JPS6351554B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体レーザの発振波長を簡易に且つ
精度良く認識して所定の波長に安定化させること
のできる半導体レーザの発振波長安定化装置に関
する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近時、光が有する低損失、広帯域等の利点を活
かした光通信技術が注目されている。そして、そ
の光源として、半導体レーザを用いることが種々
試みられている。このような半導体レーザを用い
てヘテロダイン検波装置を構成する場合、２つの
半導体レーザの発振波長を一致させ、且つその発
振波長を安定化することが必要となる。また波長
多重化通信を行う場合、半導体レーザの発振波長
を所定の波長に一定安定化し、隣接波長チヤンネ
ルとの干渉を防ぐことも重要となる。

しかして従来、半導体レーザの発振波長を測定
する場合には、例えば第１図に示すように半導体
レーザ１の発振出力光をハーフミラー２（あるい
はビームスプリツタ）を介して分光器３と波長掃
引型のフアブリペロー共振器４とに導びき、上記
分光器３によつて上記発振波長の大略的な値を知
つた上で、上記フアブリペロー共振器４の共振波
長を微少な挾帯域で掃引し、その光共振出力列を
光検出器５により検出してオシロスコープ６で表
示してその波長の細かな値を計測することにより
行われている。尚、図中７は、上記波長掃引を制
御する掃引電源である。このように、半導体レー
ザ１の発振波長を測定するだけでも分光器３とフ
アブリペロー共振器４とが必要であつた。

一方、従来、半導体レーザ１の発振波長を一定
化制御する場合、上記半導体レーザ１の温度を安
定化制御すると共に、第２図に示すように上記半
導体レーザ１の発振出力光をハーフミラー２を用
いて分光し、その一方を光検出器５ａにて検出す
ると共に、他方の光を光共振器８を介して抽出し
てその透過光を光検出器５ｂにて検出し、これら
の光検出器５ａ，５ｂによる検出出力を差動幅幅
器９を介して帰還して、例えば前記半導体レーザ
１の注入電流量を変える等の制御を行うことによ
りなされている。このような制御ループによれ
ば、第３図に示すように光共振器８の光透過特性
における透過波長λとその透過光強度との一次的
な変化、つまり第３図中斜線部で示す領域の特性
変化を利用して半導体レーザ１の発振波長の安定
化を図ることができる。

即ち、例えば発振波長をλ₁に安定化せんとする
とき、波長変動Δλによつて光共振器８の出力光
強度が一次的に変化することから、これを利用し
て上記注入電流量を負帰還制御することにより、
その波長安定化が達せられる。

ところが光共振出力には周期的に幾つかの安定
点があり、仮りに何らかの要因によつて波長変動
が大きく生じた場合、その制御系は正帰還作用を
受けて別の安定点、つまり波長λ₂の位置に移るこ
とがある。このような現象は、発振波長が安定化
されているにも拘らず、所望とする波長から大き
くずれてしまつていることを意味する。このよう
な波長のずれを、先の安定点に戻す為には、前記
第１図に示す装置により波長測定を行わしめる必
要が生じた。つまり、半導体レーザ１の発振波長
を所定とする波長に一定とする為には、現発振波
長と、目的とする波長の光共振出力における安定
点との差異を正確に知る必要が生じた。ところが
従来にあつては、第１図および第２図に示すよう
に、発振波長の測定と、その安定化制御が別の系
で行われるので、その総合的な安定化を図ること
が繁雑であり、且つ困難であつた。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、波長安定化に用
いる光共振器を有効に利用して半導体レーザの発
振波長を簡易に且つ正確に認識し、この認識結果
を基準として上記半導体レーザの発振波長を簡易
に且つ精度良く安定化することのできる半導体レ
ーザの発振波長安定化装置を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

本発明は光共振波長を微小に異にする複数の光
共振器に半導体レーザ光をそれぞれ導びくと共
に、上記半導体レーザ光の波長を特定の波長範囲
に亘つて掃引し、そのときの前記複数の光共振器
による光共振波長列の隣接波長差から前記半導体
レーザの基準となる発振波長を認識し、この認識
結果に従つて半導体レーザの発振波長を所定の隣
接波長差を有する波長領域に設定してその安定化
制御を行うようにしたものである。

〔発明の効果〕

従つて本発明によれば、分光器等の広帯域波長
測定用デバイスを用いることなしに、簡易に且つ
正確に半導体レーザの発振波長を認識し、その発
振波長を所望とする波長帯域に定めてその隣接波
長差から波長安定化することが可能となる。しか
も、光共振波長を微小に異にする光共振器の透過
波長から簡易に且つ正確に絶対的な半導体レーザ
発振波長を認識することができるので、波長測定
装置としても大きな利点を奏する。また装置構成
も簡易に実現でき、その実用的利点が非常に高い
等の効果を奏する。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明の一実施例につき
説明する。

第４図は実施例装置の概略構成図であり、１１
は半導体レーザ、１２はこの半導体レーザ１１が
発振出力したレーザ光をコリメートして平行光束
化し、光共振波長を僅かに異にしてなる２つの光
共振器を備えた光共振器１３に導びくレンズであ
る。しかして、この光共振器１３の上記各光共振
器を各別に介した共振出力光は光検出器１４，１
５によりそれぞれ受光検知され、時間差検出回路
１６に与えられている。そして、この時間差検出
回路１６で検出された時間差情報は、時間差・電
圧（Ｔ／Ｖ）変換器１７を介して出力されるよう
になつている。また前記半導体レーザ１１は、掃
引電源１８により、例えば注入電流量又は温度を
変える等して発振波長掃引されるようになつてお
り、また前記時間差検出回路１６は上記波長掃引
に同期してその検出動作を行うように構成されて
いる。

さて、前記光共振器１３に設けられた２つの光
共振器の共振特性、つまり光透過特性は、例えば
その実効共振路長を変える等して第５図に示す如
く設定されている。第５図に示す特性は縦軸に透
過光強度、そして横軸に発振波長を示したもので
あるが、上記発振波長は、波長掃引される時間に
相当したものとなつている。但し、この波長掃引
時間は波長に対してリニアであることは云うまで
もない。又は、温度や注入電流等の電気信号量か
ら波長を計測しても良いことは云うまでもない。

しかして、この光共振器１３における２つの光
共振路の共振点が一致する波長λ₀（周波数でν₀）
は予め分光器等を用いて較正されている。そし
て、一方の光共振器の自由スペクトラル空間Δν₁
は Δν₁＝C₀／2nL に設定され、他方の光共振路の自由スペクトラル
空間Δν₂は Δν₂＝C₀／2n（Ｌ−ΔL） に設定されている。但し、上式においてｎは光共
振器１３の内部屈折率、Ｌは光共振路の長さ、
ΔLは２つの光共振路の長さの差、C₀は真空中の
光速である。また、これらの２つの光共振路にお
ける共振波長の差の最小値は、波長検出を容易と
する為の透過光特性の半値全幅程度に設定され
る。上記一方の光共振路における半値全幅Δν_1h
は、 Δν_1h＝C₀／2nLF として与えられる。但し、上式中Ｆは光共振器
（共振路）１３のフイネスである。

このように構成された光共振器１３の２つの光
共振路に半導体レーザ１１の発振出力光を波長掃
引して入力すると、上記２つの光共路における共
振周波数差は、その一致した共振点ν₀から１個目
の透過率ピーク点の周波数差（波長差）として、 Δν₂−Δν₁＝ΔLC₀／2nL（Ｌ−ΔL） の整数倍として与えられる。

従つて、半導体レーザ１１の発振波長、つまり
発振周波数の絶対値を知るダイナミツク・レンジ
は Δν₁／（Δν₂−Δν₁）＝Ｆ として示され、その周波数範囲は ±Δν₁F＝±C₀F／2nL として示されることになる。そして、このような
ダイナミツクレンジを設定する為の、前記共振路
長の差ΔLは ΔL＝Ｌ・１／（１＋Ｆ） として与えられることになる。

具体的には、一致共振点ν₀の波長λ₀が0.9μｍで
あり、ｎ＝2.4、Ｌ＝10（mm）、フイネスの値が20
であるとすれば、絶対波長を知ることのできるダ
イナミツクレンジは、波長λ₀＝0.9μｍを中心とし
て、周波数にして±125GHzの範囲、つまり±
0.0.34μｍの波長範囲となる。そしてこのときの
上記共振路長の差ΔLは470μｍとして与えられる。

従つて今、半導体レーザ１１の発振波長を第１
の一致共振点ν₀と次の一致共振点ν₀′との間の共
振器出力を利用して波長安定化する。例えば、第
５図中Ａで示す共振出力を用いて波長λ_kに半導体
レーザ１１の発振波長を安定化するものとする。
この波長安定化は、前記第２図に示す如き安定化
制御ループにより、いずれかの光共振路を利用し
た光検出器１４，１５の出力を用いて行われる。
このとき、何らかの変動要因によつて上記安定化
がはずれ、発振波長が変化した場合には、前記半
導体レーザ１１の発振波長をその安定化制御点近
傍で時間に関してリニアに且つ微小範囲で波長掃
引する。そして、このとき光検出器１４，１５に
より光共振特性の異なる２つの光共振出力をそれ
ぞれ検出し、各光共振出力、つまり透過率が最大
となる時点の掃引時間をそれぞれ検出する。しか
して、上記検出時間の時間差を時間差検出回路１
６により求めれば、上記掃引時間が発振波長に関
してリニアであることから、半導体レーザ１１の
発振波長が上記安定点λ_kより長波長側、あるいは
短波長側にどれだけずれたかを検出することが可
能となる。そして、その時間差情報を以つて、前
記時間差・電圧変換器１７により、前記一致共振
点ν₀の情報を用いて変換処理すれば、変動によつ
てずれを生じた発振波長の絶対量を、それに対応
した電圧値として検出することが可能となる。こ
のようにして検出された波長の情報に従つて、半
導体レーザ１１の注入電流量又は温度を負帰還制
御することにより、上記半導体レーザ１１の発振
波長を所定の隣接波長差を有する波長制御領域に
戻すことが可能となり、この領域において発振波
長を安定化することが可能となる。

以上のように本装置によれば、光共振器の透過
出力を利用して半導体レーザ１１の波長安定化制
御を行うに際して、上記半導体レーザの発振波長
を掃引し光共振特性の僅かに異なる２つの光共振
器の共振出力を利用して発振波長の絶対的な値を
測定し、これによつて所望とする隣接波長差領域
に上記波長安定化制御領域を定めるので、簡易に
且つ精度良く半導体レーザの発振波長を安定化す
ることができる。しかも従来のように広帯域波長
測定を可能とする分光器等のデバイスを必要とす
ることなしに半導体レーザの発振波長安定化を図
ることができ、その実用点利点が大きい。従つて
ヘテロダイン光検波器における半導体レーザ光波
長安定化や、波長多重化装置の光源としての半導
体レーザの発振波長安定化に絶大なる効果を奏す
る。

ところで、前記２つの光共振器は、実施例に示
したように２つの固体フアブリペローエタロンを
張り合せて一体化して実現することができるが、
その長さを高精度に制御する為に、CVD法等に
よつて直方体形状の固体フアブリペローエタロン
の端部に段差を付けて実現することもできる。ま
た第６図に示すように光導波路２１上に間隔を異
ならせて回折格子２２，２３を形成して、光共振
器を実現することも可能である。また第７図に示
すように、例えばLiNbO₃のように複屈折を示す
結晶２４を用いて固体フアブリペローエタロンを
構成し、その異方性を利用することもできる。即
ち、入射光の偏向方向を結晶軸に対して45゜傾く
ようにし、上記結晶異方性による遅波と連波とに
よる実効的光路長差を利用して共振波長特性を異
にする２つの光共振器を実現することも可能であ
る。

以上、本発明の実施例につき説明したが、本発
明はこれに限定されるものではない。例えば波長
安定化用の光共振器と、波長測定用の複数の光共
振器とがそれぞれ独立した別個のものであつても
よい。また３つ以上の光共振器を用いて更に細か
く発振波長を測定したり、あるいはその測定信頼
性を高めるようにしてもよい。更には、光共振器
の光共振特性差の設定も、測定仕様に応じて定め
ればよいものである。以上要するに本発明はその
要旨を逸脱しない範囲で種種変形して実施するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の波長測定装置の概略構成図、第
２図は半導体レーザの波長安定化制御装置の基本
的な構成図、第３図は光共振器出力を利用した波
長安定化の作用を説明する為の図、第４図は本発
明の一実施例装置の要部構成図、第５図は本発明
における波長測定の原理を説明する為の図、第６
図および第７図はそれぞれ光共振器の構成例を示
す図である。 １１……半導体レーザ、１２……コリメータレ
ンズ、１３……光共振器（２つの光共振路）、１
４，１５……光検出器、１６……時間差検出回
路、１７……時間差・電圧変換器、１８……波長
掃引電源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光共振波長を微小に異にしてなる複数の光共
   振器と、これらの光共振器に半導体レーザの発振
   出力光をそれぞれ導びく手段と、上記半導体レー
   ザの発振出力光の波長を特定の波長範囲に亘つて
   掃引する手段と、この波長掃引された前記半導体
   レーザの発振出力光の前記複数の光共振器による
   光共振波長列の隣接波長差から前記半導体レーザ
   の基準となる発振波長を認識する手段と、この認
   識結果に従つて前記半導体レーザの基準となる発
   振波長を所定の隣接波長差を有する波長領域に可
   変設定し、この波長領域における光共振特性を基
   準として前記半導体レーザの発振波長を一定化制
   御する手段とを具備したことを特徴とする半導体
   レーザの発振波長安定化装置。