JP2000353854A - 外部共振器型波長可変光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部共振器型波長可変光源において、使用条
件が変化しても、モードホップの発生を防いで、光増幅
器のレーザ発振可能な波長帯域で安定した波長可変が行
えるようにする。 【解決手段】 片端面に無反射膜１ａが施された光増幅
器１と、その無反射膜１ａ側の射出光軸上に配置された
波長選択機能を有する回折格子２と、その１次回折光Ｌ
1 を回折格子２に再度反射する反射器４２と、を備えた
外部共振器型波長可変光源であって、光増幅器１から回
折格子２に入射して、０次回折光Ｌ0 として反射した光
を受光して電気信号に変換する第１の受光器４３と、無
反射膜１ａが施されていない端面から射出する光増幅器
１の前方向出力光Ｌf を分岐する光分岐器４１と、その
分岐光Ｌs を受光して電気出力に変換する第２の受光器
４４と、これら第１の受光器４３と第２の受光器４４か
らの電気出力を演算する演算処理回路４５と、を備え
る。そして、演算処理回路４５からの出力値を所定の値
に制御するように反射器４２の位相調整手段４６にフィ
ードバック制御して波長可変する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信や光計測技
術分野で使用する外部共振器型波長可変光源に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】光計測技術で使用する光源には、狭スペ
クトル線幅の単一モード発振で波長安定度が良く、かつ
波長可変が可能な光源が要求される。そして、広い利得
範囲を持った半導体レーザ素子と波長選択機能を有する
回折格子を使用した外部共振器型波長可変光源が開発さ
れ、使用されるようになった。

【０００３】図７は、第１の従来例としての外部共振器
型波長可変光源の構成を示すブロック図である。この外
部共振器型波長可変光源は、光増幅器１、回折格子２、
レンズ３，４、光アイソレータ５、光増幅器駆動回路
６、回転機構７、平行移動機構８等から構成されてい
る。光増幅器１は、ファブリ・ペロ型半導体レーザであ
り、片端面に無反射膜１ａが施され、光増幅器駆動回路
６からの注入電流に応じて、両端面から光を射出する。
レンズ３は、光増幅器１の無反射膜１ａ側の射出光軸上
に配置され、光増幅器１の無反射膜１ａ側端面からの射
出光を平行光に変換する。こうして平行光に変換された
射出光は、回折格子２に入射される。

【０００４】回折格子２は、波長選択反射器として使用
され、入射される平行光のうち入射角によって決まる特
定の波長の光を入射光軸方向に反射する機能を有する。
また、回折格子２は、光増幅器１の無反射膜１ａが施さ
れていない端面とで共振器を形成しており、この回折格
子２で選択した光を光増幅器１に再入射させることで、
レーザ発振させることが可能となっている。レンズ４
は、光増幅器１の無反射膜１ａが施されていない側の射
出光軸上に配置され、光増幅器１の端面から射出される
光を平行光に変換する。こうして平行光に変換された射
出光は、光アイソレータ５に入射される。光アイソレー
タ５は、出力ファイバ１１側からの反射光が光増幅器１
に戻らないようにするためのもので、この光アイソレー
タ５を透過した光は、レンズ９で集光され、出力光とし
て出力ファイバ１１に入射される。

【０００５】以上の外部共振器型波長可変光源の波長
は、２つの条件（共振波長λFPとブラッグ波長λB）に
よって決定され、その波長決定の原理を図５に示す。図
５に示すように、回折格子２の波長に対する反射特性
は、波長選択性があるため、波長に対して反射率が変化
する。光増幅器１の無反射膜１ａが施されていない端面
は、半導体レーザの劈開面を使用しているため、波長特
性は持たず一定の反射率（約３０％）である。そして、
共振器による位相整合条件としての共振波長λFPは、
（１）式で示される。 λFP＝２×ｎ×Ｌ／Ｍ ・・・（１） ここで、λFPは共振器による共振波長、Ｌは共振器長、
Ｍは共振器の共振縦モード数を示している。そのため、
共振波長λFPは、共振縦モードとして多数存在する。

【０００６】また、図７に示される光増幅器１と回折格
子２の光学配置（リトロ配置）で選択されるブラッグ波
長は、（２）式で示される。 λB ＝２×ｄ×sin θ／Ｎ ・・・（２） ここで、λB は回折格子２で選択されたブラッグ波長、
ｄは回折格子２の溝間隔、Ｎは回折光の次数（通常Ｎ＝
１）、θは回折格子２の法線と光増幅器１の射出光軸と
の角度（回折格子２への入射角度）をそれぞれ示してい
る。このブラック波長λBは、前述した多数存在する共
振縦モードの共振波長λFPから一つの縦モードを選択す
るフィルターとして機能する。つまり、外部共振器型波
長可変光源のレーザ発振は、回折格子２で選択されるブ
ラック波長λB 近傍のミラー損失が小さく、かつ共振器
による位相整合条件のあった共振波長λFPでレーザ発振
する。

【０００７】そして、回折格子２は、入射光軸に対する
角度を任意の角度（θ）に調整できるように回転機構７
上に配置され、（２）式で求められる波長の回折光のみ
を、入射光路と同一光路に回折して、光増幅器１に帰還
させ、レーザ発振させる。（２）式で求められる波長以
外の光は、入射光路と異なった光路に回折されるため、
光増幅器１に帰還しない。波長可変手段１２は、回折格
子２の角度を可変させる回転機構７と回転制御手段１３
と回転制御駆動回路１４と、位置を可変させる平行移動
機構８と平行移動制御手段１５と平行移動駆動回路１６
から構成されている。回転機構７は、回転制御駆動回路
１４からの信号に基づく回転制御手段１３の駆動により
回転するように構成されている。そして、回転機構７を
回転制御駆動回路１４により制御することで、回折格子
２を任意の角度に回転させ、選択される波長（ブラッグ
波長）を任意に変化させることができ、これによって光
増幅器１の利得範囲で波長可変を行うことができる。

【０００８】また、回折格子２は、平行移動機構８によ
り光軸方向に平行移動できるように、回転機構７も含め
て平行移動機構８上に配置されている。そして、平行移
動機構８を平行移動駆動回路１６により制御すること
で、回折格子２を共振器の光軸方向に平行移動させるこ
とができ、これによって共振波長を変化させることがで
きる。そのため、この外部共振器波長可変光源の波長
は、ブラッグ波長λBと共振波長λFPを別々に調整し
て、波長可変を行うことが可能である。しかし、回折格
子２の角度変化のみでは、ブラッグ波長のみが変化し
て、共振波長は変化しないので、モードホップを伴った
波長変化になる。同様に回折格子２の光軸方向の平行移
動のみでは、共振波長は変化するが、ブラッグ波長λB
は変化しないので、ブラッグ波長λB近傍の共振波長λF
Pの変化で、モードホップが繰り返される。

【０００９】モードホップのない波長可変を行う場合に
は、回折格子２で選択されるブラッグ波長λBの変化と
共振器のＭ次の縦モード数による共振波長λFPの変化を
同時に同じ波長量を変化させ、一定の縦モードで波長可
変させる必要がある。しかし、個別に入射角度変化と共
振器長変化を広範囲で連続に制御して、モードホップな
しの波長可変を行うことは極めて困難である。また、光
増幅器１である半導体レーザ素子の屈折率は、駆動電流
・温度・波長で変化する。駆動電流や温度に対しての屈
折率変化はほぼ線形変化となる。しかし、半導体レーザ
素子は、半導体レーザ内部のキャリア密度で屈折率が変
化し（プラズマ効果）、波長に対して閾値キャリア密度
が非線形であるため、波長に対しての屈折率変化も非線
形になる。

【００１０】モードホップのない波長可変を行うため
に、物理的共振器長と回折格子２のブラッグ波長を正確
に線形変化させても、実際の光学的共振器長は非線形変
化となり、さらにモードホップなしの波長可変が困難に
なる。さらに、回転機構７や平行移動機構８には、機構
的バックラッシュの発生が伴うため、フィードバック制
御しない制御では、正確な制御ができないという問題が
ある。

【００１１】ところで、前述した第１の従来技術の外部
共振器型波長可変光源で回折格子２への入射角度変化と
共振器長変化を個別に制御している波長可変手段１２の
改良型として、入射角度変化と共振器長変化を同時に制
御できるサインバー１７及びコンタクト台１８機構を使
用した波長可変手段１９の米国特許（ＵＳ５，３４７、
５２７）がある。即ち、図８に示すように、このサイン
バー１７機構の波長可変は、平行移動駆動回路１６によ
る駆動制御のみで、回折格子２の角度変化と共振器長変
化を同時に行うことが可能であり、モードホップの少な
い波長可変を簡単に行うことができる。しかし、前記し
たように光増幅器１である半導体レーザ素子の屈折率
は、駆動電流・温度・波長で変化するので、サインバー
１７機構で制御しても、ある波長範囲以上に波長を変化
させると、共振波長λFPとブラッグ波長λB がずれてし
まい、モードホップを伴った波長可変になってしまう。

【００１２】次に、第２の従来例としての外部共振器型
波長可変光源の構成を図９に示す。この外部共振器型波
長可変光源は、光増幅器１、回折格子２、レンズ３，
４、光アイソレータ５、光増幅器駆動回路６、反射器２
２、回転機構２３等から構成されている。なお、図９に
おいて、前述した図７と同一部分には同一符号を付し、
その説明を省略する。光増幅器１と回折格子２と反射器
２２の光学配置（リットマン配置）で選択されるブラッ
グ波長は、（３）式で示される。 λB＝ｄ／Ｎ×[sin(α)＋sin(β)]・・・（３） ここで、αは回折格子２の法線と光増幅器１の射出光軸
との角度（回折格子２への入射角度）、βは回折格子２
の法線と回折格子２２で回折した光の反射光軸との角度
（回折格子２からの反射角度）をそれぞれ示している。

【００１３】回折格子２は、光増幅器１の無反射膜１ａ
側端面からの射出光が入射角度αで入射される位置に配
置され、光学ベース台１０に固定されている。反射器２
２は、回転機構２３上に配置され、（３）式で求められ
る回折格子２からの回折光の内、反射器２２に垂直に入
射した波長の光のみを、入射光路と同一光路に反射し
て、光増幅器１に帰還させ、レーザ発振させる。反射器
２２に垂直入射しない波長の光は、入射光路と異なった
光路に反射されるため、光増幅器１に帰還しない。回転
機構２３は、回転制御駆動回路２６の制御による回転制
御手段２１の駆動により支点を中心に回動するように構
成され、その回動に伴い、反射器２２の角度変化と共振
器長変化とを同時に行い、ブラック波長λBと共振波長
λFPを変化させる。そのため、反射器２２の回転中心位
置を最適位置に設計することで、モードホップの殆ど無
い波長可変が簡単に行える。しかし、第１の従来技術と
同様に、光増幅器１である半導体レーザ素子の屈折率
は、駆動電流・温度・波長で変化するので、この構造で
波長可変させても、ある波長範囲以上に波長を変化させ
ると、共振波長λFPとブラッグ波長λBがずれてしま
い、モードホップを伴った波長可変になってしまう。

【００１４】次に、第３の従来例として、モードホップ
の発生を防ぐ制御手段を使用した外部共振器型波長可変
光源（特開平９−１０２６４５号公報参照）の制御ブロ
ック図を図１０に示す。この制御手段３１は、光増幅器
（半導体レーザ）１の無反射膜１ａ側端面と回折格子
（波長選択素子）２などを使用した波長選択性を有する
反射装置３２との共振器内に光分岐器（分波器）３３を
挿入し、第１の受光器３４と第２の受光器３５を用い
て、光増幅器１から射出する光強度と反射装置３１から
光増幅器１に帰還する光強度との比が所定の値になるよ
うに制御する。その公報の説明内容によれば、反射装置
３１から光増幅器１に帰還する光には、回折格子（第１
の反射器）２によるフィルター特性の波長選択率の情報
が含まれているため、光増幅器（第２の反射器）１から
射出する光などの波長選択率の情報が含まれていない光
とを比較することで制御できるとしている。

【００１５】しかし、レーザ発振の波長が、回折格子２
の反射率が低下する側に波長変化すると、光増幅器１に
帰還する光強度は低下するが、ミラー損失が大きくなっ
てレーザ発振の光強度も低下してしまう。反対に反射率
が増加する側に波長変化すると、光増幅器１に帰還する
光強度は増加するが、ミラー損失が小さくなってレーザ
発振の光強度も増加する。そのため、反射装置３２から
光増幅器１に帰還する光と光増幅器１から射出する光の
強度変化は、同一方向に変化しているので、この共振器
内の光分岐器３３による、反射装置３２から光増幅器１
に帰還する光強度と光増幅器１から射出する光強度との
比では、十分な検出量が得られず、モードホップの発生
を防ぐように制御することは困難である。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来は、
外部共振器型波長可変光源において、各種の使用条件
（温度、駆動電流）で波長可変を行おうとすると、モー
ドホップのない波長可変幅の減少が起きてしまうという
問題があった。

【００１７】本発明の目的は、使用条件が変化しても、
モードホップの発生を防いで、波長可変が行える外部共
振器型波長可変光源を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決すべく
請求項１記載の発明は、例えば、図１に示すように、一
方の端面に無反射膜（１ａ）が施された光増幅器（１）
と、この光増幅器の無反射膜側の光軸上に配置され、波
長選択機能を有する回折格子（２）と、回折格子の１次
回折光の光軸上に配置され、１次回折光（Ｌ1 ）を回折
格子に再度反射する反射器（４２）と、を備える外部共
振器型波長可変光源であって、回折格子に対し入射角度
と対称の角度で反射する０次回折光（Ｌ0 ）を受光して
電気信号に変換する第１の受光器（４３）と、光増幅器
の無反射膜が施されていない他方の端面から射出する前
方向出力光（Ｌf ）を出力光（Ｌ）と分岐光（Ｌs ）と
に分岐する光分岐器（４１）と、この光分岐器からの分
岐光を受光して電気信号に変換する第２の受光器（４
４）と、第１及び第２の両受光器からの電気信号を所定
の演算処理する演算処理回路（４５）と、反射器（４
２）の位置を調整する位相調整手段（４６）と、演算処
理回路からの出力値を所定の値に制御するように位相調
整手段にフィードバック制御して波長を可変制御する波
長可変手段（４７）と、を備えた構成、を特徴としてい
る。

【００１９】このように、請求項１記載の発明によれ
ば、光増幅器の後方向出力光の光強度として０次回折光
の光強度を第１の受光器で測定し、光増幅器の前方向出
力光の光強度を第２の受光器で測定して、前方向に射出
する前方向出力光と回折格子側に射出する後方向出力光
の強度比をブラッグ波長（λB ）と共振波長（λFP）の
ズレ量として演算処理回路で求め、演算処理回路からの
出力値が一定になるように、位相調整手段による反射器
の位置または角度をフィードバック制御しながら、波長
可変手段によって波長可変を行うことで、モードホップ
のない波長可変が得られる。

【００２０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の外
部共振器型波長可変光源であって、例えば、図２に示す
ように、位相調整手段（４６）は、反射器（４２）を保
持する平行移動機構（４８）と、この平行移動機構を位
置制御する平行移動制御手段（５４）と、この平行移動
制御手段を駆動する平行移動駆動回路（５５）と、を備
え、演算処理回路からの電気信号により、平行移動駆動
回路から制御信号を出力して平行移動制御手段を駆動す
ることによって、反射光軸に対する反射器（４２）の位
置を制御すること、を特徴としている。

【００２１】請求項３記載の発明は、請求項１記載の外
部共振器型波長可変光源であって、例えば、図３に示す
ように、位相調整手段（４６）は、反射器（４２）を保
持する第２の回転機構（５８）と、この第２の回転機構
を角度制御する第２の回転制御手段（５７）と、この第
２の回転制御手段を駆動する第２の回転制御駆動回路
（５６）と、を備え、演算処理回路からの電気信号によ
り、第２の回転制御駆動回路から制御信号を出力して第
２の回転制御手段を駆動することによって、反射光軸に
対して反射器（４２）の角度を制御すること、を特徴と
している。

【００２２】また、請求項４記載の発明は、例えば、図
４に示すように、一方の端面に無反射膜（１ａ）が施さ
れた光増幅器（１）と、この光増幅器の無反射膜側の光
軸上に配置され、波長選択機能を有する回折格子（２）
と、を備える外部共振器型波長可変光源であって、回折
格子（２）に対し入射角度と対称の角度で反射する０次
回折光（Ｌ0 ）を受光して電気信号に変換する第１の受
光器（４３）と、光増幅器の無反射膜が施されていない
他方の端面から射出する前方向出力光（Ｌf ）を出力光
（Ｌ）と分岐光（Ｌs ）とに分岐する光分岐器（４１）
と、この光分岐器からの分岐光を受光して電気信号に変
換する第２の受光器（４４）と、第１及び第２の両受光
器からの電気信号を所定の演算処理する演算処理回路
（４５）と、回折格子（２）の位置を調整する位相調整
手段（４６）と、演算処理回路からの出力値を所定の値
に制御するように位相調整手段にフィードバック制御し
て波長を可変制御する波長可変手段（４７）と、を備え
た構成、を特徴としている。

【００２３】このように、請求項４記載の発明によれ
ば、光増幅器の後方向出力光の光強度として０次回折光
の光強度を第１の受光器で測定し、光増幅器の前方向出
力光の光強度を第２の受光器で測定して、前方向に射出
する前方向出力光と回折格子側に射出する後方向出力光
の強度比をブラッグ波長（λB ）と共振波長（λFP）の
ズレ量として演算処理回路で求め、演算処理回路からの
出力値が一定になるように、位相調整手段による回折格
子の位置をフィードバック制御しながら、波長可変手段
によって波長可変を行うことで、モードホップのない波
長可変が得られる。

【００２４】請求項５記載の発明は、請求項４記載の外
部共振器型波長可変光源であって、例えば、図４に示す
ように、位置調整手段（４６）は、回折格子（２）を保
持する平行移動機構（４８）と、この平行移動機構を位
置制御する平行移動制御手段（５４）と、この平行移動
制御手段を駆動する平行移動駆動回路（５５）と、を備
え、演算処理回路からの電気信号により、平行移動駆動
回路から制御信号を出力して平行移動制御手段を駆動す
ることによって、射出光軸に対する回折格子（２）の位
置を制御すること、を特徴としている。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る外部共振器
型波長可変光源の実施の各形態例を図１から図４に基づ
いて説明する。

【００２６】＜第１の実施の形態例＞図１は、本発明を
適用した第１の実施の形態例としての外部共振器型波長
可変光源の構成を示すブロック図である。この外部共振
器型波長可変光源は、図示のように、光増幅器としての
半導体レーザ１、回折格子２、光増幅器１の射出光軸上
に配置されるレンズ３，４、光アイソレータ５、光増幅
器駆動回路６、光分岐器４１、反射器４２、第１の受光
器４３、第２の受光器４４、演算処理回路４５、波長可
変手段４６、位相調整手段４７などから構成されてい
る。光増幅器１は、ファブリ・ペロ型半導体レーザであ
り、片端面に無反射膜１aが施されている。また、光増
幅器１は、光増幅器駆動回路６と接続され、この光増幅
器駆動回路６からの注入電流に応じて、両端面から光を
射出する。レンズ３は、光増幅器１の無反射膜１ａ側の
射出光軸上に配置され、光増幅器１の無反射膜１ａ側端
面からの射出光を平行光に変換する。その平行光に変換
された射出光は、回折格子２に入射される。

【００２７】回折格子２は、光増幅器１の無反射膜１ａ
側端面からの射出光軸上に射出光が入射角度αで入射さ
れる位置に配置されている。この回折格子２は、波長選
択反射器として機能し、光増幅器１から入射角度αで入
射された平行光のうち、前述した（３）式で示される波
長の光の大半（反射率分）を１次回折光Ｌ1 として角度
βで回折する。一方、（３）式で示される波長の光で回
折されない光を、回折格子２の法線に対して入射角度α
と対称の角度で０次回折光Ｌ0 として反射する。また、
レンズ４は、光増幅器１の無反射膜１ａが施されていな
い側の射出光軸上に配置され、光増幅器１の端面から射
出される前方向出力光Ｌf を平行光に変換する。その平
行光に変換された前方向出力光Ｌf は、光アイソレータ
５に入射される。光アイソレータ５は、この光アイソレ
ータ５を通過した前方向出力光Ｌf の一部が反射光とし
て光増幅器１に戻らないようにするためのもので、この
光アイソレータ１を通過した前方向出力光Ｌf は、光分
岐器４１に入射する。光分岐器４１は、入射した前方向
出力光Ｌf の光を分岐光Ｌs と出力光Ｌとして分岐す
る。

【００２８】反射器４２は、光増幅器１から回折格子２
に入射して角度βで回折した波長の１次回折光Ｌ1 が入
射される位置に配置され、１次回折光Ｌ1 を反射する。
この時、（３）式で求められる回折格子２からの回折光
の内、反射器４２に垂直に入射した波長の光のみを、入
射光路と同一光路に反射して、光増幅器１に帰還させ、
レーザ発振させる。なお、反射器４２に垂直入射しない
波長の光は、入射光路と異なった光路に反射されるた
め、光増幅器１に帰還しない。第１の受光器４３は、回
折格子２からの０次回折光Ｌ0 として反射した光が入射
し、電気出力に変換され、演算処理回路４５に回折格子
２側の光強度として出力される。第２の受光器４４は、
光分岐器４１からの分岐光Ｌs が入射され、電気出力に
変換され、演算処理回路４５に前方向出力光Ｌf の光強
度として出力される。演算処理回路４５は、第１の受光
器４３と第２の受光器４４から入力された電気出力を演
算し、前方向出力光Ｌf と回折格子２側出力光の強度の
比を求め、制御信号として位相調整手段４６へ出力す
る。

【００２９】次に、図２は、図１の波長可変手段４７と
位相調整手段４６を説明するブロック図である。反射器
４２は、位相調整手段４６としての平行移動機構４８上
に配置され、さらに、この平行移動機構４８ごと波長可
変手段４７としての回転機構４９上に配置されている。
波長可変手段４７は、反射器４２の角度可変と共振器長
変化とを行う回転機構４９と回転制御手段５１と回転制
御駆動回路５２から構成されている。回転機構４９は、
回転制御駆動回路５２の制御による回転制御手段５１の
駆動により支点５３を中心に回動するように構成され、
その回動に伴い、反射器４２の角度変化と共振器長変化
とを同時に行い、ブラッグ波長λB と共振波長λFPを変
化させる。

【００３０】位相調整手段４６は、反射器４２を光軸方
向に可変させる平行移動機構４８と平行移動制御手段５
４と平行移動駆動回路５５から構成されている。平行移
動機構４８は、平行移動駆動回路５５からの信号に基づ
く平行移動制御手段５４の駆動により平行移動するよう
に構成され、共振波長λFPを微少に変化させることがで
きる。平行移動駆動回路５５は、演算処理回路４５から
入力された制御信号の値が所定の値になるように、平行
移動制御手段５４を駆動して、反射器４２の位置を制御
する。この第１の実施の形態例の構成では、波長可変手
段４７によるブラッグ波長λB の変化に対して、共振波
長λFPを微少に制御していることになる。

【００３１】以上のように、第１の実施の形態例の外部
共振器型波長可変光源によれば、光増幅器１の後方向出
力光Ｌr の光強度として回折格子２から０次回折光Ｌ0
の光強度を第１の受光器４３で測定し、光増幅器１の前
方向出力光Ｌf の光強度を第２の受光器４４で測定し
て、前方向に射出する前方向出力光Ｌf と回折格子２側
に射出する後方向出力光Ｌr の強度比をブラッグ波長λ
B と共振波長λFPのズレ量として演算処理回路４５で求
める。

【００３２】次に、以上の外部共振器型波長可変光源に
おいて、モードホップしながら波長可変する場合の波長
に対する光出力特性を示して、前述したモードホップの
発生を制御する動作原理を説明する。図６に、回折格子
２の角度変化によるブラック波長変化と共振器長の変化
による共振波長変化の変化率が異なっている場合（モー
ドホップの発生する場合）の光出力特性を示す。即ち、
図６に示されるように、光出力特性は、波長に対して鋸
波状の出力変化になり、鋸波状の不連続な変化の波長で
モードホップが発生している。また、前方向出力光Ｌf
の強度変化と０次回折光Ｌ0 の強度変化は、逆位相の変
化を示す。

【００３３】前述したように、光増幅器１に半導体レー
ザ素子を使用すると、半導体レーザ内部のキャリア密度
変化で屈折率が変化する（プラズマ効果）。このプラズ
マ効果は、キャリア密度が増加すると、波長が短波長側
へ変化する。そのため、反射器４２や回折格子２の反射
率が低下すると、ミラー損失が大きくなって閾値キャリ
ア密度が増加する。前述したように、キャリア密度が増
加すると波長は短波長側へ変化するが、回折格子２の反
射率特性で短波長側では、波長が短波長側へ変化しよう
とすると、反射率が低下してキャリア密度が増加し、波
長がさらに短波長側へ変化して反射率が低下することに
なってしまい、レーザ発振できなくなる。反対に長波長
側では、波長が長波長側へ変化しようとすると、反射率
が低下してキャリア密度が増加し、波長が短波長側へ変
化しようとするフィードバック効果が得られ、安定した
波長でレーザ発振する結果となる。そのため、この鋸波
状の出力変化は、回折格子２の反射特性で長波長側の傾
きの波長領域でしか、レーザ発振しないために発生す
る。

【００３４】さらに、各モードホップ間でなだらかに変
化している中に、周期的な光強度変化がある。これは、
光増幅器１の片端面に施した無反射膜１ａの反射率が、
完全に０％の反射率を得られないために発生する。その
結果、図６で示される光出力特性で、前方向出力光Ｌf
の光強度と０次回折光Ｌ0 の光強度との強度比が一定に
なるように、演算処理回路４５からの出力値を位相調整
手段４６にフィードバック制御して波長可変を行うと、
モードホップのない波長可変が得られることが可能とな
る。

【００３５】＜第２の実施の形態例＞図３は、本発明を
適用した第２の実施の形態例としての外部共振器型波長
可変光源の位相調整手段の構成を示すブロック図であ
る。なお、図３において、前述した図１及び図２と同一
部分には同一符号を付し、その説明を省略する。この第
２の実施の形態例の外部共振器型波長可変光源では、反
射器４２の位相調整手段４６が、第２の回転制御駆動回
路５６と第２の回転制御手段５７と第２の回転機構５８
から構成されている。即ち、反射器４２は、位相調整手
段４６としての第２の回転機構５８上に配置され、さら
に、この第２の回転機構５８ごと波長可変手段４７とし
ての第１の回転機構４９上に配置されている。波長可変
手段４７は、反射器４２の角度可変と共振器長変化とを
行う第１の回転機構４９と第１の回転制御手段５１と第
１の回転制御駆動回路５２から構成されている。

【００３６】第１の回転機構４９は、第１の回転制御駆
動回路５２の制御による第１の回転制御手段５１の駆動
により支点５３を中心に回動するように構成され、その
回動に伴い、反射器４２の角度変化と共振器長変化とを
同時に行い、ブラッグ波長λB と共振波長λFPを変化さ
せる。第２の回転機構５８は、第２の回転制御駆動回路
５６からの信号に基づく第２の回転制御手段５７の駆動
により角度変化するように構成される。しかし、位相調
整手段４６で変化する反射器４２の角度変化は、波長可
変手段４７で変化する角度変化と比較すると、非常に微
少量としている。この第２の実施の形態例の構成では、
波長可変手段４７による共振器長λFP変化に対して、ブ
ラッグ波長λB を微少に制御していることになる。

【００３７】以上のように、第２の実施の形態例の外部
共振器型波長可変光源によれば、ブラッグ波長λB と共
振波長λFPの波長ズレを求める手段は第１の実施の形態
例と同様であるが、制御手段の方法が異なっている。そ
の結果、第１の実施の形態例と同様に、演算処理回路４
５からの出力値が一定になるように、位相調整手段４６
にフィードバック制御して波長可変を行うと、モードホ
ップのない波長可変が得られることが可能となる。

【００３８】＜第３の実施の形態例＞図４は、本発明を
適用した第３の実施の形態例としての外部共振器型波長
可変光源の構成を示すブロック図である。なお、図４に
おいて、前述した図１から図３と同一部分には、同一符
号を付し、その説明を省略する。回折格子２は、光増幅
器１の無反射膜１ａ側端面からの射出光軸上に配置され
ている。この回折格子２は、波長選択反射器として機能
し、光増幅器１から入射角度θで入射された平行光のう
ち、前述した（１）式で示される波長の光の大半（反射
率分）を１次回折光Ｌ1 として、入射光路と同一光路に
反射して、光増幅器１に帰還させ、レーザ発振させる。
なお、（１）式で示されない波長の光は、入射光路と異
なった光路に反射されるため、光増幅器１に帰還しな
い。また、回折格子２は、波長可変手段４７としての回
転機構４９上に配置され、さらに、この回転機構４９ご
と位相調整手段４６としての平行移動機構４８上に配置
されている。

【００３９】波長可変手段４７は、回折格子２の角度可
変を行う回転機構４９と回転制御手段５１と回転制御駆
動回路５２から構成されている。回転機構４９は、回転
制御駆動回路５２の制御による回転制御手段５１の駆動
により回動するように構成され、その回動に伴い、回折
格子２の角度変化を行い、ブラック波長λB を変化させ
る。位相調整手段４６は、回折格子２を光軸方向に可変
させる平行移動機構４８と平行移動制御手段５４と平行
移動駆動回路５５から構成されている。平行移動機構４
８は、平行移動駆動回路５５からの信号に基づく平行移
動制御手段５４の駆動により平行移動するように構成さ
れ、その平行移動に伴い、回折格子２までの共振器長変
化を行い、共振波長λFPを変化させる。平行移動駆動回
路５５は、演算処理回路４５から入力された制御信号の
値が所定の値になるように、平行移動制御手段５４を駆
動して、回折格子２の位置を制御する。

【００４０】以上のように、第３の実施の形態例の外部
共振器型波長可変光源によれば、ブラッグ波長λB と共
振波長λFPの波長ズレを求める手段は第１と第２の実施
の形態例と同様であるが、外部共振器型波長可変光源の
光学構成が異なって、回折格子２の位置自体を平行移動
制御する。その結果、第１と第２の実施の形態例と同様
に、演算処理回路４５からの出力値が一定になるよう
に、位相調整手段４６にフィードバック制御して波長可
変を行うと、モードホップのない波長可変が得られるこ
とが可能となる。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明に係
る外部共振器型波長可変光源によれば、特に、位相調整
手段による反射器の位置または角度を制御するようにフ
ィードバック制御して波長可変を行うため、使用条件
（温度、駆動電流、素子劣化）が変化しても、波長可変
したときのモードホップの発生を防ぎ、光増幅器のレー
ザ発振可能な波長帯域において、安定した波長可変を行
うことができる。

【００４２】また、請求項４記載の発明に係る外部共振
器型波長可変光源によれば、特に、位相調整手段による
回折格子の位置を制御するようにフィードバック制御し
て波長可変を行うため、使用条件（温度、駆動電流、素
子劣化）が変化しても、波長可変したときのモードホッ
プの発生を防ぎ、光増幅器のレーザ発振可能な波長帯域
において、安定した波長可変を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した第１の実施の形態例としての
外部共振器型波長可変光源の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】図１の外部共振器型波長可変光源の位相調整手
段に平行移動手段を使用した構成を示すブロック図であ
る。

【図３】本発明を適用した第２の実施の形態例の外部共
振器型波長可変光源の位相調整手段の構成を示すブロッ
ク図である。

【図４】本発明を適用した第３の実施の形態例としての
外部共振器型波長可変光源の構成を示すブロック図であ
る。

【図５】波長可変光源のレーザ発振を説明するための説
明図である。

【図６】波長可変光源の波長可変した場合の光出力特性
を説明するための説明図である。

【図７】第１の従来例としての外部共振器型波長可変光
源の構成を示すブロック図である。

【図８】図７の波長可変手段を改良した外部共振器型波
長可変光源の構成を示すブロック図である。

【図９】第２の従来例としての外部共振器型波長可変光
源の構成を示すブロック図である。

【図１０】第３の従来例として、モードホップの発生を
防ぐ制御手段を使用した外部共振器型波長可変光源の構
成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 光増幅器 １ａ 無反射膜 ２ 回折格子 ３，４ レンズ ５ 光アイソレータ ６ 光増幅器駆動回路 １０ 光学ベース台 ４１ 光分岐器 ４２ 反射器 ４３ 第１の受光器 ４４ 第２の受光器 ４５ 演算処理回路 ４６ 位相調整手段 ４７ 波長可変手段 ４８ 平行移動機構 ４９ 回転機構（第１の回転機構） ５１ 回転制御手段（第１の回転制御手段） ５２ 回転制御駆動回路（第１の回転制御駆動回路） ５３ 回転中心 ５４ 平行移動手段 ５５ 平行移動駆動回路 ５６ 第２の回転制御駆動回路 ５７ 第２の回転制御手段 ５８ 第２の回転機構 Ｌ 出力光 Ｌ0 ０次回折光 Ｌf 前方向出力光 Ｌr 後方向出力光 Ｌs 分岐光

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一方の端面に無反射膜が施された光増幅器
   と、 この光増幅器の無反射膜側の光軸上に配置され、波長選
   択機能を有する回折格子と、 回折格子の１次回折光の光軸上に配置され、１次回折光
   を回折格子に再度反射する反射器と、 を備える外部共振器型波長可変光源であって、 回折格子に対し入射角度と対称の角度で反射する０次回
   折光を受光して電気信号に変換する第１の受光器と、 光増幅器の無反射膜が施されていない他方の端面から射
   出する前方向出力光を出力光と分岐光とに分岐する光分
   岐器と、 この光分岐器からの分岐光を受光して電気信号に変換す
   る第２の受光器と、 第１及び第２の両受光器からの電気信号を所定の演算処
   理する演算処理回路と、 反射器の位置を調整する位相調整手段と、 演算処理回路からの出力値を所定の値に制御するように
   位相調整手段にフィードバック制御して波長を可変制御
   する波長可変手段と、 を備えたこと、を特徴とする外部共振器型波長可変光
   源。
2. 【請求項２】位相調整手段は、 反射器を保持する平行移動機構と、 この平行移動機構を位置制御する平行移動制御手段と、 この平行移動制御手段を駆動する平行移動駆動回路と、 を備え、 演算処理回路からの電気信号により、平行移動駆動回路
   から制御信号を出力して平行移動制御手段を駆動するこ
   とによって、反射光軸に対する反射器の位置を制御する
   こと、を特徴とする請求項１記載の外部共振器型波長可
   変光源。
3. 【請求項３】位相調整手段は、 反射器を保持する第２の回転機構と、 この第２の回転機構を角度制御する第２の回転制御手段
   と、 この第２の回転制御手段を駆動する第２の回転制御駆動
   回路と、 を備え、 演算処理回路からの電気信号により、第２の回転制御駆
   動回路から制御信号を出力して第２の回転制御手段を駆
   動することによって、反射光軸に対して反射器の角度を
   制御すること、を特徴とする請求項１記載の外部共振器
   型波長可変光源。
4. 【請求項４】一方の端面に無反射膜が施された光増幅器
   と、 この光増幅器の無反射膜側の光軸上に配置され、波長選
   択機能を有する回折格子と、 を備える外部共振器型波長可変光源であって、 回折格子に対し入射角度と対称の角度で反射する０次回
   折光を受光して電気信号に変換する第１の受光器と、 光増幅器の無反射膜が施されていない他方の端面から射
   出する前方向出力光を出力光と分岐光とに分岐する光分
   岐器と、 この光分岐器からの分岐光を受光して電気信号に変換す
   る第２の受光器と、 第１及び第２の両受光器からの電気信号を所定の演算処
   理する演算処理回路と、 回折格子の位置を調整する位相調整手段と、 演算処理回路からの出力値を所定の値に制御するように
   位相調整手段にフィードバック制御して波長を可変制御
   する波長可変手段と、 を備えたこと、を特徴とする外部共振器型波長可変光
   源。
5. 【請求項５】位置調整手段は、 回折格子を保持する平行移動機構と、 この平行移動機構を位置制御する平行移動制御手段と、 この平行移動制御手段を駆動する平行移動駆動回路と、 を備え、 演算処理回路からの電気信号により、平行移動駆動回路
   から制御信号を出力して平行移動制御手段を駆動するこ
   とによって、射出光軸に対する回折格子の位置を制御す
   ること、を特徴とする請求項４記載の外部共振器型波長
   可変光源。