JPH1187827A - 可変波長半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ヒステリシスによる不安定状態を回避し、多電
極分布ブラッグ反射型半導体レーザ素子の安定な波長制
御を可能にすること。 【解決手段】活性領域101 、位相調整領域102 および分
布ブラッグ反射器領域(DBR領域)103を備えた多電極半導
体レーザ素子（LD）100 と、LDの前方出力光LDfの波長
を弁別する波長弁別手段110 と、所望波長に切替指示す
るための波長切替信号にて定まる所望波長と波長弁別手
段出力に基づく波長とから所望波長に対する波長誤差分
を得る誤差検出手段130 と、誤差検出手段出力に基づき
位相調整領域への注入電流を制御する第１制御手段210
と、波長切替信号に基づきDBR 領域への注入電流を制御
する第２制御手段212 と、LDの後方出力光LBr の強度を
検出する第１強度検出手段140 を具備し、第２制御手段
は第１強度検出手段の出力が予め設定された許容範囲と
なるようDBR 領域への注入電流を制御することを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光通信等に用い
る光源の改良にかかわり、特に光波長多重伝送に用いる
多電極分布反射型半導体レーザの波長制御回路を改良し
た可変波長半導体レーザ装置に関する。

【０００２】

【従来技術】光ファイバ増幅器の進歩に伴い、増幅器の
帯域内に高密度に多重する波長多重（Wavelength Divis
ion Multiplexing：ＷＤＭ）伝送方式、およびＷＤＭ方
式を用いた卜ランスペアレントな光波ネットワークの研
究が盛んに行われている。

【０００３】このような光波ネットワークにおいては、
送信波長をダイナミックに可変させることにより、ネッ
トワークに柔軟性を持たせることができる。このような
波長可変光源としては、量産性、信頼性、高速応答性の
点で分布ブラッグ反射型半導体レーザ素子（ＤＢＲ−Ｌ
Ｄ）が有望である。

【０００４】ＤＢＲ−ＬＤは、活性領域、位相調整領域
および分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）領域を備えてお
り、活性領域に注入電流を印加し、位相調整領域および
ＤＢＲ領域に注入する電流を変化させることで、発振波
長を可変できる光源である。

【０００５】図８に、当該ＤＢＲ−ＬＤの波長制御回路
の従来例を示す。図８において、１００は分布ブラッグ
反射型半導体レーザ素子（ＤＢＲ−ＬＤ）、１１０は波
長基準器、１２０は波長検出部、１３０は誤差信号検出
器、１６０はビームスプリッタ、２００は電流源、２１
０は位相調整領域注入電流制御部、２１３はＤＢＲ領域
注入電流制御部である。

【０００６】これらのうち、ＤＢＲ−ＬＤ１００は、光
伝送における波長可変光源としての半導体レーザ光源で
あり、図８に示すように、ＤＢＲ−ＬＤ１００は、その
素子構造として活性領域１０１、位相調整領域１０２お
よび分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）領域１０３がある。
また、ＤＢＲ−ＬＤ１００の素子本体には、これら活性
領域１０１、位相調整領域１０２およびＤＢＲ領域１０
３に対応してそれぞれの領域にそれぞれ別々に電流を印
加するための電極１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃが設け
てある。電極１０５ａは活性領域用であり、電極１０５
ｂは位相調整領域用であり、電極１０５ｃはＤＢＲ領域
用である。

【０００７】ビームスプリッタ１６０はＤＢＲ−ＬＤ１
００からの光ＬＢf を一部分岐させて波長基準器１１０
に与えるものであり、例えば、ハーフミラーにより構成
される。波長基準器１１０は、この分岐して与えられた
光のうち、所定の波長範囲の成分を通すためのものであ
り、波長検出部１２０はこの波長基準器１１０を通った
光の波長を検出して検出波長対応の信号を出力するもの
である。

【０００８】また、誤差信号検出器１３０は、この波長
検出部１２０からの出力信号と、波長切替信号とを受
け、波長切替信号の信号内容によって定まる波長に対す
る前記波長検出部１２０からの出力信号の誤差分（波長
差）を検出して誤差信号として出力するものであり、位
相調整領域注入電流制御部２１０はこの誤差信号検出器
１３０の出力する誤差信号対応に、ＤＢＲ−ＬＤ１００
の位相調整領域１０２に注入する電流の大きさを制御す
るものである。この位相調整領域注入電流制御部２１０
からの出力電流は電極１０５ｂを介して位相調整領域１
０２に与えられるようにしてある。

【０００９】ＤＢＲ領域注入電流制御部２１３は波長切
替信号対応にＤＢＲ−ＬＤ１００のＤＢＲ領域１０３に
注入する電流の大きさを制御するためのものであり、こ
のＤＢＲ領域注入電流制御部２１３で制御されて出力さ
れる電流は電極１０５ｃを介してＤＢＲ領域１０３に注
入される構成である。

【００１０】また、電流源２００はＤＢＲ−ＬＤ１００
の活性領域１０１に一定の活性領域注入電流を与えるた
めの電流源であり、この電流源２００からの電流は電極
１０５ａを介して活性領域１０１に注入される構成であ
る。

【００１１】ここで使用しているＤＢＲ−ＬＤ１００は
１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃといったように電極が複
数あるので、多電極分布反射型半導体レーザ素子と呼ば
れるが、この多電極のＤＢＲ−ＬＤ１００は、ＤＢＲ領
域１０３への注入電流によりブラッグ波長を制御し、ブ
ラッグ波長近傍の縦モード波長で単一モード発振する。
この縦モード波長は主に位相調整領域１０２への注入電
流で制御されるので、この点を旨く波長制御に利用す
る。

【００１２】このような構成の従来装置の作用を説明す
る。

【００１３】まず、活性領域１０１には電流源２００よ
り一定の活性領域注入電流が与えられる。また、発振さ
せたい波長対応の波長切替信号を外部からＤＢＲ領域注
入電流制御部２１３と誤差信号検出部１３０に与えるこ
とで、ＤＢＲ領域１０３には、当該与えられる波長切替
信号に基づきＤＢＲ領域注人電流制御部２１３からＤＢ
Ｒ領域注入電流が与えられる。

【００１４】ＤＢＲ−ＬＤ１００における活性領域１０
１側からの出力光ＬＢf の一部はハーフミラー等のビー
ムスプリッタ１６０で一部が分岐され、波長基準器１１
０に入力される。そして、波長基準器１１０で所定の波
長領域の成分の光が選択されてその光が波長検出部１２
０に入力される。

【００１５】波長検出部１２０では、波長基準器１１０
からの出力に基づきＤＢＲ−ＬＤの発振波長を検出し、
検出された波長に応じた信号を誤差信号検出部１３０に
出力する。すると、誤差信号検出部１３０は、波長切替
信号に基づき定まる所望波長と、検出された波長とのず
れに相当する誤差信号を検出し、この誤差信号を位相調
整領域注入電流制御部２１０へ出力する。

【００１６】この誤差信号を受けた当該位相調整領域注
入電流制御部２１０では、この入力された誤差信号に基
づいて電流値を補正しこの補正した電流を位相調整領域
１０２へ与える。これにより、ＤＢＲ−ＬＤ１００の発
振波長が、波長切替信号に基づき定まる所望波長に制御
される。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】このように、ＤＢＲ−
ＬＤを用いたレーザ光源では、発振させたい目的波長対
応の波長切替信号を外部からＤＢＲ領域注入電流制御部
２１３と誤差信号検出部１３０に与え、ＤＢＲ領域注入
電流制御部２１３よりＤＢＲ−ＬＤ１００のＤＢＲ領域
１０３に注入する電流の値を、当該波長切替信号対応に
制御することで、その目的の波長近傍のレーザ光を出力
することができ、出射レーザ光の波長を検出して波長切
替信号で与えられる前記目的波長との誤差分を誤差信号
検出部１３０により検出し、当該誤差分相当の補正を位
相調整領域注入電流制御部２１０に行わせて位相調整領
域１０２に注入する電流の値をフィードバック制御する
ことで、目的の波長のレーザ光を出力できるようにな
る。

【００１８】このように、この装置では出力されたレー
ザ光の波長と、波長切替信号により与えられる比較基準
である所望波長とのずれに応じた誤差信号を求め、この
誤差信号に基づいてＤＢＲ−ＬＤ１００の位相調整領域
１０２への注入電流を制御することにより波長を所望波
長にし、また、波長の切替は、波長切替信号に基づき、
波長切替制御部がＤＢＲ領域１０３への注入電流を制御
することにより行う。

【００１９】つまり、“ＤＢＲ領域１０３への注入電流
を調整する”ことにより“波長の粗調整を行うことがで
き、位相調整領域１０２への注入電流により波長の微調
整を行うことができる。

【００２０】しかしながら、ＤＢＲ−ＬＤ１００におけ
る波長可変特性はモード跳躍を伴い、モード跳躍近傍に
おいてヒステリシスが存在する。ヒステリシス領域にお
いては電流の設定の仕方によってどちらの波長でも発振
し得ること、すなわち、発振状態が不安定であることを
示している。

【００２１】このような不安定領域においては、温度変
化等の外乱やレーザの劣化等の要因により波長が不安定
であり、場合によっては制御系自体が破綻するという問
題があった。

【００２２】そこでこの発明の目的とするところは、ヒ
ステリシスによる不安定状態を検出してこれを回避し、
多電極ＤＢＲ−ＬＤの安定な波長制御を可能にする可変
波長半導体レーザ装置を提供することにある。さらにま
た、この発明の他の目的は、低消費電力化および低コス
ト化を図ることが可能な半導体レーザの波長制御装置を
提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る可変波長半導体レーザ装置は、活性領
域、位相調整領域および分布ブラッグ反射器領域を備え
た多電極半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子の
前方出力光の波長を弁別する波長弁別手段と、所望波長
に切替指示するための波長切替信号にて定まる所望波長
と前記波長弁別手段の出力に基づく波長とから、前記所
望の波長に対する波長誤差分を検出する誤差検出手段
と、誤差検出手段からの出力に基づいて前記位相調整領
域への注入電流を制御する第１の制御手段と、前記波長
切替信号に基づいて前記分布ブラッグ反射器領域への注
入電流を制御する第２の制御手段と、前記半導体レーザ
素子の後方出力光の強度を検出する第１の強度検出手段
とを具備し、前記第２の制御手段は前記第１の強度検出
手段からの出力が予め設定された許容範囲となるように
前記分布ブラッグ反射器領域への注入電流を制御するも
のであることを特徴とする。

【００２４】また、省電力化、低コスト化を図りつつ、
しかも、安定な波長制御を可能にするため、本発明に係
る可変波長半導体レーザ装置は、活性領域、位相調整領
域および分布ブラッグ反射器領域（ＤＢＲ領域）を備え
た多電極半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子の
出力光の波長を弁別する波長弁別手段と、所望波長に切
替指示するための波長切替信号にて定まる所望波長と前
記波長弁別手段の出力に基づく波長とから、前記所望の
波長に対する波長誤差分を検出する誤差検出手段と、誤
差検出手段からの出力に基づいて前記位相調整領域への
注入電流を制御する第３の制御手段と、前記分布ブラッ
グ反射器領域への注入電流を制御する第４の制御手段と
を具備し、前記第３の制御手段は、前記位相調整領域へ
の注入電流の上限および下限を与える電流リミッタを備
える構成ととすることを特徴とする。

【００２５】このような構成の本発明の多電極半導体レ
ーザ装置は、ＤＢＲ領域への注入電流によりブラッグ波
長を制御し、ブラッグ波長近傍の縦モード波長で単一モ
ード発振する。この縦モード波長は主に位相調整領域へ
の注入電流で制御される。ここでＤＢＲ領域はブラッグ
波長近傍で反射率が最も大きく、ブラッグ波長からずれ
るにしたがって反射率が低下する。すなわち、ブラッグ
波長からずれるにしたがってＤＢＲ領域を透過してくる
光強度が大きくなる。したがって、ＤＢＲ領域側（後
方）からの出力光強度を検出することによって、ブラッ
グ波長と縦モード波長との一致の程度、すなわち発振状
態の安定性が判断できる。

【００２６】多電極ＤＢＲ−ＬＤの波長可変特性は、モ
ード跳躍を伴い、モード跳躍近傍ではヒステリシスが存
在する。このような状態においては発振波長が不安定で
あるため、外乱等により波長制御が不安定になるという
問題があるが、上述のようにブラッグ波長と縦モード波
長との一致の程度、すなわち発振状態の安定性が判断で
きることから、波長制御の不安定の問題を解消できる。

【００２７】また、ＤＢＲ−ＬＤの発振波長は、位相調
整領域への注入電流に対して、ブラッグ波長を中心に同
じ波長が周期的に現れる。位相調整領域への注入電流の
変化に対する波長の変化は、電流が増加するに伴い減少
する。さらに、位相調整領域への注入電流の増加に伴
い、位相調整領域での光損失も増加する。以上の理由に
より、同じ波長可変幅を得るには、消費電力や損失の点
で電流値は小さいほうが有利である。一方、電流値が小
さすぎると、電流に対する波長変化量が大きくなり、過
度に高精度な電流値の制御が必要となる。したがって、
電流値に適切な上限値および下限値を与えることで、制
御回路の低消費電力化が図れ、しかも過度に高精度な電
流制御が不要になるため低コスト化が図れる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。

【００２９】（第１の実施形態）図１に、本発明の第１
の実施形態に係る波長制御回路を示す。図１において、
１００は多電極分布ブラッグ反射型半導体レーザ素子
（ＤＢＲ−ＬＤ）、１１０は波長基準器、１２０は波長
検出器、１３０は誤差信号検出部、１４０は後方光強度
検出部、１６０はビームスプリッタ、２００は電流源、
２１０は位相調整領域注入電流制御部、２１２はＤＢＲ
領域注入電流制御部である。ＬＢｆはＤＢＲ−ＬＤ１０
０の放出するレーザビームのうちの前方出力光、ＬＢｒ
はＤＢＲ−ＬＤ１００の放出するレーザビームのうちの
後方出力光である。

【００３０】ＤＢＲ−ＬＤ１００は、光伝送における波
長可変光源としての半導体レーザ光源であり、図１に示
すように、ＤＢＲ−ＬＤ１００は、その素子構造として
活性領域１０１、位相調整領域１０２および分布ブラッ
グ反射器領域（ＤＢＲ領域）１０３がある。また、ＤＢ
Ｒ−ＬＤ１００の素子本体には、これら活性領域１０
１、位相調整領域１０２およびＤＢＲ領域１０３に対応
してそれぞれの領域にそれぞれ別々に電流を印加するた
めの電極１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃが設けてある。
電極１０５ａは活性領域用であり、電極１０５ｂは位相
調整領域用であり、電極１０５ｃはＤＢＲ領域用であ
る。

【００３１】電流源２００は活性領域１０１に一定の活
性領域注入電流Ｉａを与えるための電流源であり、電極
１０５ａを介して活性領域１０１に印加する構成であ
る。また、ビームスプリッタ１６０はＤＢＲ−ＬＤ１０
０における活性領域１０１側からの出力光（前方出力
光）ＬＢｆの光路中に配されて当該出力光ＬＢの一部を
波長基準器１１０に分岐させるためのもので、例えば、
ハーフミラー等によるものである。

【００３２】また、波長基準器１１０は、この分岐され
て与えられた光のうち、所定の波長範囲の成分を通すた
めのものであり、波長検出部１２０はこの波長基準器１
１０を通った光の波長を検出して検出波長対応の信号を
出力するものである。

【００３３】また、誤差信号検出部１３０は、この波長
検出部１２０からの出力信号と、波長切替信号とを受
け、波長切替信号の信号内容によって定まる波長に対す
る前記波長検出部１２０からの出力信号の誤差分（波長
差）を検出して誤差信号として出力するものであり、後
方光強度検出部１４０は、ＤＢＲ−ＬＤ１００の素子本
体におけるＤＢＲ領域１０３側の端部から出射されるレ
ーザ光（後方出力光）ＬＢｒの光強度を検出してその強
度対応の検出信号を出力するものである。

【００３４】また、位相調整領域注入電流制御部２１０
は、前記誤差信号検出器１３０の出力する誤差信号対応
に、ＤＢＲ−ＬＤ１００の位相調整領域１０２に注入す
る電流の大きさを制御するものである。この位相調整領
域注入電流制御部２１０からの出力電流は電極１０５ｂ
を介して位相調整領域１０２に与えられるようにしてあ
る。

【００３５】また、ＤＢＲ領域注入電流制御部２１２は
波長切替信号対応にＤＢＲ−ＬＤ１００のＤＢＲ領域１
０３に注入する電流の大きさを制御するためのものであ
り、このＤＢＲ領域注入電流制御部２１２で制御されて
出力される電流は電極１０５ｃを介してＤＢＲ領域１０
３に注入される構成である。さらにまた、このＤＢＲ領
域注入電流制御部２１２は、後方光強度検出部１４０が
検出して出力するＤＢＲ−ＬＤ１００におけるＤＢＲ領
域１０３側からの出力光（後方出力光ＬＢｒ）の強度対
応の電圧を受けて、当該出力電圧が許容範囲にあるか否
かを判断し、許容範囲から外れていた場合にはその外れ
度合い対応にＤＢＲ領域１０３への注入電流ＩDBR に補
正を加える機能を有する。

【００３６】また、電流源２００はＤＢＲ−ＬＤ１００
の活性領域１０１に一定の活性領域注入電流を与えるた
めの電流源であり、この電流源２００からの電流は電極
１０５ａを介して活性領域１０１に注入される構成であ
る。

【００３７】ここで使用しているＤＢＲ−ＬＤ１００は
上述したように電極が複数あるので、多電極ＤＢＲ−Ｌ
Ｄと呼ばれるが、この多電極ＤＢＲ−ＬＤ１００は、Ｄ
ＢＲ領域１０３への注入電流によりブラッグ波長を制御
し、ブラッグ波長近傍の縦モード波長で単一モード発振
する。この縦モード波長は主に位相調整領域１０２への
注入電流で制御されるので、この点を従来と同様、波長
制御に利用する点では基本的に従来技術と変わりはない
が、本発明では、従来の制御手法に加えてさらにＤＢＲ
−ＬＤ１００の後方出力光を検出してその光強度の検出
レベルに応じて当該出力電圧が許容範囲にあるか否かを
判断し、許容範囲から外れていた場合にはその外れ度合
い対応にＤＢＲ領域１０３への注入電流ＩDBR に補正を
加えるようにした点が本発明の基本的な特徴点である。

【００３８】次に、このような構成の本装置の作用を説
明する。

【００３９】まず、ＤＢＲ−ＬＤ１００の活性領域１０
１には電流源２００より一定の活性領域注入電流Ｉａが
与えられる。また、発振させたい波長対応の波長切替信
号を外部からＤＢＲ領域注入電流制御部２１２と誤差信
号検出部１３０に与えることで、ＤＢＲ領域１０３に
は、当該与えられる波長切替信号に基づきＤＢＲ領域注
人電流制御部２１２からＤＢＲ領域注入電流ＩDBR が与
えられる。

【００４０】これにより、ＤＢＲ−ＬＤ１００の出力す
るレーザ光の波長が、所望波長近傍に設定されることに
なる。

【００４１】電流源２００より一定の活性領域注入電流
Ｉact が与えられたことにより、ＤＢＲ−ＬＤ１００が
レーザ発振状態となり、ＤＢＲ−ＬＤ１００における活
性領域１０１側から外に向けてレーザ光が出射されるこ
とになる（これをＤＢＲ−ＬＤ１００におけるＤＢＲ領
域１０３側からの出力光（後方出力光）に対して区別す
るために前方出力光ＬＢｆと呼ぶ）。

【００４２】そして、ＤＢＲ−ＬＤ１００における活性
領域１０１側からの出力光（前方出力光ＬＢf ）の一部
はハーフミラー等のビームスプリッタ１６０で一部が分
岐され、波長基準器１１０に入力される。波長基準器１
１０では所定範囲の波長領域成分の光を通し、これを波
長検出部１２０に入力する。

【００４３】波長検出部１２０では、波長基準器１１０
から得た光について波長検出することで、ＤＢＲ−ＬＤ
の発振波長を検出し、検出された波長対応の検出信号を
出力する。そして、この検出信号は誤差信号検出部１３
０に与えられる。

【００４４】誤差信号検出部１３０では、波長切替信号
に基づき定まる所望波長と、検出された波長とのずれに
相当する誤差信号を検出し、この誤差信号を位相調整領
域注入電流制御部２１０へ出力する。

【００４５】この誤差信号を受けた当該位相調整領域注
入電流制御部２１０では、この誤差信号に基づいて電流
値を補正し、この補正済み電流を位相調整領域１０２へ
電流Ｉpcとして与える。これにより、ＤＢＲ−ＬＤ１０
０の波長が波長切替信号対応に設定されることになる。

【００４６】一方、後方光強度検出部１４０では、ＤＢ
Ｒ−ＬＤ１００のＤＢＲ領域１０３側からの出力光（後
方出力光ＬＢr ）の強度を検出し、検出された光強度に
応じた電圧をＤＢＲ領域注入電流制御部２１２へ出力す
る。

【００４７】ＤＢＲ領域注入電流制御部２１２では、後
方光強度検出部１４０からの出力電圧が予め定めた許容
範囲Ｐ内にあるか否かを判断し、当該許容範囲Ｐから外
れていた場合にのみ、後方光強度検出部１４０の検出出
力電圧値が、この許容範囲Ｐ内の値を示すように、以下
に説明するような関係を以てＤＢＲ領域１０３への注入
電流ＩDBR に補正を加えるようにする。

【００４８】図２に、ＤＢＲ領域１０３への注入電流Ｉ
DBR に対する後方光強度検出部１４０からの出力電圧を
示す。なお、図中の白丸印は電流を増加させたときの特
性を、またΔ印は電流を減少させたときの特性を示す。
図２において、（ａ）図がＤＢＲ領域注入電流‐出力波
長の関係を示す特性図であり、（ｂ）がＤＢＲ領域注入
電流‐後方光強度検出部出力の関係を示す特性図であ
る。図２（ａ）のＤＢＲ領域注入電流‐出力波長特性図
において、上方向矢印及び下方向矢印を付して示すＡis
の区間がヒステリシス特性を伴うモード跳躍の避けられ
ない不安定領域であり、この区間では同じ注入電流値で
あっても、設定の仕方によって発振レーザ光の波長が全
く別のものとなる可能性があることがわかる。

【００４９】また、この不安定領域Ａisは、図２（ｂ）
のＤＢＲ領域注入電流‐後方光強度検出部出力特性図で
関連性を見た場合、後方光強度検出部出力ＶupからＶlo
w の範囲において、当該不安定領域Ａisを外れており、
従って、後方光強度検出部１４０出力がＶupからＶlow
の範囲であれば不安定動作の危険がないことが確認でき
る。

【００５０】このように図２より、後方光強度検出部１
４０の出力からヒステリシス領域を判断できることがわ
かる。従って、後方光強度検出部１４０からの出力電圧
が、例えば図２に示す後方光強度検出部出力ＶupからＶ
low の範囲が、すなわち、許容範囲Ｐであり、“後方光
強度検出部１４０の検出出力電圧値が、この許容範囲Ｐ
内の値を示すように、ＤＢＲ領域１０３への注入電流を
制御”すれば、ヒステリシス領域を回避でき、安定な波
長制御が実現できる。

【００５１】また、図２より、ＤＢＲ領域１０３への注
入電流ＩDBR が増加するに伴い、後方光強度検出部１４
０からの出力電圧が減少していることがわかる。これ
は、ＤＢＲ領域１０３への注入電流ＩDBR の増加によ
り、ＤＢＲ領域１０３での損失が増大していることに起
因している。

【００５２】そこで、注入電流ＩDBR を減少させた時の
モード跳躍直後の後方光強度検出部１４０からの出力電
圧値をＤＢＲ領域１０３への注入電流ＩDBR に対して内
挿した曲線Ｖf をとり、許容範囲Ｐの上限値Ｖupおよび
下限値Ｖlow をそれぞれ以下のように設定する。

【００５３】Ｖup＝０．８Ｖf 、 Ｖlow ＝０．３５Ｖ
f このように、ＤＢＲ領域１０３への注入電流値に応じて
許容範囲Ｐを設定することにより、ＤＢＲ領域１０３に
おける損失変動を補償でき、より広い波長範囲にわたり
安定な波長制御が可能となる。

【００５４】なお、本実施形態において、波長切替信号
を誤差信号検出部１３０に入力することにより波長制御
を行ったが、波長切替信号を波長基準器１１０に入力し
て、基準となる波長を可変させてもよい。

【００５５】以上、この発明は多電極ＤＢＲ−ＬＤを用
いて、その位相調整領域およびＤＢＲ領域の注入電流値
を可変することにより発生するレーザ光の波長を所望波
長に制御する場合に、多電極ＤＢＲ−ＬＤの後方光を検
出して検出レベル対応の電圧信号を出力する後方光検出
手段を設け、ＤＢＲ領域への注入電流値に応じて許容範
囲Ｐを設定すると共に、前記後方光強度検出手段の検出
出力電圧値が、この許容範囲Ｐ内の値を示すように、Ｄ
ＢＲ領域への注入電流を制御するようにしたことで、Ｄ
ＢＲ−ＬＤの不安定動作となるヒステリシス領域での動
作を回避できるようになり、安定な波長制御が実現でき
るものである。

【００５６】この実施態様においては、ＤＢＲ−ＬＤの
不安定動作となるヒステリシス領域での動作を回避する
ために、ＤＢＲ−ＬＤの後方出力光を検出するが、この
検出は後方光強度検出手段により後方出力光ＬＢｒを直
接検出するようにしていた。

【００５７】しかしながら、ＤＢＲ−ＬＤ１００の位相
調整領域１０２およびＤＢＲ領域１０３におけるバンド
ギャッブ波長に対しては能動領域であるため、これらの
領域への注入電流ＩDBR が増加すると、バンドギャップ
波長近傍で発振するようになる。この発振により生じた
光は、波長１．５μｍ帯の光に対して背景光となり、後
方光強度検出部１４０の検出感度を劣化させる。これは
ＤＢＲ−ＬＤの不安定動作となるヒステリシス領域での
動作を再び招いてしまう危惧を残す。

【００５８】したがって、その対策を講じる必要があ
る。

【００５９】その例を次に第２の実施形態として説明す
る。

【００６０】（第２の実施形態）図３に、本発明の第２
の実施形態に係る波長制御回路を示す。なお、図１と同
一部分には同一参照符号を付して、その説明を省略す
る。この実施形態においては、背景光を除去するため
に、波長１．５μｍ帯の信号光のみを透過させるＤＢＲ
−ＬＤ１００のＤＢＲ領域１０３側と後方光強度検出部
１４０との間に光フィルタ１１５を設ける。

【００６１】高密度波長多重伝送方式を用いた光通信に
おいては、通常、波長１．５μｍ帯の波長が用いられ
る。そこで、光フィルタ１１５として波長１．５μｍ帯
の信号光のみを透過させる光フィルタを用いる。する
と、ＤＢＲ−ＬＤ１００のＤＢＲ領域１０３側からの出
力光（後方出力光）ＬＢr は、波長１．５μｍ帯の信号
光のみを透過させる光フィルタ１１５を介して後方光強
度検出部１４０へ入力されることになり、後方光強度検
出部１４０はＤＢＲ−ＬＤ１００の出力する後方出力光
ＬＢr のうち、波長１．５μｍ帯の信号光のみを受光し
てその強度対応の電圧信号を発生することになる。

【００６２】通常、ＤＢＲ−ＬＤ１００における位相調
整領域１０２およびＤＢＲ領域１０３は、波長１．５μ
ｍ帯の光を吸収しないように、バンドギャップが設定さ
れている。このため、波長１．５μｍ帯の光に対してこ
れらの領域は受動領域と見なされる。

【００６３】しかしながら、位相調整領域１０２および
ＤＢＲ領域１０３におけるバンドギャップ波長に対して
は能動領域であるため、これらの領域への注入電流ＩP
C，ＩDBR が増加すると、バンドギャップ波長近傍で発
振するようになる。この発振により生じた光は、波長
１．５μｍ帯の光に対して背景光となり、後方光強度検
出部１４０の検出感度を劣化させる。

【００６４】したがって、本実施形態のように波長１．
５μｍ帯の信号光のみを透過させる光フィルタ１１５を
用いることにより、位相調整領域１０２およびＤＢＲ領
域１０３への注入電流ＩPC，ＩDBR が増加しても、検出
感度劣化のない安定な制御が可能となる。

【００６５】また、光フィルタ１１５を後方出力光に対
して傾けて配置することにより、光フイルタ１１５から
の反射光がＤＢＲ−ＬＤ１００に戻るのを防ぐことがで
き、安定な波長制御が可能となる。

【００６６】なお、本実施形態においても、ＤＢＲ領域
１０３への注入電流値に応じて後方光強度検出部１４０
からの出力電圧に対する許容範囲を設定することで、Ｄ
ＢＲ領域における損失変動を補償でき、さらに広い波長
範囲にわたり安定な波長制御が行える。

【００６７】次に第３の実施形態を説明する。

【００６８】（第３の実施形態）図４に本発明の第３の
実施形態に係る波長制御回路を示す。なお、図１と同一
部分には同一参照符号を付して、その説明を省略する。
第３の実施形態においては、図１に示した第１の実施形
態の構成に、さらに前方光強度検出部１４１、演算器１
５０、第二のビームスプリッタ１６１を設けた構成であ
る。

【００６９】第二のビームスプリッタ１６１はＤＢＲ−
ＬＤ１００の活性領域１０１側の出力光（前方出力光Ｌ
Ｂf ）の一部を分岐するもので、ハーフミラー等により
構成されている。前方光強度検出部１４１はこの第二の
ビームスプリッタ１６１で分岐された前方出力光の光強
度検出してその強度対応の電圧信号に変換して出力する
ものであり、演算器１５０はこの前方光強度検出部１４
１からの電圧信号と後方光強度検出部１４０の出力電圧
信号とを入力とするもので、演算部１５０は、後方光強
度検出部１４０からの出力電圧を前方光検出部１４１か
らの出力電圧で割り算を行い、その結果をＤＢＲ領域注
入電流制御部２１２へ出力するものである。

【００７０】ＤＢＲ領域注入電流制御部２１２では、演
算部１５０からの出力信号が図２で説明した許容範囲Ｐ
にあるか否かを判断し、許容範囲Ｐから外れていた場合
にはＤＢＲ領域１０３への注入電流ＩDBR に第１の実施
形態で説明したと同様の補正を加える構成である。

【００７１】このような構成において、ＤＢＲ−ＬＤ１
００の活性領域１０１側の出力光の一部を第二のビーム
スプリッタ１６１で分岐し、前方光強度検出部１４１へ
入力する。前方光強度検出部１４１では、ＤＢＲ−ＬＤ
１００の活性領域１０１側の出力光強度を検出し、検出
された光強度に応じた電圧を演算部１５０へ出力する。
演算部１５０では、後方光強度検出部１４０からの出力
電圧を前方光検出部１４１からの出力電圧で割り算を行
い、その結果をＤＢＲ領域注入電流制御部２１２へ出力
する。

【００７２】ＤＢＲ領域注入電流制御部２１２では、演
算部１５０からの出力信号が図２で説明した許容範囲Ｐ
にあるか否かを判断し、許容範囲Ｐから外れていた場合
にはＤＢＲ領域１０３への注入電流ＩDBR に第１の実施
形態で説明したと同様の補正を加える。

【００７３】ＤＢＲ−ＬＤ素子自体の劣化等によりレー
ザ素子内部の損失が増大した場合、後方出力光ＬＢr 強
度と同様に前方出力光強度も減少する。したがって、本
実施形態のごとく、活性領域１０１側からの出力光強度
でＤＢＲ領域１０３側からの出力光強度を割り算するこ
とにより、レーザ内部の損失増大による後方光強度検出
部１４０からの電圧変動は、前方光強度検出部１４１か
らの電圧変動で相殺できる。

【００７４】故に、演算部１５０からの出力は常にブラ
ッグ波長と縦モード波長の一致の程度を示すため、安定
な波長制御が実現できる。

【００７５】また、波長多重伝送においては、光ファイ
バ増幅器の波長依存性を補償する等の理由により、送信
光強度を波長に応じて調整する場合がある。

【００７６】この場合、後方出力光ＬＢｒおよび前方出
力光ＬＢf の光強度は波長により変動する。したがっ
て、本実施例の如く構成することで、送信光強度を波長
に応じて調整することにより生じた後方光強度検出部１
４０からの電圧変動が補償され、安定な波長制御が実現
できる。

【００７７】なお、本実施形態では、活性領域１０１側
からの出力光をさらに分岐して前方光強度検出部１４１
ヘ入力したが、波長基準器を透過した光強度のＤＣ成分
を前方出力光光強度として用いてもよい。

【００７８】また、本実施形態においても、ＤＢＲ領域
１０３への注入電流値に応じて演算部１５０からの出力
信号に対する許容範囲を設定することで、ＤＢＲ領域１
０３における損失変動を補償でき、より広い波長範囲に
わたり安定な波長制御が行える。

【００７９】さらに、前方光強度検出部１４１からの出
力電圧が一定となるように、活性領１０１域への注入電
流を制御してもよい。

【００８０】次に、第４の実施形態を説明する。

【００８１】（第４の実施形態）図５に、本発明の第４
の実施形態に係る波長制御回路を示す。なお、図１と同
一部分には同一参照符号を付して、その説明を省略す
る。また、図５においては、後方光強度検出部１４０、
演算部１５０等は省略してあるが、対象は図１，図３，
図４の各構成いずれにも適用できる。

【００８２】この実施の形態においては、図５に示すよ
うに電流リミッタ２２０を新たに設けて、位相調整領域
注入電流制御部２１０の出力を、この電流リミッタ２２
０を介してＤＢＲ−ＬＤ１００の位相調整領域１０３に
与える構成とする点に特徴がある。そして、この電流リ
ミッタ２２０では、位相調整領域１０２への注入電流Ｉ
pcに下限値Ｉlow および上限値Ｉupを与えるように設定
してある。

【００８３】このような構成において、位相調整領域注
入電流制御部２１０からの出力電流は、電流リミッタ２
２０を介して位相調整領域１０２へ供される。電流リミ
ッタ２２０では、位相調整領域１０２への注入電流Ｉpc
に下限値Ｉlow および上限値Ｉupを与える。

【００８４】図６に位相調整領域１０２への注入電流に
対する波長特性を示す。位相調整領域１０２への注入電
流ＩPCを変化させていくと、当該注入電流に対して、周
期的に同じ波長が現れているのがわかる。そして、電流
リミッタ２２０における下限値Ｉlow および上限値Ｉup
は、例えば、図６のようにモード跳躍の適宜な１周期分
の範囲についてカバーできるように設定する。

【００８５】従って、このようにすると位相調整領域１
０２への注入電流Ｉpcはモード跳躍の適宜な１周期分の
範囲についてカバーされ、それを外れる範囲の値の注入
電流Ｉpcは与えることがなくなる。そのため、位相調整
領域注入電流制御部２１０はこのカバー範囲を大幅に越
える注入電流値を出力できる構成にする必要はなくな
り、電流可変性能を上記カバー範囲程度に設計すれば良
くなり、且つ、その分、低消費電力化が可能になる。

【００８６】このように、本実施形態によると、電流リ
ミッタ２２０を設けて位相調整領域１０２への注入電流
Ｉpcに上限値および下限値を設定するようにしたこと
で、ＤＢＲ−ＬＤ１００の制御回路系の低消費電力化が
図れ、かつ過度に高精度な電流制御が不要になるため低
コスト化が図れる。

【００８７】次に、ＤＢＲ−ＬＤ装置における制御回路
系の低消費電力化を図り、かつ、コストダウンを図るこ
とができるようにすると共に、さらにＤＢＲ−ＬＤの劣
化などに伴うブラッグ波長のずれによる波長の安定化特
性の変化にも対応できるようにして高性能を常に維持で
きるようにした例を第５の実施形態として説明する。

【００８８】（第５の実施形態）図７に本発明の第５の
実施形態に係る波長制御回路を示す。なお、図５と同一
部分には同一参照符号を付して、その説明を省略する。
ここに示す例では、図５における位相調整領域注入電流
制御部２１０に変えて、自己の出力電流（位相調整領域
注入電流）対応の信号をＤＢＲ領域注入電流制御部２１
４へ出力する機能を持たせてある位相調整領域注入電流
制御部２１１を用い、また、ＤＢＲ領域注入電流制御部
２１３に変えて位相調整領域注入電流制御部２１１から
の出力信号に基づき、位相調整領域注入電流制御部２１
１からの出力電流が電流リミッタ２２０の上限値と下限
値の間にあるか否かを判断すると共に、その判断結果に
応じてＤＢＲ領域１０３への注入電流ＩDBR を所要の特
性を以て減少あるいは増加させるべく制御する機能を持
つＤＢＲ領域注入電流制御部２１４を用いるようにした
点が特徴である。

【００８９】位相調整領域注入電流制御部２１１は、誤
差信号検出部１３０からの出力信号に基づき電流（位相
調整領域注入電流）を電流リミッタ２２０へ出力すると
ともに、出力電流（位相調整領域注入電流）に応じた信
号をＤＢＲ領域注入電流制御部２１４へ出力する機能を
持たせてある。また、ＤＢＲ領域注入電流制御部２１４
では、位相調整領域注入電流制御部２１１からの出力信
号に基づき、位相調整領域注入電流制御部２１１からの
出力電流が電流リミッタ２２０の上限値と下限値の間に
あるか否かを判断すると共に、その判断の結果、上限値
を越えていた場合には、ＤＢＲ−ＬＤ１００の発振波長
が、設定した比較基準である所望の波長よりも短波長側
にあれば、ＤＢＲ領域１０３への注入電流ＩDBR を減少
させてブラッグ波長を長波長側へシフトさせ、また、下
限値を下回っていた場合にはこの逆で、ＤＢＲ領域１
０３への注入電流ＩDBR を 増加させてブラッグ波長を
短波長側へシフトさせるようにする機能を持たせてあ
る。

【００９０】このような構成においては、位相調整領域
注入電流制御部２１１は、誤差信号検出部１３０からの
出力信号に基づき電流を電流リミッタ２２０へ出力する
とともに、出力電流に応じた信号をＤＢＲ領域注入電流
制御部２１３へ出力する。ＤＢＲ領域注入電流制御部２
１４では、位相調整領域注入電流制御部２１１からの出
力信号に基づき、位相調整領域注入電流制御部２１１か
らの出力電流が電流リミッタ２２０の上限値と下限値の
間にあるか否かを判断する。

【００９１】そして、上限値を越えていた場合には、Ｄ
ＢＲ−ＬＤ１００の発振波長が、設定した比較基準であ
る所望の波長よりも短波長側にあるので、ＤＢＲ領域１
０３への注入電流ＩDBR を減少させ、ブラッグ波長を長
波長側へシフトさせる。

【００９２】また、下限値を下回っていた場合にはこの
逆で、ＤＢＲ領域１０３への注入電流ＩDBR を増加さ
せ、ブラッグ波長を短波長側へシフトさせる。

【００９３】このように本実施形態によると、経年変化
に伴うＤＢＲ−ＬＤ１００の劣化等によりブラッグ波長
がずれ、位相調整領域１０２だけでは所望の波長が補足
できなくなっても、ＤＢＲ領域１０３への注入電流まで
含めて制御を行うことによって、確実に所望の波長に安
定化できる。

【００９４】従って、この実施の形態によれば、省エネ
化はもちろんのこと、さらにＤＢＲ−ＬＤの劣化に伴う
ブラッグ波長のずれによる波長の安定化特性の変化にも
対応できるようになり、高性能を常に維持できるように
した半導体レーザ装置が得られる。

【００９５】以上、種々の具体例を説明したが本発明
は、上述した実施の形態にのみ、限定されるものでなく
その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施し得
る。

【００９６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
分布ブラッグ反射型半導体レーザ素子の後方出力光の光
強度を検出し、検出された光強度に基づいて発振状態の
安定性を判断できるので、ヒステリシスによる不安定領
域を回避でき、任意の波長において安定な波長制御が可
能となる。

【００９７】また、位相調整領域への注入電流に上限値
および下限値を設けることにより、波長制御回路の低消
費電力化が図れ、かつ過度に高精度な電流制御が不要と
なるため低コスト化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明するための図であって、波長制御
系を含む本発明の第１の実施形態に係る可変波長半導体
レーザ装置の構成を示すブロック図。

【図２】本発明を説明するための図であって、本発明可
変波長半導体レーザ装置における後方光強度検出部から
の出力と、ＤＢＲ領域注入電流及び出力レーザ光の波長
の関係を示す図。

【図３】本発明を説明するための図であって、波長制御
系を含む本発明の第２の実施形態に係る可変波長半導体
レーザ装置の構成を示すブロック図。

【図４】本発明を説明するための図であって、波長制御
系を含む本発明の第３の実施形態に係る可変波長半導体
レーザ装置の構成を示すブロック図。

【図５】本発明を説明するための図であって、波長制御
系を含む本発明の第４の実施形態に係る可変波長半導体
レーザ装置の構成を示すブロック図。

【図６】本発明を説明するための図であって、本発明装
置における位相調整領域への注入電流に対する波長特性
を示す図。

【図７】本発明を説明するための図であって、波長制御
系を含む本発明の第５の実施形態に係る可変波長半導体
レーザ装置の構成を示すブロック図。

【図８】従来の波長制御回路の構成を示す図。

【符号の説明】

１００…多電極分布ブラッグ反射型半導体レーザ（ＢＤ
Ｒ−ＬＤ） １０１…活性領域 １０２…位相調整領域 １０３…分布ブラッグ反射器領域（ＢＤＲ領域） １０５ａ…活性領域用の電極 １０５ｂ…位相調整領域用の電極 １０５ｃ…ＢＤＲ領域用の電極 １１０…波長基準器 １１５…光フィルタ １２０…波長検出部 １３０…誤差信号検出部 １４０…後方光強度検出部 １４１…前方光強度検出部 １５０…演算部 １６０…ビームスプリッタ ２００…電流源 ２１０，２１１…位相調整領域注入電流制御部 ２１２，２１３，２１４…ＤＢＲ領域注入電流制御部 ２２０…電流リミッタ ＬＤf …ＢＤＲ−ＬＤの出射する前方出力光 ＬＤr …ＢＤＲ−ＬＤの出射する後方出力光。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】活性領域、位相調整領域および分布ブラッ
   グ反射器領域を備えた多電極半導体レーザ素子と、 前記半導体レーザ素子の前方出力光の波長を弁別する波
   長弁別手段と、 所望波長に切替指示するための波長切替信号にて定まる
   所望波長と前記波長弁別手段の出力に基づく波長とか
   ら、前記所望の波長に対する波長誤差分を検出する誤差
   検出手段と、 誤差検出手段からの出力に基づいて前記位相調整領域へ
   の注入電流を制御する第１の制御手段と、 前記波長切替信号に基づいて前記分布ブラッグ反射器領
   域への注入電流を制御する第２の制御手段と、 前記半導体レーザ素子の後方出力光の強度を検出する第
   １の強度検出手段と、を具備し、 前記第２の制御手段は前記第１の強度検出手段からの出
   力が予め設定された許容範囲となるように前記分布ブラ
   ッグ反射器領域への注入電流を制御するものであること
   を特徴とする可変波長半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】前記第１の強度検出手段は、１．５μｍ帯
   の光のみを透過させる光フィルタを具備することを特徴
   とする請求項１記載の可変波長半導体レーザ装置。
3. 【請求項３】前記光フィルタは透過光に対して垂直では
   ない角度を有して配置されることを特徴とする請求項２
   記載の可変波長半導体レーザ装置。
4. 【請求項４】前記半導体レーザ素子の前方出力光の強度
   を検出する第２の強度検出手段と、前記第１の強度検出
   手段の出力と前記第２の強度検出手段の出力とに基づき
   特定の演算を行う演算手段とを具備し、前記第２の制御
   手段は前記演算手段からの出力が予め設定された許容範
   囲となるように前記分布ブラッグ反射器領域への注入電
   流を制御することを特徴とする請求項１乃至３記載の半
   導体レーザ波長制御回路。
5. 【請求項５】前記許容範囲は、前記分布ブラッグ反射器
   領域への注入電流値に応じて設定されることを特徴とす
   る請求項１乃至４記載の可変波長半導体レーザ装置。
6. 【請求項６】活性領域、位相調整領域および分布ブラッ
   グ反射器領域を備えた多電極半導体レーザ素子と、 前記半導体レーザ素子の出力光の波長を弁別する波長弁
   別手段と、 所望波長に切替指示するための波長切替信号にて定まる
   所望波長と前記波長弁別手段の出力に基づく波長とか
   ら、前記所望の波長に対する波長誤差分を検出する誤差
   検出手段と、 誤差検出手段からの出力に基づいて前記位相調整領域へ
   の注入電流を制御する第３の制御手段と、 前記分布ブラッグ反射器領域への注入電流を制御する第
   ４の制御手段と、を具備し、 前記第３の制御手段は、前記位相調整領域への注入電流
   の上限および下限を与える電流リミッタを有することを
   特徴とする可変波長半導体レーザ装置。
7. 【請求項７】前記第４の制御手段は、前記位相調整領域
   への注入電流をモニターし、前記位相調整領域への注入
   電流が下限値を下回った場合には前記分布ブラッグ反射
   器領域への注入電流を減少させ、前記位相調整領域への
   注入電流が上限値より大きくなった場合には前記分布ブ
   ラッグ反射器領域への注入電流を増加させることを特徴
   とする請求項６記載の可変波長半導体レーザ装置。