JPH1197792A - 可変波長半導体レーザ光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 可変波長半導体レーザ光源において、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】 外部共振器型半導体レーザ光源部１、外
部共振器長を可変する駆動部２、該駆動部２と半導体レ
ーザ駆動電流を制御する制御部３、から構成される可変
波長半導体レーザ光源において、出力光を一方の入射光
として２分岐出力する光カプラ４、５、６と、光カプラ
５からの出力光を入射して入射光波長に対応した角度で
光を出力する音響光学素子７と、該音響光学素子７を駆
動させる発振器８と、光の入射位置を検出して制御部３
へと送信する受光器アレイ部９と、光カプラ６からの出
力光を入射するエタロン１０と、光カプラ６からの出力
光とエタロン１０からの透過光の光強度を比較してエタ
ロン１０の透過率を求め、該エタロン１０の透過率を制
御部３へ送信する透過率測定部１１と、を設ける。

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。

【０００２】

【従来の技術】可変波長範囲が１００ｎｍ程度の可変波
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）が使用されている。
そして、その外部共振器の一方の鏡に、波長選択素子で
ある回折格子を使用して単一モード発振させ、回折格子
の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５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５において、１は外
部共振器型ＬＤ光源部、２は駆動部、３は制御部、１２
は原点スイッチである。図５の可変波長ＬＤ光源におい
て、まず、制御部３は、電源投入時に原点スイッチ１２
が動作する位置まで駆動部２を操作する。この原点スイ
ッチ１２の動作位置における現在波長値は、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２は、外部共振器型ＬＤ光源部１内
の回折格子の反射波長を機械的に可変する。ここで、駆
動部２の状態と発振波長の関係は既知であり、制御部３
は、既知の関係式により波長設定を行う。

【０００４】次に、図６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６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、１
０８は光ファイバ、１０９はＬＤ駆動回路である。図６
の外部共振器型ＬＤ光源部１において、外部共振器は、
ＬＤ端面Ｂと回折格子１０１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、ＬＤ１０４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、ＬＤ１０
４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が挿
入されている。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。

【０００６】次に、外部共振器型ＬＤ光源部１の光学フ
ィルタ特性について、図７、図８（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）、（ｄ）を参照しながら説明する。図７は回折格
子１０１の光学系を示すもので、図示のように、光軸と
回折格子１０１の法線Ｎgrのなす角をθ、格子間隔をｄ
とし、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１０１のフィルタ特性であり、図８（ａ）に
示すようなフィルタ特性が得られ、その反射ピーク波長
λgrは、以下のブラッグの式（１）で求められる。 λgr＝２ｄ×sin（θ） ・・・（１） また、外部共振器長をＬとすれば、その共振縦モード
は、ｍを整数として、 ｍλm ＝２Ｌ ・・・（２） となり、この共振縦モードのスペクトルは図８（ｂ）と
なる。従って、１００ｎｍ以上の波長範囲で利得を有す
るＬＤの利得特性を図８（ｃ）とすれば、外部共振器型
ＬＤ光源部１の発振波長は、図８（ａ）のフィルタ特性
により、図８（ｄ）に示すような単一モード発振が得ら
れる。このように、図８において、図８（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）の各特性を変化させれば、すなわち、
Ｌ，θを適当に可変すれば、波長掃引を行うことができ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、現在のＷＤ
Ｍ光通信方式は、波長間隔１ｎｍ程度で数波を多重する
通信方式であるが、光アンプの増幅帯域や光ファイバの
損失帯域の最適化を行う上で、その波長間隔を０．１ｎ
ｍ程度で微調整する必要がある。従って、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、従来技術における可変波長ＬＤ光源の
設定分解能は、０．００１ｎｍ程度であるが、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、
設定波長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、設定のたびにその波長計で可
変波長ＬＤ光源の出力波長を測定し、設定を補正するし
かなかった。

【０００８】そこで、本発明は、±０．０１ｎｍ程度の
波長確度を保証することができる可変波長ＬＤ光源を提
供することを目的としている。

【０００９】

【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、外部共振器型半導体レーザ光源部と、外部共
振器長を可変する駆動部と、該駆動部と半導体レーザ駆
動電流を制御する制御部と、から構成される可変波長半
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
する第１の光カプラと、該第１の光カプラからの一方の
出力光を入射して２分岐出力する第２の光カプラと、該
第２の光カプラからの一方の出力光を入射して更に２分
岐出力する第３の光カプラと、前記第２の光カプラから
の他方の出力光を入射して入射光波長に対応した角度で
光を出力する音響光学素子と、該音響光学素子を駆動さ
せる発振器と、前記音響光学素子からの光の入射位置を
検出して、該入射位置を前記制御部へと送信する受光器
アレイ部と、前記第３の光カプラからの一方の出力光を
入射するエタロンと、前記第３の光カプラからの他方の
出力光と前記エタロンからの透過光の光強度を比較して
前記エタロンの透過率を求め、該エタロンの透過率を前
記制御部へ送信する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。

【００１０】このように、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第１の光カプラ
により２分岐出力し、この２分岐出力された第１の光カ
プラからの一方の出力光を第２の光カプラに入射して２
分岐出力し、この２分岐出力された第２の光カプラから
の一方の出力光を音響光学素子に入射して入射光波長に
対応した角度で光を受光器アレイ部へ出力し、該出力さ
れた光の受光器アレイ部における入射位置を検出して制
御部へと送信するとともに、第２の光カプラからのもう
一方の出力光を第３の光カプラに入射して２分岐出力
し、この第３の光カプラからの出力光の一方を、エタロ
ンを介してエタロン透過率測定部へと入射させ、他方を
直接エタロン透過率測定部へと入射させて、これらエタ
ロン透過率測定部に出力されたエタロンからの透過光と
第３の光カプラからの出力光との光強度を比較してエタ
ロンの透過率を求め、該エタロンの透過率を制御部へと
送信する可変波長半導体レーザ光源なので、以下の作用
が得られる。すなわち、本発明によれば、第２の光カプ
ラから入射して光波長に対応した出射角度で音響光学素
子からＰＤアレイ部に出力された光の入射位置と、第３
の光カプラからエタロンを介してエタロン透過率測定部
に入射したエタロン透過光と第３の光カプラから直接エ
タロン透過率測定部に入射した光の強度を比較して求め
られたエタロンの透過率とを、制御部へ送信して現在波
長値を演算し、外部共振器型半導体レーザ光源部に設定
された波長値に相当するように、駆動部を制御すること
で、設定波長確度を±０．０１ｎｍ程度にすることがで
きる。従って、設定のたびに、可変波長ＬＤ光源以外の
波長計を用いて出射光波長を測定しなくてもよい。

【００１１】

【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４に基づいて説明す
る。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５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、４，５，６は光カプラ、７は音響光学素子、８は
発振器、９は受光器アレイ部（以下ＰＤアレイ部とす
る）、１０はエタロン、１１は透過率測定部（エタロン
透過率測定部）である。

【００１２】始めに、第１の光カプラとして例示する光
カプラ４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。この光カプラ４で２
分岐された出射光の一方は、可変波長ＬＤ光源の出力光
となる。また、光カプラ４で２分岐された出射光の他方
は、第２の光カプラとして例示する光カプラ５に入射し
て更に２分岐される。

【００１３】この光カプラ５で２分岐された出射光の一
方は、音響光学素子７に入射される。そして、音響光学
素子７は、入射された光波長に対応した出射角度θでＰ
Ｄアレイ部９に光を出力する。このＰＤアレイ部９は、
音響光学素子７に対して適当な距離に配置され、音響光
学素子７から角度θで出射された光の位置に対応した信
号を制御部３へと出力する。ここで、音響光学素子７と
ＰＤアレイ部９による現在波長値の測定方法について、
図２を用いて説明する。図２は、音響光学素子及びＰＤ
アレイ部の光学系図である。光カプラ５で２分岐された
出力光の一方は、音響光学素子７に入射されてから、角
度θにてＰＤアレイ部９へと出射される。このときの出
射光の角度θは、発振器８からの発振周波数Ｆ、入射さ
れた光波長λ、及び音響光学素子７内を伝わる超音波の
音速Ｖから、以下の式（３）により、求めることができ
る。 θ＝ｓｉｎ^-1（λＦ／２Ｖ） ・・・（３） そして、この音響光学素子７より出射された光は、ＰＤ
アレイ部９の一列に並べられた受光素子により、どの位
置に入射されたかが検出されるようになっている。つま
り、音響光学素子７が波長変化量を角度変化量に変換
し、ＰＤアレイ部９が角度変化量を位置変化量に変換す
ることで、現在光波長の測定を可能としている。

【００１４】また、光カプラ５で２分岐されたもう一方
の出射光は、第３の光カプラとして例示する光カプラ６
に入射して更に２分岐される。この２分岐された出力光
の一方は、エタロン１０を透過してから透過率測定部１
１に入射する。また、光カプラ６で２分岐された出力光
の他方は、透過率測定部１１に直接入射する。そして、
透過率測定部１１では、エタロン１０の透過光と光カプ
ラ６からの直接入射光を測定し、その強度比、すなわ
ち、エタロン１０の透過率を求めて、該エタロン１０の
透過率を制御部３へと送信する。そして、制御部３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、ＰＤアレイ入射位置と波長の関係、エタロン透過
率と波長の関係に基づき、ＰＤアレイ部９からのＰＤア
レイ入射位置データと透過率測定部１１からの透過率デ
ータとから現在波長値を演算し、外部共振器型ＬＤ光源
部１に設定された波長値に相当する値になるように、駆
動部２に指示する。

【００１５】次に、エタロン１０及び透過率測定部１１
による、現在波長値の測定方法について、図３及び図４
を用いて説明する。図３はエタロンの光学系図、図４は
エタロンの透過特性図である。図３において、Ｄは干渉
エタロンの厚さ、ｎは屈折率であり、各透過ピーク波長
は、エタロン１０内の光軸とエタロン１０の法線Ｎのな
す角φに対して、ｋを整数として、以下の式（４）で求
められる。 ｋλk ＝２ｎＤ×cos（φ） ・・・（４） また、各ピーク間隔は、一般的には、自由スペクトル領
域（以下、ＦＳＲとする）と定義され、端面反射率を２
７％程度に設定した場合には、図４のように、正弦波に
近い透過曲線を示す。また、現在波長の測定分解能はエ
タロン透過率の読み取り分解能と等価である。即ち、
０．０１ｎｍの設定分解能を達成するためには、図４の
透過曲線の、勾配の少ない透過率最大最小付近における
読み取り誤差を考えると、読み取り分解能が最大でも透
過率／５０以下である必要がある。これは、現実上十分
可能である。従って、透過曲線の立ち上がり、立ち下が
りを他の方法により検出可能であるとすれば、誤差を±
０．０１ｎｍで設定可能にするためのＦＳＲは０．２ｎ
ｍ程度となる。そのため、音響光学素子７とＰＤアレイ
部９による波長測定に要求される分解能は、前記エタロ
ン透過曲線の立ち上がり、立ち下がりを検出可能な分解
能で、０．１ｎｍ以下であることが望ましい。

【００１６】以下、音響光学素子７とＰＤアレイ部９に
よる波長測定分解能を算出する。前述の（３）式におけ
る音速Ｖは、音響光学素子７内の超音波媒体により決ま
り、例えば、この超音波媒体をＡｓ₂Ｓｅ₃とし、発振器
８からの発振周波数を２００ＭＨｚとした場合、音響光
学素子７に入射された光波長が０．１ｎｍ変化すると出
射角度θは約５μラジアン変化し、音響光学素子７とＰ
Ｄアレイ９の距離を１００ｍｍ程度取れば、ＰＤアレイ
部９のＰＤ間隔は５μｍとなる。ＰＤアレイ９の素子間
隔を５μｍとすることは、現在のＰＤアレイの製造技術
であれば実現可能である。よって、０．１ｎｍの波長測
定分解能を達成することができる。即ち、例えば、上述
のように設計すれば、設定波長確度を±０．０１ｎｍと
することが可能となる。

【００１７】

【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、第２の光カプラから入射して光波長に
対応した出射角度で音響光学素子からＰＤアレイ部に出
力された光の入射位置と、第３の光カプラからエタロン
を介してエタロン透過率測定部に入射したエタロン透過
光と第３の光カプラから直接エタロン透過率測定部に入
射した光の強度を比較して求められたエタロンの透過率
とを、制御部へ送信して現在波長値を演算し、外部共振
器型半導体レーザ光源部に設定された波長値に相当する
ように、駆動部を制御することで、設定波長確度を±
０．０１ｎｍ程度にすることができる。従って、設定の
たびに、可変波長ＬＤ光源以外の波長計を用いて出射光
波長を測定しなくてもよい。

【図面の簡単な説明】

【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。

【図２】音響光学素子及びＰＤアレイ部の光学系図であ
る。

【図３】エタロンの光学系図である。

【図４】エタロンの波長−透過率特性図である。

【図５】従来技術としての可変波長ＬＤ光源の一例を示
す構成図である。

【図６】図５の外部共振器型ＬＤ光源部の構成例を示す
構成図である。

【図７】図６の回折格子の光学系図である。

【図８】可変波長ＬＤ光源の発振モード選択原理図で、
（ａ）は波長−回折格子反射率特性図、（ｂ）は波長−
共振器モード特性図、（ｃ）は波長−ＬＤ利得特性図、
（ｄ）は波長−発振モード特性図である。

【符号の説明】

１ 外部共振器型ＬＤ光源部 ２ 駆動部 ３ 制御部 ４、５、６ 光カプラ ７ 音響光学素子 ８ 発振器 ９ ＰＤアレイ部 １０ エタロン １１ 透過率測定部（エタロン透過率測定部）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外部共振器型半導体レーザ光源部と、 外部共振器長を可変する駆動部と、 該駆動部と半導体レーザ駆動電流を制御する制御部と、 から構成され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分岐出力する第１の光カプラと、 該第１の光カプラからの一方の出力光を入射して２分岐
   出力する第２の光カプラと、 該第２の光カプラからの一方の出力光を入射して更に２
   分岐出力する第３の光カプラと、 前記第２の光カプラからの他方の出力光を入射して入射
   光波長に対応した角度で光を出力する音響光学素子と、 該音響光学素子を駆動させる発振器と、 前記音響光学素子からの光の入射位置を検出して、該入
   射位置を前記制御部へと送信する受光器アレイ部と、 前記第３の光カプラからの一方の出力光を入射するエタ
   ロンと、 前記第３の光カプラからの他方の出力光と前記エタロン
   からの透過光の光強度を比較して前記エタロンの透過率
   を求め、該エタロンの透過率を前記制御部へ送信するエ
   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。