥＣ１２、キャリア１４、波長可変レーザ素子１６、レンズフォルダ１８、ビームスプリッタ２０、可変偏光板４０、ビームスプリッタ４２、エタロン４４、受光素子２８および３０を有する。制御部３５は、波長可変レーザ素子１６、受光素子２８および３０、可変偏光板４０に接続されている。
レンズフォルダ１８は波長可変レーザ素子１６の出力端の－Ｘ側に位置し、ビームスプリッタ２０はレンズフォルダ１８の－Ｘ側に位置する。可変偏光板４０はビームスプリッタ２０の＋Ｙ側に位置し、ビームスプリッタ４２は可変偏光板４０の＋Ｙ側に位置する。受光素子３０（第３の検知部）はビームスプリッタ４２の－Ｘ側に位置する。エタロン４４はビームスプリッタ４２の＋Ｘおよび＋Ｙ側に位置する。受光素子２８はエタロン４４のビームスプリッタ４２側とは反対側に位置する。
可変偏光板４０は例えば液晶、またはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）などの誘電体の異方性結晶などで形成されている。可変偏光板４０は、制御部３５から入力される制御信号に応じて、入射した光Ｌ０の偏波状態を変化させる。
ビームスプリッタ４２は、例えば方解石または水晶などで形成され、光学的な性質が結晶軸の方向に応じて異なる光学的異方性結晶であり、光を複屈折させるプリズムである。ビームスプリッタ４２は、入射する光の偏波状態に応じて固有の屈折率を有する。ビームスプリッタ４２は、可変偏光板４０により偏波状態の変化した光Ｌ０を屈折させ、光Ｌ１、Ｌ２およびＬ３を出射する。
可変偏光板４０に制御信号が入力されないとき、可変偏光板４０は光Ｌ０の偏波状態をある状態（第１の状態）とする。ビームスプリッタ４２は当該光Ｌ０を屈折させ光Ｌ１（第１の光）を出射する。可変偏光板４０に制御信号が入力されるとき、可変偏光板４０は光Ｌ０の偏波状態を別の状態（第２の状態）とする。ビームスプリッタ４２は当該光Ｌ０を屈折させ光Ｌ２（第２の光）を出射する。互いに異なる偏波状態の光に対してビームスプリッタ４２は異なる屈折率を有するため、光Ｌ１の出射方向と光Ｌ２の出射方向とは互いに異なる。このため図１Ｂに示すように、光Ｌ１および光Ｌ２の出射方向は互いに角度θ異なる方向となる。このため光Ｌ１のエタロン４４内での光路（第１の光路）と、光Ｌ２のエタロン４４内での光路（第２の光路）とは、互いに異なる光路長を有する。なお、光Ｌ１およびＬ２がビームスプリッタ４２に入射するときの入射方向についても互いに角度が異なる。
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、エタロン４４はＸ軸およびＹ軸に対して傾斜しており、一様な厚さＴを有する。一方の面はビームスプリッタ４２に対向し、他方の面は受光素子２８に対向する。エタロン４４には光Ｌ１およびＬ２が入射し、エタロン４４は光Ｌ１およびＬ２を通過させる。エタロン４４は、例えば水晶などで形成されており、透過率は入射光の波長に応じて周期的に変化する。
受光素子２８（第１および第２の検知部）は、エタロン４４を通過した光Ｌ１およびＬ２を受光し、光Ｌ１の入射に応じて電流Ｉｍ１を出力し、光Ｌ２の入射に応じて電流Ｉｍ２を出力する。受光素子３０は、エタロン４４を透過せず－Ｘ方向に出射される光Ｌ３を受光し、光電流Ｉｍ３を出力する。光の強度に応じて光電流は変化する。光電流Ｉｍ１とＩｍ３との比は光Ｌ１とＬ３との強度の比、Ｉｍ２とＩｍ３との比は光Ｌ２とＬ３との強度の比に対応し、これらに基づいて波長制御を行う。
実施例５では、光Ｌ１と光Ｌ２とでエタロン４４への入射角を異ならせることで、光路長も異ならせる。これにより図２Ａおよび図２Ｂのような所望の透過特性を実現し、安定した波長制御を可能とする。
実施例５によれば、可変偏光板４０が光Ｌ０の偏波状態を変化させ、ビームスプリッタ４２は偏波状態に応じて光Ｌ１およびＬ２を異なる方向に出射する。このため光Ｌ１およびＬ２の入射角および光路長は互いに異なり、光Ｌ１に対するエタロン４４の透過特性が光Ｌ２に対する透過特性とは異なるものとなる。したがって安定した波長制御が可能となる。
表４はエタロン４４への光Ｌ１およびＬ２の入射角、エタロン４４の厚さ、エタロン４４の屈折率、エタロン４４の反射率を例示する表である。
Figure 0007338938000004
 表４に示すように、光Ｌ１およびＬ２に対して、厚さ、屈折率、反射率は同じである。一方、光Ｌ１の入射角は例えば０°であり、光Ｌ２の入射角は例えば０．２８°である。この結果、光路長も互いに異なることとなる。これにより、光Ｌ１に対するエタロン４４の透過特性（Ｉｍ１／Ｉｍ３に対応）と、光Ｌ２に対するエタロン４４の透過特性（Ｉｍ２／Ｉｍ３に対応）とを図２Ａおよび図２Ｂのように互いに異なるものとすることができる。
図２Ａおよび図２Ｂに示すように、１９１．２５０～１９６．３００ＴＨｚの範囲において、比Ｉｍ１／Ｉｍ３と、比Ｉｍ２／Ｉｍ３とは同じ周期を有し、例えば３／１６周期から５／１６周期の範囲で互いに約１／４周期ずれている。このため、比Ｉｍ１／Ｉｍ３がピークＰ１またはボトムＢ１となる周波数において、比Ｉｍ２／Ｉｍ３は単調増加または単調減少を示す。このとき、比Ｉｍ２／Ｉｍ３を用いて波長制御を行えばよい。また、比Ｉｍ２／Ｉｍ３がピークＰ２またはボトムＢ２となる周波数において、比Ｉｍ１／Ｉｍ３は単調増加または単調減少を示す。このとき、比Ｉｍ１／Ｉｍ３を用いて波長制御を行えばよい。この結果、安定した波長制御が可能となる。
制御部３５から波長可変レーザ素子１６に電気信号を入力して波長可変レーザ素子１６を駆動し、可変偏光板４０に電気信号を入力することで光Ｌ０の偏波状態を変化させ、受光素子２８および３０の出力電流を検出し、波長制御を行う。具体的に制御部３５は、目標波長に応じた透過率をメモリから取得し、当該透過率になるように可変偏光板４０に電気信号を入力する。このため可変偏光板４０により所望の偏波状態が得られ、安定した波長制御が可能となる。
実施例５は、図１５Ａおよび図１５Ｂに示すように、１つのエタロン４４、可変偏光板４０およびビームスプリッタ４２を用いるものであり、比較例２に比べ構成が簡単である。このため製造バラツキおよび組み立てバラツキを抑制することができる。したがって、光Ｌ１およびＬ２の入射角および光路長などをより正確に定めることができる。
可変偏光板４０は液晶または誘電体で形成されているため、偏光方向の回転角度が可変である。例えば、制御部３５から入力される制御信号に応じて、可変偏光板４０は出射光の偏波状態を２つ以上の状態に変えることができる。ビームスプリッタ４２は偏波状態に応じて光を異なる方向に屈折させ、出射する。これにより図２Ａおよび図２Ｂに示すようなエタロン４４の透過特性を得ることができる。１つの可変偏光板４０により、互いに異なる偏波状態の光を出射するため、製造バラツキおよび組み付けバラツキが抑制され、安定した波長制御が可能である。
ビームスプリッタ４２は光Ｌ１、Ｌ２およびＬ３を出射する。このため光Ｌ１とＬ３との強度の比（Ｉｍ１／Ｉｍ３）、光Ｌ２とＬ３との強度の比（Ｉｍ２／Ｉｍ３）により波長制御が可能である。
ビームスプリッタ４２は、光の偏波状態に応じて出射方向を変えるものであればよい。好ましくは、ビームスプリッタ４２は異方性結晶からなり、光を複屈折させるプリズムである。例えばビームスプリッタ４２が方解石または水晶で形成されることで良好な複屈折を示す。１つのビームスプリッタ４２が、可変偏光板４０の出射する偏向状態の異なる光を複屈折させ、光Ｌ１およびＬ２を出射する。このため製造バラツキおよび組み付けバラツキが抑制され、安定した波長制御が可能である。
エタロン４４が一様な厚さを有し、エタロン４４の光Ｌ１およびＬ２に対する屈折率も同一である。このため、ビームスプリッタ４２からの光Ｌ１およびＬ２の出射方向により透過特性の制御が可能である。これにより安定した波長制御が可能である。
可変偏光板４０およびビームスプリッタ４２は、波長可変レーザ素子１６の－Ｘ側（レーザ光の出射方向側）に位置する。エタロン４４は、Ｘ軸に沿って可変偏光板４０およびビームスプリッタ４２よりも波長可変レーザ素子１６側に位置する。レーザ光は波長可変レーザ素子１６から－Ｘ方向に出射し、ビームスプリッタ２０からエタロン４４にかけて＋Ｘ方向に伝搬する。このためパッケージ１０を例えばＸ方向に長くしなくてよく、光半導体装置５００の小型化が可能となる。
以上、本開示の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１０ パッケージ
１２ ＴＥＣ
１４ キャリア
１６ 波長可変レーザ素子
１８ レンズフォルダ
２０、２１、２２、２３、４２ ビームスプリッタ
２２ａ、２２ｂ 反射面
２４、２５、４４ エタロン
２６、２８、３０ 受光素子
３２、３４ 偏光板
３６ 偏光反射板
４０ 可変偏光板
１００、２００、３００、４００、５００ 光半導体装置

Claims (6)

  1. 波長可変レーザ素子と、
    前記波長可変レーザ素子の出射光を、第１の光と第２の光とに分岐し出力するビームスプリッタと、
    前記第１の光および前記第２の光のうち少なくとも一方の偏波状態を変化させ、他方の偏波状態とは異ならせる偏光板と、
    前記第１の光および前記第２の光が入射するエタロンと、を具備し、
    前記エタロンは、前記エタロンに入射する光の偏波に対応して固有の屈折率を有する材料で構成され、
    前記偏光板は、前記ビームスプリッタと前記エタロンとの間に配置されている光半導体装置。
  2. 前記偏光板は第１偏光板および第２偏光板を含み、
    前記第１偏光板は前記第１の光の偏波状態を変化させ、前記第２偏光板は前記第２の光の偏波状態を前記第１の光とは異なる偏波状態に変化させる請求項１に記載の光半導体装置。
  3. 前記ビームスプリッタは前記出射光を反射する反射面を有し、
    前記偏光板は前記反射面に設けられている請求項１または２に記載の光半導体装置。
  4. 前記エタロンは一様の厚さを有する請求項１から３のいずれか一項に記載の光半導体装置。
  5. 前記ビームスプリッタに含まれる反射面は、前記出射光を第１の軸に向けて前記第１の光を出力する第１反射面と、前記出射光を第２の軸に向けて前記第２の光を出力する第２反射面とを有し、
    前記第１の軸と前記第２の軸は互いに平行であり、かつ前記出射光の光軸とは異なる請求項３に記載の光半導体装置。
  6. 前記反射面は、前記出射光の一部を透過して第３の光を出力する請求項３または５に記載の光半導体装置。
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