JPH05343787A - 光発振周波数安定化方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体レーザにおいて、環境温度の変化によ
る光発振周波数のドリフトを低減する光発振周波数安定
化方法及びその装置を提供して信頼性の高い光波通信装
置を得る。 【構成】 半導体レーザの光発振周波数安定化方法及び
装置において、半導体レーザ１１の付近の温度を測定す
る第１の測温手段１２と、半導体レーザの付近の温度を
制御する温度制御手段２と、半導体レーザモジュールの
環境温度を測定する第２の測温手段４と、前記第２の測
温手段の信号に基づいて温度補償信号を形成する温度補
償手段３とからなり、環境温度の変化による光発振周波
数のドリフト分に相当する半導体レーザの温度変化分を
温度制御する前記温度制御手段の設定温度を前記温度補
償信号によって変更することによって半導体レーザの光
発振周波数を安定化させるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光波通信装置における
半導体レーザの光発振周波数安定化方法及びその装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザの光発振周波数は環境温度
と駆動電流値に大きく依存する。例えば、波長１．５μ
ｍ帯ＤＦＢ型半導体レーザの場合は、１３ＧＨ_z ／°Ｃ
の温度依存性を持ち、また５００ＭＨｚ／ｍＡの駆動電
流依存性を持つ。図４は波長１．５μｍ帯ＤＦＢ型半導
体レーザの光発振周波数の温度依存性図であり、図５は
波長１．５μｍ帯ＤＦＢ型半導体レーザの光発振周波数
の駆動電流依存性図である。したがって、高い発振周波
数の安定性が要求される光波（コヒーレント）通信で
は、半導体レーザを一定電流で駆動し半導体レーザ付近
の温度制御を行って半導体レーザの温度を安定化させる
必要がある。例えば、０．０１°Ｃの安定度で温度制御
を行うと、計算上１３０ＭＨ_z 以内の発振周波数の安定
化が見込まれる。

【０００３】図６は従来の光発振周波数安定化装置の構
成図である。図によって従来の光発振周波数安定化方法
及びその装置について説明する。図において、１は半導
体レーザモジュールであり、該半導体レーザモジュール
１で発生したレーザ光は第１のレンズ１４、第２のレン
ズ１６及び光アイソレータ１５を介して光ファイバ１７
に導出される。半導体レーザモジュール１は、半導体レ
ーザ１１と該半導体レーザ１１の温度を安定化するため
の手段とを有している。前記半導体レーザ１１は電流供
給回路６からの一定電流によって駆動される。該駆動電
流ｉの電流値は入力電圧Ｅｉによって設定される。一
方、前記半導体レーザ１１の温度を安定化するための手
段は、例えば、サーミスタなどからなる第１の測温体１
２とペルチエ素子からなる電子冷却素子１３と、温度制
御回路２とから構成される。半導体レーザ１１と第１の
測温体１２とは電子冷却素子１３上に設けられた同一金
属上に２〜３ｍｍの間隔で配置されており、第１の測温
体１２の測定する温度はほぼ半導体レーザ１付近の温度
といえる。電子冷却素子１３のペルチエ素子に正電流が
流れると半導体レーザ１と第１の測温体１２の温度は降
下し、負電流が流れると半導体レーザ１と第１の測温体
２の温度は上昇する。前記電子冷却素子１３は０．０１
°Ｃの安定度で温度制御を可能にする温度制御回路２に
接続され、入力電圧Ｅｔによって第１の測温体１２の制
御温度の設定が行われる。

【０００４】半導体レーザ１から出力される光は発振周
波数νを持ち、第１のレンズ１４、光アイソレータ１
５、及び第２のレンズ１６を通過し、光ファイバ１７へ
集光され入力される。すなわち、第１の測温体１２によ
り温度を検知し、該測定温度に基づいて温度制御回路２
では半導体レーザ１の温度を制御する制御電流を形成す
る。この制御電流を電子冷却素子１２に帰還することに
より、半導体レーザ１１付近の温度の安定化を行って半
導体レーザ１１の発振周波数νを安定化させる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記構
成の装置では、以下の問題点を有している。半導体レー
ザモジュール１内の第１の測温体１２は、半導体レーザ
１１そのものの温度を検出していない。したがって、半
導体レーザ１１の温度を常に０．０１°Ｃの安定度で制
御することは不可能である。特に、半導体レーザモジュ
ール１が置かれている環境温度が変化した場合は、第１
の測温体１２の検出する温度を０．０１°Ｃの安定度で
制御していても、半導体レーザチップの温度が微妙に変
化し、光発振周波数にドリフトが生じる。

【０００６】図７は０．０１°Ｃの安定度を持つ温度制
御回路によって温度制御動作状態にある半導体レーザモ
ジュールの環境温度に対する光発振周波数の変化図であ
る。図において、半導体レーザモジュール１の半導体レ
ーザの光発振周波数は、環境温度に対して例えば、１０
°Ｃから４０°Ｃの環境温度範囲において１．２ＧＨ _z
の光発振周波数のドリフトが生じる。

【０００７】したがって、このような構成の半導体レー
ザモジュール１を光源部とする光波通信装置の場合は、
例えば、１時間程度の短期間では１３０ＭＨ_z 程度の光
発振周波数の安定度が得られるが、長期的には実際に装
置が置かれている環境温度が変化するため、前述した光
発振周波数のドリフトが生じるという問題点がある。本
発明は、前記従来の光発振周波数安定化方法の問題点を
解決して、環境温度の変化による光発振周波数のドリフ
トを低減する光発振周波数安定化方法及びその装置を提
供して信頼性の高い光波通信装置を得ることを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに本発明の光発振周波数安定化方法及びその装置にお
いては、半導体レーザの光発振周波数を安定化させる方
法において、半導体レーザモジュールの環境温度を測定
し、該環境温度の変化による光発振周波数のドリフト分
に相当する半導体レーザの温度変化分を温度制御するも
のであり、また半導体レーザの光発振周波数安定化装置
において、半導体レーザの付近の温度を測定する第１の
測温手段と、第１の測温手段の信号に基づいて半導体レ
ーザの付近の温度を制御する温度制御手段と、半導体レ
ーザモジュールの環境温度を測定する第２の測温手段
と、前記第２の測温手段の信号に基づいて温度補償信号
を形成する温度補償手段とからなり、前記温度制御手段
の設定温度を前記温度補償信号によって変更することに
よって半導体レーザの光発振周波数を安定化させるもの
である。

【０００９】さらに、半導体レーザの光発振周波数を安
定化させる方法において、半導体レーザモジュールの環
境温度を測定し、該環境温度の変化による光発振周波数
のドリフト分に相当する半導体レーザの駆動電流変化分
の駆動電流を制御するものであり、また半導体レーザの
光発振周波数安定化装置において、半導体レーザの付近
の温度を測定する第１の測温手段と、第１の測温手段の
信号に基づいて半導体レーザの付近の温度を制御する温
度制御手段と、半導体レーザモジュールの環境温度を測
定する第２の測温手段と、前記第２の測温手段の信号に
基づいて温度補償信号を形成する温度補償手段と、半導
体レーザに駆動電流を供給する電流供給回路とからな
り、前記電流供給回路の供給電流を前記温度補償信号に
よって変更することによって半導体レーザの光発振周波
数を安定化させるものである。

【００１０】

【作用】そのために、本発明の光発振周波数安定化方法
において、半導体レーザモジュールの環境温度に基づく
温度補償を半導体レーザの温度制御手段、又は駆動電流
の電流供給回路を介して行うことによって、温度変化に
よる半導体レーザの発振周波数の影響を減少させること
ができる。これによって、温度ドリフトの小さな光源を
提供でき、信頼性の高い光波通信装置を得ることができ
る。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施例の
光発振周波数安定化装置のブロック図である。図におい
て、光発振周波数安定化装置を半導体レーザモジュール
１と該半導体レーザモジュール１の半導体レーザ１１の
温度を安定化するための手段とから構成する点、及び該
半導体レーザモジュールで発生したレーザ光を第１のレ
ンズ１４、第２のレンズ１６及び光アイソレータ１５を
介して光ファイバ１７に導出する点は従来の光発振周波
数安定化装置と同様である。

【００１２】本発明の光発振周波数安定化装置は、該半
導体レーザモジュール１の半導体レーザ１１の温度を安
定化するための手段の点で従来の光発振周波数安定化の
ものと異なっている。本発明の半導体レーザ１１の温度
を安定化するための手段は、従来の半導体レーザ１１の
温度を測定する第１の測温体１２の他に、半導体レーザ
モジュール１の環境温度を測定する第２の測温体４と環
境温度補償回路３とから構成され、該環境温度補償回路
３の温度補償信号を半導体レーザ１１の温度制御回路に
帰還させている。

【００１３】図において、第２の測温体４の測定温度は
環境温度補償回路３に入力され半導体レーザ１１の温度
補償を行う温度補償信号を形成する。温度補償信号は、
加算器５によって前記の温度制御回路２に加えられる。
次に、前記の構成による半導体レーザ１１の発振周波数
の安定化を説明する。半導体レーザ１１の第１の測温体
１２は半導体レーザ１付近の温度ｔを検知し該測定温度
を温度制御回路２に入力する。温度制御回路２は、測温
体１２の温度ｔが０．０１°Ｃの安定度で一定に保たれ
るようにペルチェ素子などの電子冷却素子１３に与える
電流の量と方向を制御する。温度ｔは温度制御回路の入
力電圧Ｅで設定でき、例えば、 ｔ＝Ａ・Ｅ …（１） の関係がある。ここで、Ａは定数である。

【００１４】また、半導体レーザ１１の光発振周波数を
νとすると光発振周波数νと温度ｔの関係は、 ν＝ａ₁ ｔ＋ｂ₁ …（２） で表される。初期温度設定値をｔ₀ とすると、初期光発
振周波数ν₀ は ν₀ ＝ａ₁ ｔ₀ ＋ｂ₁ …（３） となる。

【００１５】一方、半導体レーザモジュール１の置かれ
ている環境温度Ｔによるドリフトを考慮すると光発振周
波数は、 ν′＝ａ₁ ｔ₀ ＋ｂ₁ ＋ａ₂ （Ｔ−ｔ₀ ） …（４） に変化する。ここで、光発振周波数が初期光発振周波数
と同じになるような新たな設定温度ｔ₁ を考え、ν′が
常にν₀ となる条件を式（３）と式（４）から求める
と、 ａ₁ ｔ₀ ＋ｂ₁ ＝ａ₁ ｔ₁ ＋ｂ₁ ＋ａ₂ （Ｔ−ｔ₁ ） …（５） となり、さらに上式（５）は変形して ｔ₁ −ｔ₀ ＝−ａ₂ ／（ａ₁ −ａ₂ ）・（Ｔ−ｔ₀ ） …（６） となる。ここで、ａ₁ はａ₂ に比べて１００倍以上の大
きい値をもつことから式（６）は ｔ₁ −ｔ₀ ＝−ａ₂ ／ａ₁ （Ｔ−ｔ₀ ） …（７） と近似することができる。

【００１６】すなわち、環境温度Ｔが変化しても半導体
レーザ１付近の制御温度ｔ₁ を常に式（７）を満足する
よに制御することによって、半導体レーザ１の光発振周
波数は常にν₀ であり、周波数安定化が可能となる。制
御温度ｔ₀ からｔ₁ への変換は、第２の測温体４によっ
て環境温度Ｔを測定し、該測定環境温度を環境温度補償
回路６により温度補償信号電圧ΔＥ（ΔＥ＝（ｔ₁ −ｔ
₀ ）／Ａ）に変換し、この温度補償信号電圧ΔＥを温度
制御電圧Ｅ₀と加算して得られる新たな温度制御電圧Ｅ
（Ｅ＝ｔ₁ ／Ａ）を温度制御回路５に入力することによ
って可能となる。

【００１７】以下に、温度制御電圧Ｅを得るための回路
の一実施例を説明する。図２は温度制御電圧Ｅを得るた
めの回路の実施例である。図において、第２の測温体４
に設ける電源電圧をＥ₁ とし温度制御電圧をＥ₀とす
る。Ｒ₄ は図１の測温体４である。Ｒ₄ は例えば白金に
よって１００Ωの抵抗とすることができる。測温体４の
温度特性は、 Ｒ₄ ＝Ｒ₀ （１＋αＴ） …（８） と表すことができる。ここで、例えばＲ₀ は１００Ω、
αは温度係数で０．００４（°Ｃ^-1) 、Ｔは温度( °
Ｃ) である。

【００１８】図の回路において、Ｒ₁ ＝Ｒ₂ , Ｒ₃ ＝Ｒ
₀ とすると Ｅ＝Ｅ₁ ・αＴ／（Ｒ₂ ＋Ｒ₀ ）・Ｒ₆ ／Ｒ₅ −Ｅ₀ （Ｒ₈ ／Ｒ₇ ・Ｒ₆ ／Ｒ₅ −１） …（９） となる。式（９）においてＥ₁ ・αＴ／（Ｒ₂ ＋Ｒ₀ ）
・Ｒ₆ ／Ｒ₅ −Ｅ₀ （Ｒ₈ ／Ｒ ₇ ・Ｒ₆ ／Ｒ₅ の項は環
境温度Ｔにおける第２の測温体４から得られる温度補償
信号電圧に対応するものである。

【００１９】式（７）の左辺は式（１）より ｔ₁ −ｔ₀ ＝Ａ（Ｅ−Ｅ₀ ） …（１０） と表され、この式（１０）に式（９）を代入して ｔ₁ −ｔ₀ ＝ＡＥ₁ α／（Ｒ₂ ＋Ｒ₀ ）・Ｒ₆ ／Ｒ₅ ・Ｔ −Ｒ₈ ／Ｒ₇ ・Ｒ₆ ／Ｒ₅ ・ｔ₀ …（１１） を得る。式（１１）が式（７）の右辺を満足するために
は、 −ａ₂ ／ａ₁ ＝ＡＥ₁ α／（Ｒ₂ ＋Ｒ₀ ）・Ｒ₆ ／Ｒ₅ ＝Ｒ₈ ／Ｒ₇ ・Ｒ₆ ／Ｒ₅ …（１２） が成り立てばよい。

【００２０】通常ａ₂ はａ₁ より１００倍程度に大き
く、−ａ₂ ／ａ₁ は例えば３×１０^-3である。Ａ＝１０
０（°Ｃ／ｖ），Ｅ₁ ＝１０ｖ，Ｒ₂ ＝２．４ｋΩとす
ると、式（１２）より例えば、Ｒ₅ ＝１６ｋΩ，Ｒ₆ ＝
３０ｋΩ，Ｒ₇ ＝１ｋΩ，Ｒ₈ ＝１．６ｋΩと設定する
ことによって−ａ₂ ／ａ₁ を３×１０^-3とすることがで
きる。

【００２１】図３は、半導体レーザの発振周波数の温度
特性図であり、図によって本発明の光発振周波数安定化
方法を説明する。図の縦軸に半導体レーザの発振周波数
νと温度制御電圧Ｅをとり、横軸に温度ｔをとってい
る。環境温度を考慮しない場合の半導体レーザの発振周
波数の温度特性は、式（３）のν＝ａ₁ ｔ＋ｂ₁ で表さ
れる。一方、環境温度を考慮した場合の半導体レーザの
発振周波数の温度特性は、式（４）のν′＝ａ₁ ｔ＋ｂ
₁ ＋ａ₂ （Ｔ−ｔ）で表される。また、温度ｔと温度制
御電圧Ｅの関係は、式（１）のｔ＝Ａ・Ｅで表される。

【００２２】ここで、初期状態の温度がｔ₀₁の場合につ
いて説明する。温度がｔ₀₁のとき半導体レーザの発振周
波数は、式（３）からν₁ ＝ａ₁ ｔ₀₁＋ｂ₁ である。こ
のとき環境温度がＴとなると、半導体レーザ１１の発振
周波数は式（３）で表されるν＝ａ₁ ｔ＋ｂ₁ の特性直
線から式（４）で表されるν′＝ａ₁ ｔ＋ｂ₁ ＋ａ
₂（Ｔ−ｔ）の特性直線に移り、発振周波数が上昇す
る。図において、点Ｐ₁ から点Ｑ₁ に移動する。この移
動によって半導体レーザ１１の発振周波数はν₁ ＝ａ ₁
ｔ₀₁＋ｂ₁ からν₁ ′＝ａ₁ ｔ₀₁＋ｂ₁ ＋ａ₂ （Ｔ−ｔ
₀₁）に変化する。このとき、半導体レーザ１１の温度を
ｔ₀₁とするために、温度制御回路はＥ₀₁＝ｔ₀₁／Ａの温
度制御電圧が供給されている。ν₁ ′に変化した半導体
レーザ１１の発振周波数を変化前の発振周波数ν₁ に戻
すためには、温度制御回路２から供給される温度制御電
圧をＥ₁ ＝ｔ₁ ／Ａとして半導体レーザ１１の発振周波
数をν′＝ａ₁ ｔ＋ｂ₁ ＋ａ₂ （Ｔ−ｔ）の特性直線に
沿って変化させる。

【００２３】この温度制御回路２からの温度制御電圧の
供給によって、ν′＝ａ₁ ｔ＋ｂ₁＋ａ₂ （Ｔ−ｔ）上
において、点Ｑ₁ からＳ₁ に移動し、半導体レーザ１１
の発振周波数はν₁ となる。次に、初期状態の温度がｔ
₀₂の場合について説明する。温度がｔ₀₂のとき半導体レ
ーザの発振周波数は、式（３）からν₂ ＝ａ₁ ｔ₀₁＋ｂ
₁ である。このとき環境温度がＴとなると、半導体レー
ザ１１の発振周波数は式（３）で表されるν＝ａ₁ ｔ＋
ｂ₁ の特性直線から式（４）で表されるν′＝ａ₁ ｔ＋
ｂ₁ ＋ａ₂ （Ｔ−ｔ）の特性直線に移り、発振周波数が
減少する。図において、点Ｐ₂ から点Ｑ₂ に移動する。
この移動によって半導体レーザ１１の発振周波数はν₂
＝ａ₁ ｔ₀₂＋ｂ₁ からν₁ ′＝ａ₁ ｔ₂ ＋ｂ₁ ＋ａ
₂ （Ｔ−ｔ ₂ ）に変化する。このとき、半導体レーザ１
１の温度をｔ₀₂とするために、温度制御回路はＥ₀₂＝ｔ
₀₂／Ａの温度制御電圧を供給している。ν₂ ′に変化し
た半導体レーザ１１の発振周波数を変化前の発振周波数
ν₂ に戻すためには、温度制御回路２から供給される温
度制御電圧をＥ₂ ＝ｔ₂ ／Ａとして半導体レーザ１１の
発振周波数をν′＝ａ₁ ｔ＋ｂ₁ ＋ａ₂ （Ｔ−ｔ）の特
性直線に沿って変化させる。

【００２４】この温度制御回路２からの温度制御電圧の
供給によって、ν′＝ａ₁ ｔ＋ｂ₁＋ａ₂ （Ｔ−ｔ）上
において、点Ｑ₂ からＳ₂ に移動し、半導体レーザ１１
の発振周波数はν₂ となる。図８は本発明の光発振周波
数安定化装置の第２の実施例を示すブロック図である。

【００２５】図において、光発振周波数安定化装置を半
導体レーザモジュール１と該半導体レーザモジュール１
の半導体レーザ１１の温度を安定化するための手段とか
ら構成する点、及び該半導体レーザモジュールで発生し
たレーザ光を第１のレンズ１４、第２のレンズ１６及び
光アイソレータ１５を介して光ファイバ１７に導出する
点は従来の光発振周波数安定化装置と同様である。

【００２６】本発明の光発振周波数安定化装置の半導体
レーザ１１の温度を安定化するための手段は、従来の半
導体レーザ１１の温度を測定する第１の測温体１２の他
に、半導体レーザモジュール１の環境温度を測定する第
２の測温体４と環境温度補償回路３とから構成され、該
環境温度補償回路３の温度補償信号を半導体レーザ１１
の電流供給回路６に帰還させている。

【００２７】図において、第２の測温体４の測定温度は
環境温度補償回路３に入力され半導体レーザ１１の温度
補償を行う温度補償信号ΔＥを形成する。温度補償信号
ΔＥは、駆動電圧Ｅｉと加算して電流供給回路６に供給
され半導体レーザ１１を駆動する。次に、前記の構成に
よる半導体レーザ１１の発振周波数の安定化を説明す
る。

【００２８】半導体レーザ１１の第１の測温体１２は半
導体レーザ１付近の温度ｔを検知し該測定温度を温度制
御回路２に入力する。温度制御回路２は、測温体１２の
温度ｔが０．０１°Ｃの安定度で一定に保たれるように
ペルチェ素子などの電子冷却素子１３に与える電流の量
と方向を制御する。温度ｔは温度制御回路の入力電圧Ｅ
ｔで設定でき、例えば、 ｔ＝Ａ・Ｅｔ …（１３） の関係がある。ここで、Ａは定数である。

【００２９】電流供給回路６は電流ｉ₀ を供給して半導
体レーザー１１を発光させる。該供給電流ｉ₀ は電流供
給回路６の入力電圧Ｅｉによって設定される。また、電
流ｉ ₀ で動作している半導体レーザ１１の光発振周波数
をνとすると光発振周波数νと温度ｔの関係は、 ν＝ａ₁ ｔ＋ｂ₁ …（１４） で表される。初期温度設定値をｔ₀ とすると、初期光発
振周波数ν₀ は ν₀ ＝ａ₁ ｔ₀ ＋ｂ₁ …（１５） となる。

【００３０】一方、半導体レーザモジュール１の置かれ
ている環境温度Ｔによるドリフトを考慮すると光発振周
波数は、 ν′＝ａ₁ ｔ₀ ＋ｂ₁ ＋ａ₂ （Ｔ−ｔ₀ ） …（１６） に変化する。ここで電流供給回路６の電流ｉ₀ を第２の
電流ｉ₁ とすると前記光発振周波数は、 ν′＝ａ₁ ｔ₀ ＋ｂ₁ ＋ａ₂ （Ｔ−ｔ₀ ）＋ａ₃ （ｉ₁ −ｉ₀ ）…（１７） となる。

【００３１】上式（１７）において、 ａ₂ （Ｔ−ｔ₀ ）＝−ａ₃ （ｉ₁ −ｉ₀ ） …（１８） が成り立つとすると上式（１７）は、 ν′＝ａ₁ ｔ₀ ＋ｂ₁ ＝ν₀ …（１９） となって環境温度Ｔに依存せず、環境温度Ｔの変化にか
かわらず光発振周波数の安定化を図ることができる。

【００３２】前記電流ｉ₀ は式（１８）から ｉ₀ −ｉ₁ ＝ａ₂ （Ｔ−ｔ₀ ）／ ａ₃ …（２０） で表される。電流供給回路６の電流の電流ｉ₀ から電流
ｉ₁ への変換は、第２の測温体４によって環境温度Ｔを
測定し、環境温度補償回路３によって前記環境温度Ｔを
対応する電圧ΔＥを変換し、さらに該電圧ΔＥを電圧Ｅ
ｉと加算して電流供給回路６に入力することによって行
われる。

【００３３】以下に、本発明の第２の実施例の回路を説
明する。図９は本発明の第２の実施例の回路図である。
図において、Ｒ₄ は図８の測温体４である。Ｒ₄ は例え
ば白金によって１００Ωの抵抗とすることができる。測
温体４の温度特性は、 Ｒ₄ ＝Ｒ₀ （１＋αＴ） …（２１） と表すことができる。ここで、例えばＲ₀ は１００Ω、
αは温度係数で０．００４（°Ｃ^-1) 、Ｔは温度( °
Ｃ) である。

【００３４】半導体レーザーの駆動電流ｉ₁ は ｉ₁ ＝（ΔＥ＋Ｅｉ−Ｅ２）／Ｒ₉ …（２２） となる。図の回路において、Ｒ₁ ＝Ｒ₂ , Ｒ₃ ＝Ｒ₀ と
すると ΔＥ＝〔Ｅ₁ ・αＴ／（Ｒ₂ ＋Ｒ₀ ）−Ｅｔ・Ｒ₈ ／Ｒ₇ 〕・Ｒ₆ ／Ｒ₅ …（２３） となる。

【００３５】上式（２３）に式（１４）を代入すると ΔＥ＝〔Ｅ₁ ・αＴ／（Ｒ₂ ＋Ｒ₀ ）−ｔ・Ｒ₈ ／Ａ・Ｒ₇ 〕・Ｒ₆ ／Ｒ₅ …（２４） となる。 ここで、Ｅ₁ ・α／（Ｒ₂ ＋Ｒ₀ ）＝Ｒ₈ ／Ａ・Ｒ₇ …（２５） とするとＴ＝ｔのとき上式（２５）はΔＥ＝０となり、
電流値ｉ₀ は ｉ₀ ＝Ｅｉ−Ｅ２ …（２６） と表される。

【００３６】上式（２２），（２４）及び（２５）より
次式が得られる。 ｉ₀ −ｉ₁ ＝−〔Ｅ₁ ・αＴ／（Ｒ₂ ＋Ｒ₀ ）−ｔ・Ｒ₈ ／Ａ・Ｒ₇ 〕 ・Ｒ₆ ／Ｒ₅ ・Ｒ₉ …（２７） したがって、式（２０）を満足するためには、 Ｅ₁ ・α・Ｒ₆ ／（Ｒ₂ ＋Ｒ₀ ）・Ｒ₅ ・Ｒ₉ ＝−Ｒ₆ ・Ｒ₈ ／Ｒ₅ ・Ｒ₉ ・Ａ・Ｒ₇ ＝ａ₂ ／ ａ₃ …（２８） が成立すればよい。

【００３７】Ａ＝１００（°Ｃ／ｖ），Ｅ₁ ＝１０ｖ，
Ｒ₂ ＝２．４ｋΩ，Ｒ₉ ＝１０Ωとすると、式（２８）
より例えば、Ｒ₅ ＝８００，Ｒ₆ ＝３０ｋΩ，Ｒ₇ ＝１
ＭΩ，Ｒ₈ ＝１．６ｋΩと設定することによって−ａ₂
／ａ₁ を−６×１０^-5（Ａ／℃）とすることができる。
図１０，１１は、半導体レーザの発振周波数の温度特性
図であり、図によって本発明の第２の実施例の光発振周
波数安定化方法を説明する。

【００３８】図において、縦軸は半導体レーザの発振周
波数νであり、横軸は温度ｔである。環境温度を考慮し
ない場合の半導体レーザの発振周波数の温度特性は、式
（１４）のν＝ａ₁ ｔ＋ｂ₁ で表される。一方、環境温
度を考慮した場合の半導体レーザの発振周波数の温度特
性は、式（１６）のν′＝ａ₁ ｔ＋ｂ₁ ＋ａ₂ （Ｔ−
ｔ）で表される。

【００３９】ここで、初期状態の温度がｔ₀₁の場合につ
いて図１０によって説明する。温度がｔ₀₁のとき半導体
レーザの発振周波数は、式（１４）からν₁ ＝ａ₁ ｔ₀₁
＋ｂ ₁ である。このとき環境温度がＴとなると、半導体
レーザ１１の発振周波数は式（１４）で表されるν＝ａ
₁ ｔ＋ｂ₁ の特性直線から式（１６）で表されるν′＝
ａ₁ ｔ＋ｂ₁ ＋ａ₂ （Ｔ−ｔ）の特性直線に移り、発振
周波数が上昇する。図において、点Ｐ₃ から点Ｑ₃ に移
動する。この移動によって半導体レーザ１１の発振周波
数はν₃ ＝ａ₁ ｔ₀₁＋ｂ₁ からν₃ ′＝ａ₁ ｔ₀₁＋ｂ₁
＋ａ₂ （Ｔ−ｔ ₀₁）に変化する。このとき、半導体レー
ザ１１の温度をｔ₀₁とするために、温度制御回路はＥ₀₁
＝ｔ₀₁／Ａの温度制御電圧が供給されている。ν₃ ′に
変化した半導体レーザ１１の発振周波数を変化前の発振
周波数ν₃ に戻すためには、電流供給回路６供給される
電流値をｉ₁ として半導体レーザ１１の発振周波数を
ν′＝ａ₁ ｔ＋ｂ₁ ＋ａ₂ （Ｔ−ｔ）＋ａ₃ （ｉ₁ −ｉ
₀ ）の特性直線に沿って変化させる。

【００４０】この電流供給回路６供給される電流値をｉ
₁ の供給によって、点Ｑ₃ からＳ₃に移動し、半導体レ
ーザ１１の発振周波数はν₃ となる。次に、初期状態の
温度がｔ₀₂の場合について図１０によって説明する。温
度がｔ₀₂のとき半導体レーザの発振周波数は、式（１
４）からν₃ ＝ａ₁ ｔ₀₁＋ｂ₁である。このとき環境温
度がＴとなると、半導体レーザ１１の発振周波数は式
（１４）で表されるν＝ａ₁ ｔ＋ｂ₁ の特性直線から式
（１６）で表されるν′＝ａ₁ ｔ＋ｂ₁ ＋ａ₂ （Ｔ−
ｔ）の特性直線に移り、発振周波数が減少する。図にお
いて、点Ｐ₃ から点Ｑ₃ に移動する。この移動によって
半導体レーザ１１の発振周波数はν₃ ＝ａ₁ ｔ₀₂＋ｂ₁
からν₃ ′＝ａ₁ ｔ₂ ＋ｂ₁ ＋ａ₂ （Ｔ−ｔ₂）に変化
する。このとき、半導体レーザ１１の温度をｔ₀₂とする
ために、温度制御回路はＥ₀₂＝ｔ₀₂／Ａの温度制御電圧
を供給している。ν₃ ′に変化した半導体レーザ１１の
発振周波数を変化前の発振周波数ν₃ に戻すためには、
電流供給回路６供給される電流値をｉ₁ として半導体レ
ーザ１１の発振周波数をν′＝ａ ₁ ｔ＋ｂ₁ ＋ａ₂ （Ｔ
−ｔ）＋ａ₃ （ｉ₁ −ｉ₀ ）の特性直線に沿って変化さ
せる。

【００４１】この電流供給回路６供給される電流値をｉ
₁ の供給によって、点Ｑ₃ からＳ₃に移動し、半導体レ
ーザ１１の発振周波数はν₃ となる。なお、本発明は前
記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基
づき種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲か
ら排除するものではない。

【００４２】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、従来の温度制御回路に加えて環境温度補償回路
を付加したので、環境温度による光発振周波数のドリフ
トを低減することが期待できる。例えば、１０°Ｃから
４０°Ｃの環境温度による光発振周波数のドリフト量が
１．２ＧＨ_z であったのが、本発明の実施により約１／
１０に低減できる。したがって、信頼性の高い光通信装
置の光源部を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光発振周波数安定化装置の実施例のブ
ロック図である。

【図２】本発明の温度制御電圧Ｅを得るための回路図で
ある。

【図３】半導体レーザの発振周波数の温度特性図であ
る。

【図４】波長１．５μｍ帯ＤＦＢ型半導体レーザの光発
振周波数の温度依存性図である。

【図５】波長１．５μｍ帯ＤＦＢ型半導体レーザの光発
振周波数の駆動電流依存性図である。

【図６】従来の光発振周波数安定化装置の構成図であ
る。

【図７】０．０１°Ｃの安定度を持つ温度制御回路によ
って温度制御動作状態にある半導体レーザモジュールの
環境温度に対する光発振周波数の変化図である。

【図８】本発明の光発振周波数安定化装置の第２の実施
例を示すブロック図である。

【図９】本発明の第２の実施例の回路図である。

【図１０】半導体レーザの発振周波数の温度特性図であ
る。

【図１１】半導体レーザの発振周波数の温度特性図であ
る。

【符号の説明】

１ 半導体レーザモジュール ２ 測温制御回路 ３ 環境温度補償回路 ４ 第２の測温体 ５ 加算器 ６ 電流供給回路 １１ 半導体レーザ １２ 第１の測温体 １３ 電子冷却装置 １４ 第１のレンズ １５ 光アイソレータ １６ 第２のレンズ １７ 光ファイバ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザの光発振周波数を安定化さ
   せる方法において、 （ａ）半導体レーザモジュールの環境温度を測定し、 （ｂ）該環境温度の変化による光発振周波数のドリフト
   分に相当する半導体レーザの温度変化分を求め、 （ｃ）前記温度変化分を補償するよう前記半導体レーザ
   の温度制御を行うことを特徴とする光発振周波数安定化
   方法。
2. 【請求項２】 半導体レーザの光発振周波数安定化装置
   において、 （ａ）半導体レーザの付近の温度を測定する第１の測温
   手段と、 （ｂ）前記第１の測温手段の信号に基づいて半導体レー
   ザの付近の温度を制御する温度制御手段と、 （ｃ）半導体レーザモジュールの環境温度を測定する第
   ２の測温手段と、 （ｄ）前記第２の測温手段の信号に基づいて温度補償信
   号を形成する温度補償手段と、 （ｅ）前記温度制御手段の設定温度を前記温度補償信号
   を用いて変更することによって半導体レーザの光発振周
   波数を安定化させることを特徴とする光発振周波数安定
   化装置。
3. 【請求項３】 前記設定温度は、環境温度の変化による
   光発振周波数のドリフト分に相当する半導体レーザの温
   度変化分だけ変更される請求項１記載の光発振周波数安
   定化装置。
4. 【請求項４】 半導体レーザの光発振周波数を安定化さ
   せる方法において、 （ａ）半導体レーザモジュールの環境温度を測定し、 （ｂ）該環境温度の変化による光発振周波数のドリフト
   分に相当する半導体レーザの駆動電流分を求め、 （ｃ）前記駆動電流分に基づいて前記半導体レーザの駆
   動電流を変化させて前記半導体レーザの発振周波数の制
   御を行うことを特徴とする光発振周波数安定化方法。
5. 【請求項５】 半導体レーザの光発振周波数安定化装置
   において、 （ａ）半導体レーザの付近の温度を測定する第１の測温
   手段と、 （ｂ）前記第１の測温手段の信号に基づいて半導体レー
   ザの付近の温度を制御する温度制御手段と、 （ｃ）半導体レーザモジュールの環境温度を測定する第
   ２の測温手段と、 （ｄ）前記第２の測温手段の信号に基づいて温度補償信
   号を形成する温度補償手段と、 （ｅ）前記半導体レーザに駆動電流を供給する電流供給
   回路とからなり、 （ｆ）前記電流供給回路の供給電流を前記温度補償信号
   によって変更することによって半導体レーザの光発振周
   波数を安定化させることを特徴とする光発振周波数安定
   化装置。
6. 【請求項６】 前記供給電流は、環境温度の変化による
   光発振周波数のドリフト分に相当する半導体レーザの駆
   動電流分だけ変更される請求項５記載の光発振周波数安
   定化装置。