JPH10270800A - 可変波長半導体レーザ光源 - Google Patents
可変波長半導体レーザ光源Info
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- JPH10270800A JPH10270800A JP9070083A JP7008397A JPH10270800A JP H10270800 A JPH10270800 A JP H10270800A JP 9070083 A JP9070083 A JP 9070083A JP 7008397 A JP7008397 A JP 7008397A JP H10270800 A JPH10270800 A JP H10270800A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/14—External cavity lasers
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- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
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- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
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- H01S3/1055—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length one of the reflectors being constituted by a diffraction grating
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 可変波長ＬＤ光源において、設定のたびに波
長計で出射光波長を測定して確認しないでも、設定波長
確度を、±０．０１ｎｍ程度に向上する。 【解決手段】 外部共振器型ＬＤ光源部１、その出力光
を単一モードに選択する光学フィルタ２、その透過波長
または反射波長と外部共振器長を可変する駆動部３、光
出力や波長設定に基づいて駆動部３とＬＤ駆動電流を制
御する制御部４を有する可変波長ＬＤ光源において、出
力光を一方の入射光として２分岐出力する光カプラ５
と、出力光の特定波長帯を反射するファイバグレーティ
ング６と、その反射光を光カプラ５を介して入射する第
１の光分岐器７と、特定波長帯から単一波長を透過する
第１のエタロン８と、第２の光分岐器１０と、出力波長
帯全体を波長軸上で正弦波状に透過する第２のエタロン
１１と、これら第１および第２のエタロン８，１１の透
過率を制御部４にそれぞれ送信する第１および第２のエ
タロン透過率測定部９，１２と、を設ける。
長計で出射光波長を測定して確認しないでも、設定波長
確度を、±０．０１ｎｍ程度に向上する。 【解決手段】 外部共振器型ＬＤ光源部１、その出力光
を単一モードに選択する光学フィルタ２、その透過波長
または反射波長と外部共振器長を可変する駆動部３、光
出力や波長設定に基づいて駆動部３とＬＤ駆動電流を制
御する制御部４を有する可変波長ＬＤ光源において、出
力光を一方の入射光として２分岐出力する光カプラ５
と、出力光の特定波長帯を反射するファイバグレーティ
ング６と、その反射光を光カプラ５を介して入射する第
１の光分岐器７と、特定波長帯から単一波長を透過する
第１のエタロン８と、第２の光分岐器１０と、出力波長
帯全体を波長軸上で正弦波状に透過する第２のエタロン
１１と、これら第１および第２のエタロン８，１１の透
過率を制御部４にそれぞれ送信する第１および第２のエ
タロン透過率測定部９，１２と、を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光信号源を用いる
技術の全ての分野に用いられ、特に、光通信、光コヒー
レント計測技術分野に用いられる可変波長半導体レーザ
光源に関するものである。
技術の全ての分野に用いられ、特に、光通信、光コヒー
レント計測技術分野に用いられる可変波長半導体レーザ
光源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光コヒーレント計測技術分野において、
可変波長光源に用いられる光源部には、通常、外部共振
器型の半導体レーザ（以下、ＬＤとする）が使用され、
その外部共振器内に、波長選択素子である光学フィルタ
を挿入し、単一モード発振を得ている。この光学フィル
タの透過（あるいは反射）波長を機械的に可変すること
により、広範囲の波長掃引を可能としている。
可変波長光源に用いられる光源部には、通常、外部共振
器型の半導体レーザ（以下、ＬＤとする）が使用され、
その外部共振器内に、波長選択素子である光学フィルタ
を挿入し、単一モード発振を得ている。この光学フィル
タの透過（あるいは反射）波長を機械的に可変すること
により、広範囲の波長掃引を可能としている。
【０００３】図４は従来技術としての可変波長ＬＤ光源
の一構成例を示すもので、この図４において、１は外部
共振器型ＬＤ光源部、２は光学フィルタ、３は駆動部、
４は制御部、２０は原点スイッチである。図４の可変波
長ＬＤ光源において、まず、制御部４は、電源投入時に
原点スイッチ２０が動作する位置まで駆動部３を操作
し、この原点スイッチ２０が動作したら、その位置を原
点として駆動部３をリセットする。この原点位置におけ
る波長は、あらかじめ、正確な波長計で測定し、原点波
長として記憶しておく。そして、駆動部３は、光学フィ
ルタ２の透過（あるいは反射）波長を機械的に可変し、
場合によっては外部共振器長も調整する。この駆動部３
の状態と発振波長の関係は既知であり、制御部４は、そ
の既知の関係式により波長設定を行う。なお、制御部４
は、光出力レベルを制御するためにＬＤ駆動電流も制御
している。
の一構成例を示すもので、この図４において、１は外部
共振器型ＬＤ光源部、２は光学フィルタ、３は駆動部、
４は制御部、２０は原点スイッチである。図４の可変波
長ＬＤ光源において、まず、制御部４は、電源投入時に
原点スイッチ２０が動作する位置まで駆動部３を操作
し、この原点スイッチ２０が動作したら、その位置を原
点として駆動部３をリセットする。この原点位置におけ
る波長は、あらかじめ、正確な波長計で測定し、原点波
長として記憶しておく。そして、駆動部３は、光学フィ
ルタ２の透過（あるいは反射）波長を機械的に可変し、
場合によっては外部共振器長も調整する。この駆動部３
の状態と発振波長の関係は既知であり、制御部４は、そ
の既知の関係式により波長設定を行う。なお、制御部４
は、光出力レベルを制御するためにＬＤ駆動電流も制御
している。
【０００４】次に、図５は外部共振器型ＬＤ光源部１の
構成例を示したもので、この図５において、１０１は回
折格子、１０２，１０５，１０７はレンズ、１０３は無
反射膜、１０４はＬＤ、１０６は光アイソレータ、１０
８は光ファイバ、１０９はＬＤ駆動回路である。図５の
外部共振器型ＬＤ光源部１において、まず、回折格子１
０１は、前述した図４の前記光学フィルタ２に相当する
が、同時に外部共振器の一方の鏡としても機能してい
る。つまり、外部共振器は、ＬＤ端面Ｂと回折格子１０
１で構成され、その共振器長は、回折格子１０１の光軸
Ｘ上の点Ａとして、線分ＡＢである。そして、ＬＤ１０
４の回折格子１０１側端面には、不要な反射を除去する
ために無反射膜１０３が形成されている。また、レンズ
１０２，１０５は、ＬＤ１０４の出射ビームを平行ビー
ムにそれぞれ変換するコリメータである。
構成例を示したもので、この図５において、１０１は回
折格子、１０２，１０５，１０７はレンズ、１０３は無
反射膜、１０４はＬＤ、１０６は光アイソレータ、１０
８は光ファイバ、１０９はＬＤ駆動回路である。図５の
外部共振器型ＬＤ光源部１において、まず、回折格子１
０１は、前述した図４の前記光学フィルタ２に相当する
が、同時に外部共振器の一方の鏡としても機能してい
る。つまり、外部共振器は、ＬＤ端面Ｂと回折格子１０
１で構成され、その共振器長は、回折格子１０１の光軸
Ｘ上の点Ａとして、線分ＡＢである。そして、ＬＤ１０
４の回折格子１０１側端面には、不要な反射を除去する
ために無反射膜１０３が形成されている。また、レンズ
１０２，１０５は、ＬＤ１０４の出射ビームを平行ビー
ムにそれぞれ変換するコリメータである。
【０００５】以上において、外部共振器ＬＤ１０４から
の出力光は、ＬＤ端面Ｂ側から得られ、レンズ１０７に
より集光され、光ファイバ１０８により取り出される。
そして、後続の光学系からの戻り光によるノイズを発生
させないために、出力側には光アイソレータ１０６を挿
入している。なお、ＬＤ駆動回路１０９は、所望の光出
力レベルに相当するＬＤ駆動電流を供給している。ここ
で、前述した図４における前記光学フィルタ２として、
図５では回折格子１０１を示したが、前記光学フィルタ
２には、回折格子１０１の他に、例えば、干渉フィルタ
等の光学素子があり、場合によりいくつか組み合わせて
使用される。
の出力光は、ＬＤ端面Ｂ側から得られ、レンズ１０７に
より集光され、光ファイバ１０８により取り出される。
そして、後続の光学系からの戻り光によるノイズを発生
させないために、出力側には光アイソレータ１０６を挿
入している。なお、ＬＤ駆動回路１０９は、所望の光出
力レベルに相当するＬＤ駆動電流を供給している。ここ
で、前述した図４における前記光学フィルタ２として、
図５では回折格子１０１を示したが、前記光学フィルタ
２には、回折格子１０１の他に、例えば、干渉フィルタ
等の光学素子があり、場合によりいくつか組み合わせて
使用される。
【０００６】次に、光学フィルタ特性について説明す
る。図６は回折格子の光学系を示すもので、図示のよう
に、光軸と回折格子の法線Ｎgrのなす角をθ、格子間隔
をｄとし、前述した図５の外部共振器と同様に、同一の
光軸Ｘ上に入射光と反射（回折）光を設定する。ここ
で、白色光を入射した時の反射光スペクトルが回折格子
のフィルタ特性であり、図７に示すようなフィルタ特性
が得られる。そして、その反射ピーク波長λgrは、以下
のブラッグの式で求められる。 λgr＝２ｄ×sin（θ） ・・・（１） また、図８に示す光学系においての干渉フィルタの特性
は、図９に示すように、周期的透過ピークを有する。図
８において、Ｄは干渉フィルタの厚さ、ｎは屈折率であ
る。そして、干渉フィルタ内の光軸と干渉フィルタの法
線Ｎのなす角φに対して、ｋを整数として、各透過ピー
ク波長は以下の式で求められる。 ｋλk ＝２ｎＤ×cos（φ） ・・・（２） さらに、外部共振器長をＬとすれば、その発振縦モード
は、干渉フィルタと同様に、ｍを整数として、 ｍλm ＝２Ｌ ・・・（３） となる。
る。図６は回折格子の光学系を示すもので、図示のよう
に、光軸と回折格子の法線Ｎgrのなす角をθ、格子間隔
をｄとし、前述した図５の外部共振器と同様に、同一の
光軸Ｘ上に入射光と反射（回折）光を設定する。ここ
で、白色光を入射した時の反射光スペクトルが回折格子
のフィルタ特性であり、図７に示すようなフィルタ特性
が得られる。そして、その反射ピーク波長λgrは、以下
のブラッグの式で求められる。 λgr＝２ｄ×sin（θ） ・・・（１） また、図８に示す光学系においての干渉フィルタの特性
は、図９に示すように、周期的透過ピークを有する。図
８において、Ｄは干渉フィルタの厚さ、ｎは屈折率であ
る。そして、干渉フィルタ内の光軸と干渉フィルタの法
線Ｎのなす角φに対して、ｋを整数として、各透過ピー
ク波長は以下の式で求められる。 ｋλk ＝２ｎＤ×cos（φ） ・・・（２） さらに、外部共振器長をＬとすれば、その発振縦モード
は、干渉フィルタと同様に、ｍを整数として、 ｍλm ＝２Ｌ ・・・（３） となる。
【０００７】次に、図１０に回折格子と干渉フィルタを
組み合わせた光学フィルタを用いた可変波長ＬＤ光源特
性の一例を示す。まず、図１０（ａ）は、ＬＤの利得特
性で通常１００ｎｍ以上の波長範囲で利得を有してい
る。また、図１０（ｂ）は、前記（３）式に相当する共
振器モードで発振縦モードとなる。そして、この発振モ
ードを、図１０（ｃ）に示す回折格子のフィルタ特性
で、まず、数本選択する。続いて、図１０（ｄ）に示す
干渉フィルタのフィルタ特性で、単一モードを選択し、
その結果、図１０（ｅ）のように、単一モード発振が得
られる。このように、図１０において、図１０（ｂ），
（ｃ），（ｄ）の各特性を変化させれば、すなわち、
Ｌ，θ，φを適当に可変すれば、波長掃引ができる。そ
の波長とＬ，θ，φの関係は、あらかじめ、測定してお
いて、前記駆動部３は、モータと回転台や直動機構等を
組み合わせて、設定波長に相当するＬ，θ，φの各状態
を実現している。
組み合わせた光学フィルタを用いた可変波長ＬＤ光源特
性の一例を示す。まず、図１０（ａ）は、ＬＤの利得特
性で通常１００ｎｍ以上の波長範囲で利得を有してい
る。また、図１０（ｂ）は、前記（３）式に相当する共
振器モードで発振縦モードとなる。そして、この発振モ
ードを、図１０（ｃ）に示す回折格子のフィルタ特性
で、まず、数本選択する。続いて、図１０（ｄ）に示す
干渉フィルタのフィルタ特性で、単一モードを選択し、
その結果、図１０（ｅ）のように、単一モード発振が得
られる。このように、図１０において、図１０（ｂ），
（ｃ），（ｄ）の各特性を変化させれば、すなわち、
Ｌ，θ，φを適当に可変すれば、波長掃引ができる。そ
の波長とＬ，θ，φの関係は、あらかじめ、測定してお
いて、前記駆動部３は、モータと回転台や直動機構等を
組み合わせて、設定波長に相当するＬ，θ，φの各状態
を実現している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年注目さ
れているＷＤＭ光通信方式は、波長間隔１ｎｍ程度で数
波を多重する通信方式である。例えば、その波長間隔を
０．１ｎｍ程度で微調整するとすれば、求められる波長
確度は、さらに１桁下の０．０１ｎｍ程度が必要とな
る。これに対して、従来技術においては、設定分解能
は、０．００１ｎｍ程度が得られているが、その設定波
長確度は、機構上のバックラッシュやヒステリシス、温
度変動や経時変化を含めた設定再現性といった誤差要因
のため、せいぜい±０．１ｎｍ程度である。従って、波
長設定確度を向上させるには、可変波長ＬＤ光源以外に
高価な波長計を準備し、光源出力波長を波長計で測定
し、設定を補正するしかなかった。
れているＷＤＭ光通信方式は、波長間隔１ｎｍ程度で数
波を多重する通信方式である。例えば、その波長間隔を
０．１ｎｍ程度で微調整するとすれば、求められる波長
確度は、さらに１桁下の０．０１ｎｍ程度が必要とな
る。これに対して、従来技術においては、設定分解能
は、０．００１ｎｍ程度が得られているが、その設定波
長確度は、機構上のバックラッシュやヒステリシス、温
度変動や経時変化を含めた設定再現性といった誤差要因
のため、せいぜい±０．１ｎｍ程度である。従って、波
長設定確度を向上させるには、可変波長ＬＤ光源以外に
高価な波長計を準備し、光源出力波長を波長計で測定
し、設定を補正するしかなかった。
【０００９】そこで、本発明は、±０．０１ｎｍ程度の
波長確度を保証できる可変波長ＬＤ光源を提供すること
を目的としている。
波長確度を保証できる可変波長ＬＤ光源を提供すること
を目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決すべく
本発明は、外部共振器型ＬＤ光源部と、この外部共振器
型ＬＤ光源部からの出力光を単一モードに選択する光学
フィルタと、この光学フィルタの透過波長または反射波
長と外部共振器長を可変する駆動部と、この駆動部とＬ
Ｄ駆動電流を制御する制御部と、からなる可変波長ＬＤ
光源において、前記外部共振器型ＬＤ光源部からの出力
光を一方の入射光として２分岐出力する光カプラと、こ
の光カプラからの一方の出力光を入射するファイバグレ
ーティングと、このファイバグレーティングで反射され
てから前記光カプラで再度２分岐された一方の出力光を
入射して２分岐出力する、例えば、光分岐器１等による
第１の光分岐器と、この第１の光分岐器からの一方の出
力光を入射する、例えば、エタロン１等による第１のエ
タロンと、前記第１の光分岐器からの他方の出力光と前
記第１のエタロンからの透過光の光強度を比較して前記
第１のエタロンの透過率を前記制御部へ送信する、例え
ば、エタロン透過率測定部１等による第１のエタロン透
過率測定部と、前記光カプラからの他方の出力光を入射
して２分岐出力する、例えば、光分岐器２等による第２
の光分岐器と、この第２の光分岐器からの一方の出力光
を入射する、例えば、エタロン２等による第２のエタロ
ンと、前記第２の光分岐器からの他方の出力光と前記第
２のエタロンからの透過光の光強度を比較して前記第２
のエタロンの透過率を前記制御部へ送信する、例えば、
エタロン透過率測定部２等による第２のエタロン透過率
測定部と、を備えた構成を特徴としている。
本発明は、外部共振器型ＬＤ光源部と、この外部共振器
型ＬＤ光源部からの出力光を単一モードに選択する光学
フィルタと、この光学フィルタの透過波長または反射波
長と外部共振器長を可変する駆動部と、この駆動部とＬ
Ｄ駆動電流を制御する制御部と、からなる可変波長ＬＤ
光源において、前記外部共振器型ＬＤ光源部からの出力
光を一方の入射光として２分岐出力する光カプラと、こ
の光カプラからの一方の出力光を入射するファイバグレ
ーティングと、このファイバグレーティングで反射され
てから前記光カプラで再度２分岐された一方の出力光を
入射して２分岐出力する、例えば、光分岐器１等による
第１の光分岐器と、この第１の光分岐器からの一方の出
力光を入射する、例えば、エタロン１等による第１のエ
タロンと、前記第１の光分岐器からの他方の出力光と前
記第１のエタロンからの透過光の光強度を比較して前記
第１のエタロンの透過率を前記制御部へ送信する、例え
ば、エタロン透過率測定部１等による第１のエタロン透
過率測定部と、前記光カプラからの他方の出力光を入射
して２分岐出力する、例えば、光分岐器２等による第２
の光分岐器と、この第２の光分岐器からの一方の出力光
を入射する、例えば、エタロン２等による第２のエタロ
ンと、前記第２の光分岐器からの他方の出力光と前記第
２のエタロンからの透過光の光強度を比較して前記第２
のエタロンの透過率を前記制御部へ送信する、例えば、
エタロン透過率測定部２等による第２のエタロン透過率
測定部と、を備えた構成を特徴としている。
【００１１】このように、外部共振器型ＬＤ光源部から
の出力光を一方の入射光とする光カプラにより２分岐さ
れた一方の出力光を入射したファイバグレーティングに
より反射されて光カプラにより再度２分岐された一方の
出力光を第１の光分岐器に入射し、この第１の光分岐器
により２分岐された一方の出力光を第１のエタロンに入
射し、この第１のエタロンからの透過光と第１の光分岐
器からの他方の出力光の光強度を、第１のエタロン透過
率測定部により比較測定した第１のエタロンの透過率
と、光カプラから２分岐された他方の出力光を第２の光
分岐器に入射し、この第２の光分岐器により２分岐され
た一方の出力光を第２のエタロンに入射し、この第２の
エタロンからの透過光と第２の光分岐器からの他方の出
力光の光強度を、第２のエタロン透過率測定部により比
較測定した第２のエタロンの透過率とを、外部共振器型
ＬＤ光源部からの出力光を単一モードに選択する光学フ
ィルタによる透過波長または反射波長と外部共振器長を
可変する駆動部とＬＤ駆動電流を制御する制御部へ送信
する可変波長ＬＤ光源なので、以下の作用が得られる。
すなわち、本発明によれば、光カプラから入射して第１
のエタロンからの透過光と第１の光分岐器からの出力光
の光強度を第１のエタロン透過率測定部により比較測定
した第１のエタロンの透過率と、光カプラから入射して
第２のエタロンからの透過光と第２の光分岐器からの出
力光の光強度を第２のエタロン透過率測定部により比較
測定した第２のエタロンの透過率とを、制御部へ送信し
て駆動部による外部共振器型ＬＤ光源部の光学フィルタ
の透過波長または反射波長と外部共振器長を制御するこ
とで、出力波長をモニタしながら光学的に波長設定が可
能となる。従って、機構的誤差要因が設定波長に影響す
ることはなく、可変波長ＬＤ光源単体において、設定波
長角度を、±０．０１ｎｍ程度のものにできる。
の出力光を一方の入射光とする光カプラにより２分岐さ
れた一方の出力光を入射したファイバグレーティングに
より反射されて光カプラにより再度２分岐された一方の
出力光を第１の光分岐器に入射し、この第１の光分岐器
により２分岐された一方の出力光を第１のエタロンに入
射し、この第１のエタロンからの透過光と第１の光分岐
器からの他方の出力光の光強度を、第１のエタロン透過
率測定部により比較測定した第１のエタロンの透過率
と、光カプラから２分岐された他方の出力光を第２の光
分岐器に入射し、この第２の光分岐器により２分岐され
た一方の出力光を第２のエタロンに入射し、この第２の
エタロンからの透過光と第２の光分岐器からの他方の出
力光の光強度を、第２のエタロン透過率測定部により比
較測定した第２のエタロンの透過率とを、外部共振器型
ＬＤ光源部からの出力光を単一モードに選択する光学フ
ィルタによる透過波長または反射波長と外部共振器長を
可変する駆動部とＬＤ駆動電流を制御する制御部へ送信
する可変波長ＬＤ光源なので、以下の作用が得られる。
すなわち、本発明によれば、光カプラから入射して第１
のエタロンからの透過光と第１の光分岐器からの出力光
の光強度を第１のエタロン透過率測定部により比較測定
した第１のエタロンの透過率と、光カプラから入射して
第２のエタロンからの透過光と第２の光分岐器からの出
力光の光強度を第２のエタロン透過率測定部により比較
測定した第２のエタロンの透過率とを、制御部へ送信し
て駆動部による外部共振器型ＬＤ光源部の光学フィルタ
の透過波長または反射波長と外部共振器長を制御するこ
とで、出力波長をモニタしながら光学的に波長設定が可
能となる。従って、機構的誤差要因が設定波長に影響す
ることはなく、可変波長ＬＤ光源単体において、設定波
長角度を、±０．０１ｎｍ程度のものにできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る可変波長Ｌ
Ｄ光源の実施の形態例を図１から図３に基づいて説明す
る。まず、図１は本発明を適用した実施の形態例に係る
可変波長ＬＤ光源の構成を示す構成図である。ただし、
この図１において、前述した図４の各部と共通する部分
には同一の符号を付して示し、その説明を省略する。図
１において、５は光カプラ、６はファイバグレーティン
グ、７，１０は光分岐器、８，１１はエタロン、９，１
２はエタロン透過率測定部である。始めに、光カプラ５
は、外部共振器型ＬＤ光源部１からの出射光を一方の入
力として２分岐出力する。そして、この光カプラ５で２
分岐された出射光の一方がファイバグレーティング６に
入射され、このファイバグレーティング６の透過光が可
変波長ＬＤ光源の出力光となる。
Ｄ光源の実施の形態例を図１から図３に基づいて説明す
る。まず、図１は本発明を適用した実施の形態例に係る
可変波長ＬＤ光源の構成を示す構成図である。ただし、
この図１において、前述した図４の各部と共通する部分
には同一の符号を付して示し、その説明を省略する。図
１において、５は光カプラ、６はファイバグレーティン
グ、７，１０は光分岐器、８，１１はエタロン、９，１
２はエタロン透過率測定部である。始めに、光カプラ５
は、外部共振器型ＬＤ光源部１からの出射光を一方の入
力として２分岐出力する。そして、この光カプラ５で２
分岐された出射光の一方がファイバグレーティング６に
入射され、このファイバグレーティング６の透過光が可
変波長ＬＤ光源の出力光となる。
【００１３】このファイバグレーティング６からの反射
光は、光カプラ５に入射し、外部共振器型ＬＤ光源部１
側へ２分岐して出力され、その２分岐された出力光の一
方は、第１の光分岐器（光分岐器１）７に入射する。こ
の第１の光分岐器（光分岐器１）７は、その入射光を２
分岐して出力する。この第１の光分岐器（光分岐器１）
７で２分岐された出力光の一方は、第１のエタロン（エ
タロン１）８を透過してから第１のエタロン透過率測定
部（エタロン透過率測定部１）９に入射する。また、前
記第１の光分岐器（光分岐器１）７で２分岐された出力
光の他方は、第１のエタロン透過率測定部（エタロン透
過率測定部１）９に直接入射する。この第１のエタロン
透過率測定部（エタロン透過率測定部１）９では、第１
のエタロン（エタロン１）８の透過光と第１の光分岐器
（光分岐器１）７からの直接入射光を測定し、その強度
比、すなわち、第１のエタロン（エタロン１）８の透過
率を求めて、制御部４へ送信する。
光は、光カプラ５に入射し、外部共振器型ＬＤ光源部１
側へ２分岐して出力され、その２分岐された出力光の一
方は、第１の光分岐器（光分岐器１）７に入射する。こ
の第１の光分岐器（光分岐器１）７は、その入射光を２
分岐して出力する。この第１の光分岐器（光分岐器１）
７で２分岐された出力光の一方は、第１のエタロン（エ
タロン１）８を透過してから第１のエタロン透過率測定
部（エタロン透過率測定部１）９に入射する。また、前
記第１の光分岐器（光分岐器１）７で２分岐された出力
光の他方は、第１のエタロン透過率測定部（エタロン透
過率測定部１）９に直接入射する。この第１のエタロン
透過率測定部（エタロン透過率測定部１）９では、第１
のエタロン（エタロン１）８の透過光と第１の光分岐器
（光分岐器１）７からの直接入射光を測定し、その強度
比、すなわち、第１のエタロン（エタロン１）８の透過
率を求めて、制御部４へ送信する。
【００１４】また、前記光カプラ５で２分岐された、前
記外部共振器型ＬＤ光源部１からの出射光のもう一方
は、第２の光分岐器（光分岐器２）１０に入射する。こ
の第２の光分岐器（光分岐器２）１０は、入射光を２分
岐して出力し、その２分岐された出力光の一方は、第２
のエタロン（エタロン２）１１を透過してから第２のエ
タロン透過率測定部（エタロン透過率測定部２）１２に
入射する。また、前記第２の光分岐器（光分岐器２）１
０で２分岐された出力光の他方は、第２のエタロン透過
率測定部（エタロン透過率測定部２）１２に直接入射す
る。この第２のエタロン透過率測定部（エタロン透過率
測定部２）１２では、第２のエタロン（エタロン２）１
１の透過光と第２の光分岐器（光分岐器２）１０からの
直接入射光を測定し、その強度比、すなわち、第２のエ
タロン（エタロン２）１１の透過率を求めて、制御部４
へ送信する。
記外部共振器型ＬＤ光源部１からの出射光のもう一方
は、第２の光分岐器（光分岐器２）１０に入射する。こ
の第２の光分岐器（光分岐器２）１０は、入射光を２分
岐して出力し、その２分岐された出力光の一方は、第２
のエタロン（エタロン２）１１を透過してから第２のエ
タロン透過率測定部（エタロン透過率測定部２）１２に
入射する。また、前記第２の光分岐器（光分岐器２）１
０で２分岐された出力光の他方は、第２のエタロン透過
率測定部（エタロン透過率測定部２）１２に直接入射す
る。この第２のエタロン透過率測定部（エタロン透過率
測定部２）１２では、第２のエタロン（エタロン２）１
１の透過光と第２の光分岐器（光分岐器２）１０からの
直接入射光を測定し、その強度比、すなわち、第２のエ
タロン（エタロン２）１１の透過率を求めて、制御部４
へ送信する。
【００１５】そして、制御部４は、精密な波長計を使用
して、あらかじめ、測定記憶しておいたエタロン透過率
と波長の関係に基づき、第１および第２の両エタロン透
過率測定部９，１２からの透過率データが、波長原点お
よび設定波長位置に相当する値になるように、駆動部３
に指示する。
して、あらかじめ、測定記憶しておいたエタロン透過率
と波長の関係に基づき、第１および第２の両エタロン透
過率測定部９，１２からの透過率データが、波長原点お
よび設定波長位置に相当する値になるように、駆動部３
に指示する。
【００１６】次に、波長原点の検出方法について、図２
を用いて説明する。まず、前記ファイバグレーティング
６は、ファイバ型の光フィルタで、そのファイバコアの
屈折率ｎfが周期Λで変化しており、反射ピーク波長λf
gは、以下の式で与えられる。 λfg＝２ｎfΛ ・・・（４） ここで、λfgは、可変波長ＬＤ光源の出力波長範囲外に
設定されており、出力レベルには影響しない。また、図
２（ａ）に示すファイバグレーティングの反射曲線の半
値全幅（以下、ＦＷＨＭとする）は、屈折率ｎfの変化
量や変化領域長で異なるが、以下では、２ｎｍとする。
を用いて説明する。まず、前記ファイバグレーティング
６は、ファイバ型の光フィルタで、そのファイバコアの
屈折率ｎfが周期Λで変化しており、反射ピーク波長λf
gは、以下の式で与えられる。 λfg＝２ｎfΛ ・・・（４） ここで、λfgは、可変波長ＬＤ光源の出力波長範囲外に
設定されており、出力レベルには影響しない。また、図
２（ａ）に示すファイバグレーティングの反射曲線の半
値全幅（以下、ＦＷＨＭとする）は、屈折率ｎfの変化
量や変化領域長で異なるが、以下では、２ｎｍとする。
【００１７】次に、前記第１のエタロン（エタロン１）
８の透過特性を図２（ｂ）に示す。ここで、エタロンは
干渉フィルタであり、前述した図８、図９および前記式
（２）が参照できる。そして、各モード間隔、これを自
由スペクトル領域（以下、ＦＳＲとする）というが、図
２（ａ）のファイバグレーティングの反射曲線のＦＷＨ
Ｍより広いＦＳＲ、例えば、ＦＳＲ１＝５ｎｍのエタロ
ンを使用する。その結果、前記ファイバグレーティング
６からの反射光のうち、第１のエタロン（エタロン１）
８を透過する光強度は、図２（ｃ）に示すように、ほぼ
単一モードとなる。この第１のエタロン（エタロン１）
８の透過スペクトルを用いて波長原点を決定するので、
そのＦＷＨＭは狭い方が好ましく、そのため、第１のエ
タロン（エタロン１）８の端面反射率は、９０％以上の
高反射率とする。この第１のエタロン（エタロン１）８
のＦＷＨＭは、後述の第２のエタロン（エタロン２）１
１との兼ね合いもあるが、０．１ｎｍ以下が望ましい。
さらに、波長原点は、図２（ｃ）の透過曲線の立ち上が
りの、例えば、５０％点とするが、強度比を取っている
ので、サイドモードやノイズ等を除去するために、透過
光強度のしきい値を設定しておくとより良い。
８の透過特性を図２（ｂ）に示す。ここで、エタロンは
干渉フィルタであり、前述した図８、図９および前記式
（２）が参照できる。そして、各モード間隔、これを自
由スペクトル領域（以下、ＦＳＲとする）というが、図
２（ａ）のファイバグレーティングの反射曲線のＦＷＨ
Ｍより広いＦＳＲ、例えば、ＦＳＲ１＝５ｎｍのエタロ
ンを使用する。その結果、前記ファイバグレーティング
６からの反射光のうち、第１のエタロン（エタロン１）
８を透過する光強度は、図２（ｃ）に示すように、ほぼ
単一モードとなる。この第１のエタロン（エタロン１）
８の透過スペクトルを用いて波長原点を決定するので、
そのＦＷＨＭは狭い方が好ましく、そのため、第１のエ
タロン（エタロン１）８の端面反射率は、９０％以上の
高反射率とする。この第１のエタロン（エタロン１）８
のＦＷＨＭは、後述の第２のエタロン（エタロン２）１
１との兼ね合いもあるが、０．１ｎｍ以下が望ましい。
さらに、波長原点は、図２（ｃ）の透過曲線の立ち上が
りの、例えば、５０％点とするが、強度比を取っている
ので、サイドモードやノイズ等を除去するために、透過
光強度のしきい値を設定しておくとより良い。
【００１８】この実施の形態例において、可変波長ＬＤ
光源は、電源投入時に駆動部３により波長掃引して、第
１のエタロン透過率測定部（エタロン透過率測定部１）
９の送信データが立ち上がり、５０％になる点を探し
て、波長原点λ0を求める。この波長原点λ0が求められ
たら、設定したい波長へは第２のエタロン（エタロン
２）１１の透過曲線を使用して移動する。この第２のエ
タロン（エタロン２）１１の透過率を図３（ａ）に示
す。まず、端面反射率を２７％程度に抑えた第２のエタ
ロン（エタロン２）１１は、図示のように、正弦波に近
い透過曲線を示す。この第２のエタロン（エタロン２）
１１の透過率５０％点は、およそＦＳＲ２／２の波長間
隔で繰り返し存在する。また、この第２のエタロン（エ
タロン２）１１への入射光は、外部共振器型ＬＤ光源部
１の出射光の一部で、フィルタを介していないため、設
定波長帯全般でこの透過率５０％点が得られる。ここ
で、波長設定を第２のエタロン（エタロン２）１１の透
過率５０％点と限定しても、ＦＳＲ２＝０．０４ｎｍに
設計すれば、０．０２ｎｍ間隔に光周波数設定が可能で
ある。逆に言えば、任意の波長が、誤差±０．０１ｎｍ
で設定可能ということになる。
光源は、電源投入時に駆動部３により波長掃引して、第
１のエタロン透過率測定部（エタロン透過率測定部１）
９の送信データが立ち上がり、５０％になる点を探し
て、波長原点λ0を求める。この波長原点λ0が求められ
たら、設定したい波長へは第２のエタロン（エタロン
２）１１の透過曲線を使用して移動する。この第２のエ
タロン（エタロン２）１１の透過率を図３（ａ）に示
す。まず、端面反射率を２７％程度に抑えた第２のエタ
ロン（エタロン２）１１は、図示のように、正弦波に近
い透過曲線を示す。この第２のエタロン（エタロン２）
１１の透過率５０％点は、およそＦＳＲ２／２の波長間
隔で繰り返し存在する。また、この第２のエタロン（エ
タロン２）１１への入射光は、外部共振器型ＬＤ光源部
１の出射光の一部で、フィルタを介していないため、設
定波長帯全般でこの透過率５０％点が得られる。ここ
で、波長設定を第２のエタロン（エタロン２）１１の透
過率５０％点と限定しても、ＦＳＲ２＝０．０４ｎｍに
設計すれば、０．０２ｎｍ間隔に光周波数設定が可能で
ある。逆に言えば、任意の波長が、誤差±０．０１ｎｍ
で設定可能ということになる。
【００１９】また、第１のエタロン（エタロン１）８で
検出した波長原点λ0から第２のエタロン（エタロン
２）１１への移行は、図３において、例えば、λ4へ移
行するものとする。なお、図３（ｂ）は図２（ｃ）の拡
大図に相当し、第１のエタロン（エタロン１）８と第２
のエタロン（エタロン２）１１を同じ波長軸で表示して
いる。ここで、第２のエタロン（エタロン２）１１にお
いては、透過曲線の傾き（立ち上がりか立ち下がりか）
により、λ3やλ5と、λ2やλ4やλ6との区別はつく
が、λ2とλ4とλ6の区別ができないので、λ0からλ2
やλ6に間違わずに確実にλ4へ移行ができなくてはなら
ない。これについては、後述のように、エタロンの波長
確度は保証されているので、原点λ0を検出する第１の
エタロン（エタロン１）８の透過率５０％検出精度にの
み依存する。その透過率検出精度は、±５％程度は確実
であるので、それに相当する波長範囲をＦＳＲ２より狭
く設計する。さらに、図３（ｂ）において、波長原点λ
0を、例えば、透過率４０％の波長λ1に変更する。この
λ1は、ほぼλ3に相当し、λ2〜λ4の間にλ1を、より
確実に求めることが可能となる。このλ1検出後は、波
長の増加する方向に掃引し、第２のエタロン（エタロン
２）１１の最初に立ち下がり透過率５０％点を検出すれ
ば、λ4が得られる。ここで、通常の可変波長ＬＤ光源
の設定分解能は、１ｐｍ程度であるので、第２のエタロ
ン（エタロン２）１１の山谷を確認しつつ掃引すること
は容易である。
検出した波長原点λ0から第２のエタロン（エタロン
２）１１への移行は、図３において、例えば、λ4へ移
行するものとする。なお、図３（ｂ）は図２（ｃ）の拡
大図に相当し、第１のエタロン（エタロン１）８と第２
のエタロン（エタロン２）１１を同じ波長軸で表示して
いる。ここで、第２のエタロン（エタロン２）１１にお
いては、透過曲線の傾き（立ち上がりか立ち下がりか）
により、λ3やλ5と、λ2やλ4やλ6との区別はつく
が、λ2とλ4とλ6の区別ができないので、λ0からλ2
やλ6に間違わずに確実にλ4へ移行ができなくてはなら
ない。これについては、後述のように、エタロンの波長
確度は保証されているので、原点λ0を検出する第１の
エタロン（エタロン１）８の透過率５０％検出精度にの
み依存する。その透過率検出精度は、±５％程度は確実
であるので、それに相当する波長範囲をＦＳＲ２より狭
く設計する。さらに、図３（ｂ）において、波長原点λ
0を、例えば、透過率４０％の波長λ1に変更する。この
λ1は、ほぼλ3に相当し、λ2〜λ4の間にλ1を、より
確実に求めることが可能となる。このλ1検出後は、波
長の増加する方向に掃引し、第２のエタロン（エタロン
２）１１の最初に立ち下がり透過率５０％点を検出すれ
ば、λ4が得られる。ここで、通常の可変波長ＬＤ光源
の設定分解能は、１ｐｍ程度であるので、第２のエタロ
ン（エタロン２）１１の山谷を確認しつつ掃引すること
は容易である。
【００２０】次に、波長確度について説明する。まず、
両端面を平行研磨した石英のソリッドエタロンでは、そ
の最大の不安定要因は、温度による石英屈折率の変化で
あり、およそ１０-5である。これは、±０．１℃程度の
温度安定度で、波長確度±０．００１ｎｍが保証できる
ことを示している。ここで、サーミスタ、ペルチェ冷却
素子を用いた自動温度制御系により、０〜４０℃の通常
の環境温度で、±０．１℃の温度安定度を実現するのは
容易である。また、石英スペーサを用いて平行鏡を配し
たエアーギャップエタロンでは、その最大不安定要因
は、温度による石英スペーサの熱膨張で、１０-6以下で
あるので、さらに有利である。なお、絶対値の点では、
ソリッドエタロンでは広範囲に波長掃引すると屈折率の
波長分散の影響も考慮が必要となるが、事前に各透過率
における波長を精密な波長計で測定しておくので問題で
はない。
両端面を平行研磨した石英のソリッドエタロンでは、そ
の最大の不安定要因は、温度による石英屈折率の変化で
あり、およそ１０-5である。これは、±０．１℃程度の
温度安定度で、波長確度±０．００１ｎｍが保証できる
ことを示している。ここで、サーミスタ、ペルチェ冷却
素子を用いた自動温度制御系により、０〜４０℃の通常
の環境温度で、±０．１℃の温度安定度を実現するのは
容易である。また、石英スペーサを用いて平行鏡を配し
たエアーギャップエタロンでは、その最大不安定要因
は、温度による石英スペーサの熱膨張で、１０-6以下で
あるので、さらに有利である。なお、絶対値の点では、
ソリッドエタロンでは広範囲に波長掃引すると屈折率の
波長分散の影響も考慮が必要となるが、事前に各透過率
における波長を精密な波長計で測定しておくので問題で
はない。
【００２１】また、ファイバグレーティング６は石英系
の材料であるが、温度制御の必要はない。つまり、０〜
４０℃程度の温度変動による波長誤差は、±０．２ｎｍ
程度であり、図２に示したように、それを考慮して第１
のエタロン（エタロン１）８のＦＳＲ１を十分広く設定
してあるから、となりのモードを検出することはあり得
ない。このように、ファイバグレーティング６と第１の
エタロン（エタロン１）８と第２のエタロン（エタロン
２）１１を使用すれば、出力波長をモニタしながら光学
的に波長設定が可能となり、機構的誤差要因が設定波長
に影響することがなくなる。すなわち、例えば、上述の
ように設計すれば、設定波長確度±０．０１ｎｍが可能
となる。
の材料であるが、温度制御の必要はない。つまり、０〜
４０℃程度の温度変動による波長誤差は、±０．２ｎｍ
程度であり、図２に示したように、それを考慮して第１
のエタロン（エタロン１）８のＦＳＲ１を十分広く設定
してあるから、となりのモードを検出することはあり得
ない。このように、ファイバグレーティング６と第１の
エタロン（エタロン１）８と第２のエタロン（エタロン
２）１１を使用すれば、出力波長をモニタしながら光学
的に波長設定が可能となり、機構的誤差要因が設定波長
に影響することがなくなる。すなわち、例えば、上述の
ように設計すれば、設定波長確度±０．０１ｎｍが可能
となる。
【００２２】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る可変波長Ｌ
Ｄ光源によれば、光カプラ、ファイバグレーティング、
第１および第２の光分岐器、第１および第２のエタロ
ン、第１および第２のエタロン透過率測定部を備えたた
め、設定のたびに波長計で出射光波長を測定して確認し
ないでも、波長確度を±０．０１ｎｍ程度に向上できる
という効果が得られる。
Ｄ光源によれば、光カプラ、ファイバグレーティング、
第１および第２の光分岐器、第１および第２のエタロ
ン、第１および第２のエタロン透過率測定部を備えたた
め、設定のたびに波長計で出射光波長を測定して確認し
ないでも、波長確度を±０．０１ｎｍ程度に向上できる
という効果が得られる。
【図１】本発明を適用した実施の形態例に係る可変波長
ＬＤ光源の構成を示す構成図である。
ＬＤ光源の構成を示す構成図である。
【図２】波長原点検出原理の説明図で、（ａ）は波長−
反射率特性図、（ｂ）は波長−透過率特性図、（ｃ）は
波長−透過光強度特性図である。
反射率特性図、（ｂ）は波長−透過率特性図、（ｃ）は
波長−透過光強度特性図である。
【図３】波長設定用エタロンの透過特性図で、（ａ）は
第２のエタロンの波長−透過率特性図、（ｂ）は第１の
エタロンの波長−透過率特性図である。
第２のエタロンの波長−透過率特性図、（ｂ）は第１の
エタロンの波長−透過率特性図である。
【図４】従来技術による可変波長ＬＤ光源の一例を示し
た構成図である。
た構成図である。
【図５】図４の外部共振器型ＬＤ光源部の構成例を示し
た構成図である。
た構成図である。
【図６】図５の回折格子の光学系図である。
【図７】図５の回折格子の波長−反射率特性図である。
【図８】図４の光学フィルタとしての干渉フィルタの光
学系図である。
学系図である。
【図９】図４の光学フィルタとしての干渉フィルタの波
長−透過率特性図である。
長−透過率特性図である。
【図１０】図４の光学フィルタとして回折格子と干渉フ
ィルタを組み合わせた可変波長ＬＤ光源の発振モード選
択原理図で、（ａ）は波長−ＬＤ利得特性図、（ｂ）は
波長−共振器モード特性図、（ｃ）は波長−回折格子反
射率特性図、（ｄ）は波長−干渉フィルタ透過率特性
図、（ｅ）は波長−発振モード特性図である。
ィルタを組み合わせた可変波長ＬＤ光源の発振モード選
択原理図で、（ａ）は波長−ＬＤ利得特性図、（ｂ）は
波長−共振器モード特性図、（ｃ）は波長−回折格子反
射率特性図、（ｄ）は波長−干渉フィルタ透過率特性
図、（ｅ）は波長−発振モード特性図である。
１ 外部共振器型ＬＤ光源部 ２ 光学フィルタ ３ 駆動部 ４ 制御部 ５ 光カプラ ６ ファイバグレーティング ７，１０ 光分岐器 ８，１１ エタロン ９，１２ エタロン透過率測定部 ２０ 原点スイッチ １０１ 回折格子 １０２，１０５，１０７ レンズ １０３ 無反射膜 １０４ ＬＤ １０６ 光アイソレータ １０８ 光ファイバ １０９ ＬＤ駆動回路
Claims (1)
- 【請求項１】外部共振器型半導体レーザ光源部と、 この外部共振器型半導体レーザ光源部からの出力光を単
一モードに選択する光学フィルタと、 この光学フィルタの透過波長または反射波長と外部共振
器長を可変する駆動部と、 この駆動部と半導体レーザ駆動電流を制御する制御部
と、からなる可変波長半導体レーザ光源において、 前記外部共振器型半導体レーザ光源部からの出力光を一
方の入射光として２分岐出力する光カプラと、 この光カプラからの一方の出力光を入射するファイバグ
レーティングと、 このファイバグレーティングで反射されてから前記光カ
プラで再度２分岐された一方の出力光を入射して２分岐
出力する第１の光分岐器と、 この第１の光分岐器からの一方の出力光を入射する第１
のエタロンと、 前記第１の光分岐器からの他方の出力光と前記第１のエ
タロンからの透過光の光強度を比較して前記第１のエタ
ロンの透過率を前記制御部へ送信する第１のエタロン透
過率測定部と、 前記光カプラからの他方の出力光を入射して２分岐出力
する第２の光分岐器と、 この第２の光分岐器からの一方の出力光を入射する第２
のエタロンと、 前記第２の光分岐器からの他方の出力光と前記第２のエ
タロンからの透過光の光強度を比較して前記第２のエタ
ロンの透過率を前記制御部へ送信する第２のエタロン透
過率測定部と、を備えたことを特徴とする可変波長半導
体レーザ光源。
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