JP4087121B2 - 波長モニタおよびそれを内蔵したレーザモジュール - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光送信器に利用される半導体レーザモジュール、特に波長分割多重(WDM:Wavelength Division Multiplexing)システムに利用される光信号送信用のモジュール内部の波長モニタおよびそれを内蔵するレーザモジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体レーザ素子では、注入電流を増加させることにより大きなレーザ出力パワーを得ることができるが、一般に、その注入電流に比例して素子自体の発熱量も増大する。熱の増大は、半導体レーザ素子を構成する半導体層や光学部品の特性に影響を及ぼし、実際に出力されるレーザ出力の波長が所望の波長からずれたり、素子の寿命を縮めるといった種々の不具合を生じさせる。
【0003】
特に、高密度WDMシステムに用いられる半導体レーザ素子では、波長制御を精確におこなう必要があるため、光信号の波長が長期に亘って安定していることが要求される。そのため、半導体レーザ素子が組み込まれたレーザモジュール内に波長モニタの機能を設ける技術が開発されている。
【0004】
図14は、特願2001−067894で本出願人が提案しているレーザモジュールの上面断面図である(第1の従来例)。図14に示すレーザモジュール200は、半導体レーザ素子20において生成したレーザ光を光ファイバ11内へと出射するために、光ファイバ11の先端部をフェルール12によってパッケージ201に固定している。
【0005】
パッケージ201の底面上には、外部からの制御によって加熱および冷却が可能な図示しない第1サーモモジュールと第2サーモモジュールが隣接配置される。第1サーモモジュール上には、CuW等で作製されたベース30が載置され、さらにそのベース30の上には、半導体レーザ素子20およびその半導体レーザ素子20の温度を計測するサーミスタ21が搭載されたサブマウント34と、半導体レーザ素子20の前側端面から出力されたレーザ光を光ファイバ11に結合する集光レンズ33と、光ファイバ11側からの反射戻り光を阻止するための光アイソレータ32と、半導体レーザ素子20の後側端面から出力されたモニタ用のレーザ光を平行にする平行レンズ35と、が設けられる。以下、ベース30、集光レンズ33、サブマウント34および平行レンズ35を含む部分をレーザ部と称する。
【0006】
一方、上記第2サーモモジュール上には、CuW等で作製されたベース50が載置され、さらにその上に、半導体レーザ素子20の後側端面から出力されたモニタ用のレーザ光を所定の角度で2方向に分岐させるプリズム51と、プリズム51によって分岐された光の一方を入射する光フィルタ52と、サブマウント53とが設けられる。サブマウント53の前面(レーザ出射方向面)には、プリズム51によって分岐された光の他方を受光する第1光検出器41と、光フィルタ52を透過した光を受光する第2光検出器42とが、同一平面上に設けられている。なお、第1光検出器41および第2光検出器42としては、フォトダイオードが用いられる。プリズム51は、上記モニタ光が入射される、互いに所定角度に形成された光入射面51a、51bと、プリズム51内で分岐された光が出射される光出射面51cとを有して構成されている。
【0007】
また、プリズム51を固定する部分の近傍において、光フィルタ52の温度をモニタするサーミスタ54が設けられている。以下、ベース50およびベース50上に設けられる上記各構成要素を含む部分を波長モニタと称する。
【0008】
このレーザモジュール200では、上記した構成において、上記第1サーモモジュールおよび第2サーモモジュールの温度制御を行なうことにより、安定なレーザ発振を実現している。以下に、このレーザモジュール200における温度制御について簡単に説明する。まず、半導体レーザ素子20の後側端面から出力されたモニタ用のレーザ光は、平行レンズ35を経て、プリズム51によって2方向に分岐される。
【0009】
プリズム51によって分岐された一方の光は、第1光検出器41によって電流に変換され、図示しない電流−電圧変換部によって参照電圧として用いられる。また、プリズム51によって分岐された他方の光は、光フィルタ52を通過し、第2光検出器42によって電流に変換され、図示しない電流−電圧変換部によって信号電圧として用いられる。ここで、光フィルタ52は、入射した光の波長に対して透過率の異なる特性を有しており、例えばエタロンで形成される。よって、所望の波長の光が光フィルタ52を経ることで得られる信号電圧と、上記参照電圧との差分を基準電圧差とすると、実際の参照電圧と信号電圧との電圧差を上記した基準電圧差と比較することにより、波長のずれがわかることになる。
【0010】
この波長のずれは、半導体レーザ素子20の発熱を起因としているため、そのずれを補正するには、半導体レーザ素子20下部のサブマウント34を冷却すればよい。そこで、上記比較によって得られた波長のずれを示す電圧を、図示しない制御部によって、ベース30の下部に配置された上記第1サーモモジュールの温度を制御する制御電圧として用い、第1サーモモジュールを冷却器として動作させる。これにより、半導体レーザ素子20は、第1サーモモジュール、ベース30およびサブマウント34を介して冷却され、所望の波長のレーザ光が出力されるようにフィードバック制御される(以下、波長ロッキングと称する。)。なお、上記フィードバック制御において過冷却の場合には、第1サーモモジュールは加熱器として動作する。
【0011】
ところが、エタロンで形成された光フィルタ52は、温度に依存して特性が変化するため、その温度を一定にしておくことが好ましい。そこで、図示しない制御部は、所望の温度とサーミスタ54によって検出された温度との差分を演算し、その差分に相当する電圧を制御電圧として、ベース50の下部に配置された第2サーモモジュールを温度制御する。これにより、光フィルタ52は、第2サーモモジュールおよびベース50を介して加熱または冷却され、所望の温度に安定する。
【0012】
図15は、第2の従来例として示すレーザモジュールの上面断面図である。なお、図15において、図14と共通する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図15に示すレーザモジュール210は、図14に示したレーザモジュール200と比較して、波長モニタの構成のみが異なる。
【0013】
具体的には、ベース50上に、主面が互いに直角関係となるように離間したサブマウント61および62と、半導体レーザ素子20の後側端面から出力されたモニタ用のレーザ光をサブマウント61側に透過させるとともにサブマウント62側に反射させるハーフミラー71と、ハーフミラー71によって反射された光を入射する光フィルタ72とが設けられる。サブマウント61の前面(主面)には、ハーフミラー71を透過した光を受光する第1光検出器63が設けられ、サブマウント62の前面(主面)には、光フィルタ72を透過した光を受光する第2光検出器64が設けられている。なお、このレーザモジュール210における温度制御は、上記したレーザモジュール200と同様に行なわれる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した第1の従来例および第2の従来例として挙げた波長ロッキングを可能とするレーザモジュールでは、波長モニタにおいて、レーザ光の迷光である反射光が生じてしまい、精確な波長ロッキングが行なえないという問題があった。以下に、この問題について説明する。
【0015】
図16は、上記した第1の従来例における問題点を説明するための説明図であり、図14に示した波長モニタの拡大図である。図16において、半導体レーザ素子20の後側端面から出力されたモニタ用のレーザ光は、平行レンズ35を介してプリズム51に入射される。プリズム51の光入射面51a、51bに入射したレーザ光は、そのプリズム51の形状に応じて定まる中心線81に対して出射角θ1の光82と出射角θ2(=θ1)の光83に分岐される。
【0016】
光82は、そのまま第1光検出器41に入射され、光83は、光フィルタ52に入射される。ここで、光フィルタ52に入射された光83は、光フィルタ52を透過して第2光検出器42に到達する一方、光フィルタ52の表面で反射される。この反射光84は、プリズム51の出射面51c表面に達し、反射光85としてさらに反射される。反射光85は、光82の経路とほぼ等しいため、第1光検出器41の検出範囲に到達してしまう。
【0017】
すなわち、第1光検出器41は、プリズム51によって分岐された光82以外にも、迷光である反射光85を受光してしまい、これにより出力電流の変動が生じる。この変動が生じると、上記した参照電圧が不正確なものとなり、波長ロッキングが不安定となる。また、第1光検出器41は、波長ロッキングの参照電圧を生成するために用いられるばかりでなく、半導体レーザ素子20の注入電流制御を行なうためのパワーモニタとしても使用される場合があるため、上記変動は、半導体レーザ素子20の出力パワーの安定性を阻害する原因にもなる。
【0018】
さらに、第1の従来例に示すレーザモジュール200においては、反射光84の一成分が、プリズム51を透過して半導体レーザ素子20に到達し、半導体レーザ素子20の発振動作に悪影響を及ぼす場合もある。
【0019】
図17は、上記した第2の従来例における問題点を説明するための説明図であり、図15に示した波長モニタの拡大図である。図17において、半導体レーザ素子20の後側端面から出力されたモニタ用のレーザ光は、平行レンズ35を介してハーフミラー71に入射される。ハーフミラー71に入射されたレーザ光は、そのハーフミラー71の配置(入射方向に対する主面の横方向の傾き)に応じて、透過光85と反射光86に分岐される。
【0020】
透過光85は、そのまま第1光検出器63に入射され、反射光86は、光フィルタ72に入射される。ここで、光フィルタ72に入射された反射光86は、光フィルタ72を透過して第2光検出器64に到達する一方、光フィルタ72の表面で反射される。光フィルタ72の表面で反射された反射光87は、ハーフミラー71の表面に達し、反射光88としてさらに反射される。この反射光88は、半導体レーザ素子20の後側端面から出力されたレーザ光の経路とほぼ等しいため、半導体レーザ素子20に到達し、半導体レーザ素子20の発振動作に悪影響を及ぼしてしまう。
【0021】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、波長モニタを構成する光フィルタで生じる反射光の影響を低減し、品質の高い光検出信号を得ることができる波長モニタおよびそれを内蔵したレーザモジュールを提供することを目的とする。
【0022】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明にかかる波長モニタは、レーザ光の波長変化を検出する波長モニタにおいて、前記レーザ光を第1の光と第2の光に分岐させる光分岐手段と、前記第1の光の強度を検出する第1の光検出手段と、波長特性を有し、前記第2の光の一部を透過させるとともに、前記第2の光を入射させる光入射面が当該第2の光の光軸に垂直な面から所定の角度を有するように配置された光フィルタリング手段と、前記光フィルタリング手段を透過した光の強度を検出する第2の光検出手段と、を備え、前記所定の角度は、前記光フィルタリング手段の光入射面で反射されさらに前記光分岐手段の光出射面で反射されることで進行する前記第2の光の他部が前記第1の光検出手段に結合しないように調整された角度であることを特徴としている。
【0023】
この発明によれば、光フィルタリング手段の表面で反射した光は、第2の光の入射経路とは異なる経路で光分岐手段に入射するので、その光がさらに光分岐手段の表面で反射することで生じた反射光の経路を、第1の光検出手段に結合される経路からずらすことができる。
【0024】
また、この発明にかかる波長モニタは、レーザ光の波長変化を検出する波長モニタにおいて、前記レーザ光を第1の光と第2の光に分岐させる光分岐手段と、前記第1の光の強度を検出する第1の光検出手段と、波長特性を有し、前記第2の光の一部を透過させるとともに、前記第2の光の他部を当該第2の光の入射経路よりも上方または下方に反射する角度の光入射面を有した光フィルタリング手段と、前記光フィルタリング手段を透過した光の強度を検出する第2の光検出手段と、を備えたことを特徴としている。
【0025】
この発明によれば、光フィルタリング手段の表面で反射した光は、第2の光の入射経路とは異なる経路で光分岐手段に入射するので、その光がさらに光分岐手段の表面で反射することで生じた反射光の経路と、光分岐手段で分岐されることにより生じた第1の光の経路とをずらすことができる。
【0026】
また、この発明にかかる波長モニタは、上記の発明において、前記光フィルタリング手段が、四角柱状の光フィルタと当該光フィルタを前記角度に傾斜させる支持部とによって構成されることを特徴としている。
【0027】
この発明によれば、エタロンフィルタ等の一般に四角柱状で提供される光フィルタを有効に利用することができる。
【0028】
また、この発明にかかる波長モニタは、レーザ光の波長変化を検出する波長モニタにおいて、前記レーザ光を第1の光と第2の光に分岐させるとともに、前記レーザ光を当該レーザ光の入射経路よりも上方または下方に向けて透過させる角度の光入射面および/または光出射面を有した光分岐手段と、前記第1の光の強度を検出する第1の光検出手段と、波長特性を有し、前記第2の光の一部を透過させるとともに、前記第2の光の他部を反射する光フィルタリング手段と、前記光フィルタリング手段を透過した光の強度を検出する第2の光検出手段と、を備えたことを特徴としている。
【0029】
この発明によれば、光分岐手段の光入射面または光出射面が上向きまたは下向きに傾斜しているので、光分岐手段で分岐されることにより生じた第1の光の経路と、光フィルタリング手段で反射されてさらに光分岐手段の光出射面で反射された光の経路とをずらすことができる。
【0030】
また、この発明にかかる波長モニタは、上記の発明において、前記光分岐手段が、ハーフミラーであることを特徴としている。
【0031】
この発明によれば、光分岐手段としてハーフミラーを用い、互いに垂直方向に位置する第1の光検出手段と第2の光検出手段にそれぞれ第1の光と第2の光を導く構成においても、光フィルタリング手段からの戻り光がハーフミラーの表面で反射して生じた反射光の経路と、ハーフミラーで分岐されることにより生じた第1の光の経路とをずらすことができる。
【0032】
また、この発明にかかる波長モニタは、上記の発明において、前記光分岐手段が、プリズムであることを特徴としている。
【0033】
この発明によれば、光分岐手段としてプリズムを用い、同一面上に位置する第1の光検出手段と第2の光検出手段にそれぞれ第1の光と第2の光を導く構成においても、光フィルタリング手段からの戻り光がプリズムの表面で反射して生じた反射光の経路と、プリズムで分岐されることにより生じた第1の光の経路とをずらすことができる。
【0034】
また、この発明にかかる波長モニタは、レーザ光の波長変化を検出する波長モニタにおいて、前記レーザ光を第1の光と第2の光に分岐させるとともに、前記レーザ光の入射方向に対して非対称な形状を断面形状として有するか、または前記レーザ光の入射方向に対して断面形状が非対称となるように配置されるプリズムと、前記第1の光の強度を検出する第1の光検出手段と、波長特性を有し、前記第2の光の一部を透過させるとともに、前記第2の光の他部を反射する光フィルタリング手段と、前記光フィルタリング手段を透過した光の強度を検出する第2の光検出手段と、を備えたことを特徴としている。
【0035】
この発明によれば、入射されるレーザ光に対してプリズムの断面が非対称な形状なので、光フィルタリング手段で反射された光がプリズムの光出射面においてさらに反射されて生じる反射光の経路を、プリズムによって分岐された第1の光の経路から外すことができる。
【0036】
また、この発明にかかる波長モニタは、上記の発明において、前記プリズムは、光出射面が、前記レーザ光の入射方向に対して垂直な面から所定角度ずれた位置に配置されることを特徴としている。
【0037】
この発明によれば、断面が非対称の三角形のプリズムの配置位置に応じて、第1の光と第2の光の分岐角度を調節することができる。
【0038】
また、この発明にかかる波長モニタは、上記の発明において、前記プリズムが配置される面と少なくとも前記光フィルタリング手段が配置される面との間に段差が設けられ、前記光出射面と接触する面を段差側面として有することを特徴としている。
【0039】
この発明によれば、段差側面に光出射面を合わせることで、プリズムの配置を容易にすることができる。
【0040】
また、この発明にかかる波長モニタは、上記の発明において、前記プリズムを固定するとともに、上部に突起を有し、当該突起が操作されることによって前記プリズムの位置が調整されるプリズムホルダを備えたことを特徴としている。
【0041】
この発明によれば、位置調整の容易なプリズムホルダを操作することで、プリズムを適切な位置に配置することができる。
【0042】
また、この発明にかかる波長モニタは、レーザ光の波長変化を検出する波長モニタにおいて、前記レーザ光を第1の光と第2の光に分岐させる光分岐手段と、前記第1の光の強度を検出する第1の光検出手段と、前記第2の光の一部を透過させる光フィルタリング手段と、前記光フィルタリング手段を透過した光の強度を検出する第2の光検出手段とを備え、前記光分岐手段または前記光フィルタリング手段の光入射面および/または光出射面のレーザ光に対する傾斜が、前記光フィルタリング手段から前記第1の光検出手段への迷光を防止するように選定されていることを特徴としている。
【0043】
この発明によれば、光フィルタリング手段の表面で反射した光は、第2の光の入射経路とは異なる経路で光分岐手段に入射するので、その光がさらに光分岐手段の表面で反射することで生じた反射光の経路と、光分岐手段で分岐されることにより生じた第1の光の経路とをずらすことができる。
【0044】
また、この発明にかかるレーザモジュールは、レーザ光を出力する半導体レーザ素子と、上記の発明のいずれか一つに記載の波長モニタと、を備えたことを特徴としている。
【0045】
この発明によれば、上記した波長モニタを内蔵したレーザモジュールを提供することができる。
【0046】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる波長モニタおよびそれを内蔵したレーザモジュールの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【0047】
(実施の形態1)
まず、実施の形態1にかかる波長モニタについて説明する。実施の形態1にかかる波長モニタは、光フィルタ52が固定される位置に特徴を有しており、その位置の決定方法が上述した第1の従来例と異なる。図1は、実施の形態1にかかる波長モニタの概略構成を示す図である。なお、図1において、図16と共通する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【0048】
具体的には、光フィルタ52の表面の反射光84がさらにプリズム51の出射面51cで反射されることで反射光85が生成されるが、この反射光85の経路が第1光検出器41へと導かれないような角度に、光フィルタ52が配置される。例えば、図1において、ベース50との接触面に垂直であってかつ光フィルタ52の中心となる軸1を回転軸として、矢印2に示すように光フィルタ52を回転させて最適な位置を決定する。換言すれば、プリズム51によって分岐された一方の光83の光軸に対する光フィルタ52の入射面の角度を調整する。
【0049】
実際には、第1の従来例に示したような構造の波長モニタにおいても、光フィルタ52の位置、より正確にはプリズム51によって分岐された一方の光83の光軸に対する最適な角度を、モニタ光を受光する第2光検出器42の検出電流に基づいて調整していた。以下に、この調整方法について説明する。
【0050】
上述した波長ロッキングは、光フィルタ52を透過した光の波長と第2光検出器42の検出電流とから得られる波長弁別カーブを用いて、波長のロックを行なう。具体的には、波長ロッキングの制御は、波長弁別カーブのスロープを用いて行なわれる。また、上記した波長弁別カーブは、光フィルタ52の光入射面とそれに入射される光の光軸との角度に応じて波長軸上でシフトする。そのため、ロック対象となる波長が波長弁別カーブのスロープの中心に位置するように、光フィルタ52の角度調芯を行なうのが好ましい。
【0051】
図2は、波長ロッキングの調整に必要な波長弁別カーブの例を示す図である。図2の実線で示された波長弁別カーブのように、第2光検出器42の検出電流をモニタしつつ、波長弁別カーブのスロープの中心がロック波長上に位置する光フィルタ52の角度を決定する。なお、WDMシステムにおいては特に、ロック波長が、ITUグリッド波長である必要がある。
【0052】
ところが、この第2光検出器42の検出電流のみをモニタした角度調芯は、第1光検出器41への反射光の入射について考慮されていない。そこで、本実施の形態では、光フィルタ52の固定位置を、上記波長ロッキングの実現する最適な位置であって、かつ第1光検出器41に入射される反射光が最小となる位置に決定する。具体的には、光フィルタ52を固定させる際に、第1光検出器41の検出電流と第2光検出器42の検出電流の双方をモニタしておき、第1光検出器41へ反射光が結合しないことを確認しつつ、第2光検出器42によって得られる波長弁別カーブのスロープ中心がITUグリッドに位置するように光フィルタ52の角度調芯を行なう。
【0053】
図3は、第1光検出器41の検出電流と光フィルタ52の角度との関係を示す例である。図3に示すように、第1光検出器41の検出電流と光フィルタ52の角度との関係では、角度0度付近において、第1光検出器41へ結合される光フィルタ52の反射光が最大となる。従って、この反射光がない角度において、エタロン角度調芯を行なう。例えば、図3に示す例では、光フィルタ52の角度が±1度以上であれば反射光の影響がなく、その範囲で、波長弁別カーブのスロープの中心にITUグリッドが配置されるように光フィルタ52の角度を調整して固定する。
【0054】
以上に説明したとおり、実施の形態1にかかる波長モニタによれば、光フィルタ52が、波長ロッキングを行なう際の最適な条件と第1光検出器41に結合される反射光の低減とをともに満たす位置に配置されるので、これにより、半導体レーザ素子20の発振動作を安定化させることができるとともに、第1光検出器41において品質の高い光検出信号を得ることができ、波長ロッキング等の安定した波長制御(温度制御)を実現することができる。
【0055】
(実施の形態2)
つぎに、実施の形態2にかかる波長モニタについて説明する。図4は、実施の形態2にかかる波長モニタの概略構成を示す図である。図4において、ベース100は、第1の従来例および第2の従来例の説明において示したベース50に相当する。また、サブマウント103は、図14に示したサブマウント53または図15に示したサブマウント62に相当し、光検出器104は、図14に示した第2光検出器42または図15に示した光検出器64に相当する。
【0056】
特に、図4に示す波長モニタにおいては、図14に示した光フィルタ52または図15に示した光フィルタ72に替えて、光フィルタ101とその支持台102とが配置されたことを特徴としている。支持台102は、図4に示すように、ベース100に面した下面102aと、光フィルタ101を搭載した上面102bとが、所定の角度θ0のテーパ角を有する四角柱によって形成され、その上面102bがベース100の上面に対して傾斜するようにベース100上に配置される。そして、光フィルタ101は、支持台102の上面に設けられる。すなわち、光フィルタ101上のレーザ光の入射面がそのレーザ光の入射方向に対して傾斜する。
【0057】
これにより、光フィルタ101に入射した光111は、透過光112として光フィルタ101を透過する一方、反射光113として、光111の入射経路とは大きく外れた方向に反射される。なお、光フィルタ101は支持台102上に固定されて一体となっている。よって、光フィルタ101を透過した後の光の波長特性と強度を最適な値とするための調整は、図示する矢印105のように、支持台102をベース100の上面に水平な方向に移動または回転させて行なう。
【0058】
図5は、上記光フィルタ101および支持台102を従来例の波長モニタで使用した場合の効果を説明するための説明図である。図5(a)は、図14に示した第1の従来例の波長モニタに対して、上記光フィルタ101および支持台102を用いた場合を説明する図であり、特に、図16に示した光83の経路上で分断した断面図である。
【0059】
まず、図5(a)について説明する。まず、図示しない半導体レーザ素子20の後側端面から出力されたモニタ用のレーザ光126は、プリズム51によって、第1光検出器41に向かう光と光フィルタ101に向かう光121とに分岐される。第1光検出器41に向かう光は、サブマウント53に配置された第1光検出器41に到達する。
【0060】
一方、光フィルタ101に向かう光121は、光フィルタ101に入射された際、第2光検出器42に向かう透過光122とその表面で反射される反射光123とに分解される。ここで、上述したように、光フィルタ101の入射面はベース50の上面に対して上向きに傾斜しているため、反射光123は、光121の経路から外れた上向きの経路で進行する。そして、反射光123は、プリズム51の表面に到達した際に、さらに、透過光124と、反射光125とに分解される。
【0061】
透過光124は、レーザ部が配置された方向に進行するが、図示しない半導体レーザ素子20の後側端面から出力されたレーザ光126の経路から上方に外れているため、半導体レーザ素子20に到達する透過光124が低減され、半導体レーザ素子20の発振動作に及ぼす影響も少なくなる。
【0062】
一方、反射光125は、水平方向の向きがサブマウント53の第1光検出器41の向きとほぼ一致するため、第1光検出器41の方向に進行するが、垂直方向の向きについては、第1光検出器41から上方に外れているため、第1光検出器41に到達する反射光125が低減され、上記した第1光検出器41に向かう光との干渉が防止される。
【0063】
結局、反射光123、反射光125および透過光124などの迷光が、半導体レーザ素子20の発振動作や第1光検出器41による検出に影響を与えることが防止される。
【0064】
つぎに、図5(b)について説明する。ハーフミラー71によって第2光検出器64に向けて分岐された光127は、光フィルタ101に入射された際、第2光検出器64に向かう透過光128とその表面で反射される反射光129とに分解される。ここでも、上述したように、光フィルタ101の入射面はベース50の上面に対して上向きに傾いているため、反射光129は、光127の経路から外れた上向きの経路で進行する。
【0065】
ハーフミラー71の表面に到達した反射光129は、さらに、反射光131として、レーザ部が配置された方向(紙面手前方向)に進行するが、図示しない半導体レーザ素子20の後側端面から出力されたレーザ光130の経路からは大きく外れているため、半導体レーザ素子20に到達する反射光129が、半導体レーザ素子20の発振動作に及ぼす影響も少なくなる。
【0066】
図6は、第1の従来例と実施の形態1にかかる波長モニタの第1光検出器による検出結果を示す実験データである。図6において、実線91は、上記した第1の従来例に配置された第1光検出器41の電流変化であり、半導体レーザ素子20への注入電流が増加するにつれて、すなわちレーザ光の出力パワーが増大するにつれて、不安定な検出電流を出力しており、迷光に影響されていることがわかる。これに対して、点線92は、実施の形態2にかかるレーザモジュールに配置された第1光検出器41の電流変化であり、半導体レーザ素子20への注入電流が増加しても、安定な特性を示し、迷光に影響されていないことがわかる。
【0067】
以上に説明したとおり、実施の形態2にかかる波長モニタによれば、光フィルタ52の光入射面を光入射方向に対して傾斜させて配置したので、その光入射面で反射される反射光の経路を、光フィルタ52に入射した入射光から大きく外すことができ、反射光が、半導体レーザ素子20や第1光検出器41に入射されてしまうのを防止することができる。これにより、半導体レーザ素子20の発振動作を安定化させることができるとともに、第1光検出器41において品質の高い光検出信号を得ることができるので、波長ロッキング等の安定した波長制御(温度制御)を実現することができる。
【0068】
なお、上述した実施の形態2の説明では、支持台102の上面を傾斜させており、その支持台は金属等の加工性の良い材料で形成できるので、生産性が良く好ましい態様であるが、支持台102を排除し、若しくは上下の面が略平行な支持台を用い、光入射面が傾斜した形状(断面が平行四辺形でも台形でもよい)の光フィルタ101を用いても上記した同様の効果を享受することができる。
【0069】
(実施の形態3)
つぎに、実施の形態3にかかる波長モニタについて説明する。実施の形態3にかかる波長モニタは、第1の従来例の波長モニタにおいて、光入射面が傾斜した形状のプリズムを用いることを特徴としている。
【0070】
図7は、実施の形態3にかかる波長モニタを説明するための説明図であり、特に、プリズムによって光フィルタ方向に分岐された光の経路上で分断した断面図である。なお、図7において、図14と共通する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【0071】
図7に示す波長モニタにおいて、図14と異なる点は、プリズム132の形状である。図示するように、プリズム132は、側断面が平行四辺形となる形状であり、図示しない半導体レーザ素子20の後側端面から出力されたモニタ用のレーザ光133の入射方向に対して鋭角ψの傾斜を有した2つの光入射面132a,132bと、光出射面132cとを有して構成される。すなわち、図7のプリズム132は、図14に示すプリズムが全体にモニタ用のレーザ光133の入射側に傾斜した形状となっている。
【0072】
図7において、まず、図示しない半導体レーザ素子20の後側端面から出力されたモニタ用のレーザ光133は、プリズム132の傾斜した光入射面132a,132bに入射し、屈折を経て、図示しない第1光検出器41に向かう光と光フィルタ52に向かう光とに分岐されて光出射面132cから出射される。
【0073】
図示しない第1光検出器41に向かう光は、サブマウント53に配置された第1光検出器41に到達する。一方、光フィルタ52に向かう光は、光フィルタ52に入射された際、第2光検出器42に向かう透過光134とその表面で反射される反射光135とに分解される。反射光135は、透過光134とほぼ逆の経路を進行してプリズム132の光出射面132c表面に到達し、さらにプリズム132の光出射面132c表面にて、上向きに所定の角度で反射され、反射光136として進行する。ここで、この反射光136は、サブマウント53の方向に進行するが、上記した第1光検出器41に向かう光の経路からは大きく外れているため、第1光検出器41に到達することはできず、第1光検出器41に向かう光との干渉は生じない。
【0074】
図8は、実施の形態3にかかる波長モニタの他の例を説明するための説明図であり、特に、プリズムによって光フィルタ方向に分岐された光の経路上で分断した断面図である。なお、図8において、図14と共通する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【0075】
図7に示したプリズム132の側断面が平行四辺形であったのに対し、図8に示すプリズム140の側断面は台形である。すなわち、プリズム140の光入射面140a,140bは、図示しない半導体レーザ素子20の後側端面から出力されたモニタ用のレーザ光141の入射方向に対して鋭角ψの傾斜面となっており、光出射面140cはモニタ用のレーザ光141の入射方向に対して垂直面となっている。
【0076】
図8において、まず、図示しない半導体レーザ素子20の後側端面から出力されたモニタ用のレーザ光141は、プリズム140の傾斜面(140a,140b)に入射し、屈折を経て、図示しない第1光検出器41に向かう光と光フィルタ52に向かう光とに分岐され、双方とも上向きに所定の角度で垂直面(140c)から出射される。
【0077】
図示しない第1光検出器41に向かう光は、サブマウント53の上方に配置された第1光検出器41に到達する。一方、光フィルタ52に向かう光は、光フィルタ52に入射された際、第2光検出器42に向かう透過光142とその表面で反射される反射光143とに分解される。反射光143は、さらにプリズム140の垂直面表面にて、水平方向の向きがサブマウント53の第1光検出器41の向きと一致するように反射され、反射光144として進行する。ここで、この反射光144は、垂直方向の向きについては、第1光検出器41から大きく外れているため、第1光検出器41に到達する反射光144が低減され、上記した第1光検出器41に向かう光との干渉が防止される。
【0078】
以上に説明したとおり、実施の形態3にかかる波長モニタによれば、光入射面が傾斜した形状のプリズムを用いているので、プリズム(132,140)によって分岐されて第1光検出器41に向かう光と、光フィルタ52とプリズム(132,140)を反射した光の進行方向と、を大きくずらすことができ、反射光が、第1光検出器41に入射されるのを防ぐことができる。これにより、第1光検出器41において品質の高い光検出信号を得ることができるので、波長ロッキング等の安定した波長制御(温度制御)を実現することができる。
【0079】
なお、上述した実施の形態2および実施の形態3では、光を上側に反射する構成であったが、下側に反射してもよいことは言うまでもない。
【0080】
(実施の形態4)
つぎに、実施の形態4にかかる波長モニタについて説明する。実施の形態4にかかる波長モニタは、第1の従来例の波長モニタにおいて、2つの光入射面と1つの光出射面とが形成する3角度がすべて異なる三角形を断面形状としたプリズムを用いることを特徴としている。
【0081】
図9は、実施の形態4にかかる波長モニタで用いるプリズムの断面図である。第1の従来例で用いるプリズム51は、図16に示したように、2つの分岐光82および83をそれぞれ第1光検出器41と第2光検出器42とに容易に結合するために、それら分岐光の角度θ1とθ2を等しくする二等辺三角形の断面を有していた。これに対し、実施の形態4にかかる波長モニタで用いるプリズム150は、図9に示すように、3つの内角φ1、φ2、φ3がすべて異なる三角形を断面形状とし、側面がそれぞれ150a,150b,150cで示される三角柱である。
【0082】
図10は、実施の形態4にかかる波長モニタの上面断面図である。なお、図10において、図16と共通する部分には同一符号を付してその説明を省略する。図10に示す波長モニタは、図14に示した波長モニタと比較して、断面形状が二等辺三角形のプリズム51に替えて、図9に示したプリズム150を用いた点が異なる。
【0083】
図10において、図示しない半導体レーザ素子20の後側端面から出力されたレーザ光の中心経路を中心線151として表すと、プリズム150は、その光出射面150cが中心線151に対して垂直になり、かつ光出射面150cに対する頂角145が中心線151上に位置するように配置される。
【0084】
このプリズム150に、レーザ光が入射されると、光出射面150cに垂直な方向に対して角度θ1で分岐された光152が第1光検出器41に向かって進行し、角度θ2で分岐された光153が第2光検出器42に向かって進行する。なお、光152と光153の分岐角度が異なるため、第1光検出器41が中心線151から距離L1離れた位置に配置され、第2光検出器42が中心線151から距離L2(<L1)離れた位置に配置されるように、サブマウント53の位置または各光検出器の位置を決定する必要がある。
【0085】
よって、第1光検出器41に向かう光152は、サブマウント53に配置された第1光検出器41に到達する。一方、光フィルタ52に向かう光153は、光フィルタ52に入射された際、第2光検出器42に向かう透過光154とその表面で反射される反射光155とに分解される。反射光155は、光153とほぼ逆の経路を進行してプリズム150の光出射面150cに到達し、さらに、サブマウント53に向けて反射され、反射光156として進行する。ここで、この反射光156は、サブマウント53の方向に進行するが、上記した第1光検出器41に向かう光152の経路からは水平方向にて大きく外れているため、第1光検出器41に到達する反射光156が低減され、第1光検出器41に向かう光152との干渉が防止される。
【0086】
以上に説明したとおり、実施の形態4にかかる波長モニタによれば、3角度がすべて異なる三角形を断面形状としたプリズム150を用いるので、プリズム150によって分岐されて第1光検出器41に向かう光と、光フィルタ52とプリズム150を反射した光の進行方向と、を大きくずらすことができ、反射光が、第1光検出器41に入射されるのを防ぐことができる。これにより、第1光検出器41において品質の高い光検出信号を得ることができるので、波長ロッキング等の安定した波長制御(温度制御)を実現することができる。
【0087】
なお、実施の形態4で説明したプリズムは、断面形状が三角形であるとしたが、レーザ光151の入射方向に対して、非対称の断面形状であれば、例えば台形やその他多角形を断面形状としたプリズムを用いることができる。
【0088】
(実施の形態5)
つぎに、実施の形態5にかかる波長モニタについて説明する。実施の形態5にかかる波長モニタは、第1の従来例の波長モニタにおいて、プリズムが、その光出射面と入射光の光軸に垂直な面との間で所定の角度を有するように配置されたことを特徴としている。換言すれば、プリズムが、レーザ光の入射方向に対して断面形状が非対称となるように配置される。
【0089】
図11は、実施の形態5にかかる波長モニタの例を示す上面断面図および側断面図である。なお、図11において、図16と共通する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図11(a)に示す上面断面図において、図16と異なる点は、プリズム51の配置位置である。具体的には、図16に示したプリズム51の光出射面51cが中心線81に対して垂直であるのに対し、図11に示すプリズム51は、その光出射面51cが中心線81に対して垂直な面160から角度αの面上に位置するように配置される。
【0090】
特に、この角度αは、プリズム51によって分岐された光82が第1光検出器41に結合し、かつプリズム51の光出射面51cで反射されて進行する反射光85が第1光検出器41に結合しないような角度である。これにより、第1光検出器41では、反射光85によって受ける影響が小さくなる。
【0091】
また、図11(b)に示す側断面図に示すように、ベース59は、プリズム51が配置される面と、光フィルタ52およびサブマウント53が配置される面との間に段差が設けられた階段形状とすることが好ましい。特に、その段差面161は、光出射面51cの接触面、すなわちベース59の上面に対して垂直でかつ上記した角度αを有する面上に位置するように形成される。この段差面161の存在により、プリズム51の位置決めを容易に行なうことができる。具体的には、プリズム51の光出射面51cを段差面161に接触させつつ配置を決定する。
【0092】
また、本実施の形態で用いるプリズムは、実施の形態4で説明したような不等辺三角形を断面とする形状のプリズムであってもよい。図12は、この場合の実施の形態5にかかる波長モニタの例を示す上面断面図および側断面図である。なお、図12において、図10と共通する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図12(a)に示す上面断面図において、図10と異なる点は、プリズム150の配置位置である。具体的には、図10に示したプリズム150の光出射面150cが中心線151に対して垂直であるのに対し、図12に示すプリズム150は、その光出射面150cが中心線151に対して垂直な面162から角度βの面上に位置するように配置される。
【0093】
また、図12(b)に示す側断面図に示すように、図11(b)の説明と同様、ベース169は、プリズム150が配置される面と、光フィルタ52およびサブマウント53が配置される面との間に段差が設けられた階段形状とすることもできる。
【0094】
以上に説明したとおり、実施の形態5にかかる波長モニタによれば、プリズム51(または150)が、その光出射面と入射光の光軸に垂直な面とで所定の角度を有するように配置されるので、プリズム51(または150)によって分岐されて第1光検出器41に向かう光と、光フィルタ52とプリズム51(または150)を反射した光の進行方向と、を大きくずらすことができ、反射光が、第1光検出器41に入射されるのを防ぐことができる。これにより、第1光検出器41において品質の高い光検出信号を得ることができるので、波長ロッキング等の安定した波長制御(温度制御)を実現することができる。
【0095】
なお、実施の形態4および5において、プリズム(51または150)の位置決めについては、位置調整が容易なホルダを利用することもできる。図13は、例として、プリズム150の位置決めを可能としたホルダを示す斜視図である。図13に示すホルダ171は、その内部に開口172が設けてあり、開口172の底面173上にプリズム150が固定される。取り付けの際には、このホルダ171をベース上に配置し、ホルダ171の上部に設けられた突起174をつかんで配置位置・配置角度を調整する。具体的には、第1光検出器41および第2光検出器42から出力される電流をモニタしながら、レーザ光の各光検出器への結合効率が最大となるようにベース上におけるプリズムの位置や角度を調整する。
【0096】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明にかかる波長モニタによれば、光フィルタリング手段の表面とプリズムの出射面で順に反射された光がパワーモニタとなる第1光検出手段へと導かれないような位置に光フィルタリング手段が固定されるので、第1光検出手段に迷光が入射されるのを防止でき、第1光検出手段における高品質な光検出と波長ロッキング等の安定した波長制御(温度制御)を実現することができるという効果を奏する。
【0097】
また、本発明にかかる波長モニタによれば、光フィルタリング手段の光入射面を光入射方向に対して傾斜させて配置したので、その光入射面で反射される反射光の経路を、光フィルタリング手段に入射した入射光から大きく外すことができ、半導体レーザ素子や第1光検出手段に反射光が入射されるのを防止でき、さらに、半導体レーザ素子の発振動作の安定化と、第1光検出手段における高品質な光検出とを実現することができるという効果を奏する。
【0098】
また、本発明にかかる波長モニタによれば、光入射面が傾斜した形状のプリズムを用いているので、プリズムによって分岐されて第1光検出手段に向かう光と、光フィルタリング手段とプリズムを反射した光の進行方向と、を大きくずらすことができ、第1光検出手段への反射光の入射を防止でき、第1光検出手段における高品質な光検出を実現することができるという効果を奏する。
【0099】
また、本発明にかかる波長モニタによれば、レーザ光の入射方向に対して断面が非対称となるプリズムを用いるので、プリズムによって分岐されて第1光検出手段に向かう光と、光フィルタリング手段とプリズムを反射した光の進行方向と、を大きくずらすことができ、第1光検出手段への反射光の入射を防止でき、第1光検出手段における高品質な光検出を実現することができるという効果を奏する。
【0100】
また、本発明にかかるレーザモジュールによれば、上記した波長モニタを内蔵するので、信頼性と安定性の高いWDMを実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1にかかる波長モニタの概略構成を示す図である。
【図2】波長ロッキングの調整に必要な波長弁別カーブの例を示す図である。
【図3】第1光検出器の検出電流と光フィルタの角度との関係図である。
【図4】実施の形態2にかかる波長モニタの概略構成を示す図である。
【図5】実施の形態2にかかる波長モニタにおいて、光フィルタおよび支持台を従来例の波長モニタで使用した場合の効果を説明するための説明図である。
【図6】従来例と実施の形態2にかかる波長モニタの第1光検出器による検出結果の実験データを示す図である。
【図7】実施の形態3にかかる波長モニタを説明するための説明図である。
【図8】実施の形態3にかかる波長モニタの他の例を説明するための説明図である。
【図9】実施の形態4にかかる波長モニタで用いるプリズムの断面図である。
【図10】実施の形態4にかかる波長モニタの上面断面図である。
【図11】実施の形態5にかかる波長モニタの例を示す上面断面図および側断面図である。
【図12】実施の形態5にかかる波長モニタの他の例を示す上面断面図および側断面図である。
【図13】プリズムの位置決めを可能としたホルダを示す斜視図である。
【図14】第1の従来例として示すレーザモジュールの上面断面図である。
【図15】第2の従来例として示すレーザモジュールの上面断面図である。
【図16】第1の従来例における問題点を説明するための説明図である。
【図17】第2の従来例における問題点を説明するための説明図である。
【符号の説明】
11 光ファイバ
12 フェルール
20 半導体レーザ素子
21,54 サーミスタ
30,50,59,169 ベース
32 光アイソレータ
33 集光レンズ
34,53,61,62,103 サブマウント
35 平行レンズ
41,63 第1光検出器
42,64 第2光検出器
51,132,140,150 プリズム
52,72,101 光フィルタ
71 ハーフミラー
171 ホルダ
174 突起
200,210 レーザモジュール
201 パッケージ
Claims (6)
- レーザ光の波長変化を検出する波長モニタにおいて、
前記レーザ光を第1の光と第2の光に分岐させるとともに、前記レーザ光を当該レーザ光の入射経路よりも上方または下方に向けて透過させる角度の光入射面および/または光出射面を有したプリズムと、
前記第1の光の強度を検出する第1の光検出手段と、
波長特性を有し、前記第2の光の一部を透過させるとともに、前記第2の光の他部を光入射面で反射する光フィルタリング手段と、
前記光フィルタリング手段を透過した光の強度を検出する第2の光検出手段と、
を備え、
前記プリズムの光出射面は、前記光フィルタリング手段の光入射面で反射されさらに前記プリズムの光出射面で反射されることで進行する前記第2の光の他部が前記第1の光検出手段に結合しないように角度が調整されている
ことを特徴とする波長モニタ。 - レーザ光の波長変化を検出する波長モニタにおいて、
前記レーザ光を第1の光と第2の光に分岐させるとともに、前記レーザ光の入射方向に対して非対称な形状を断面形状として有するか、または前記レーザ光の入射方向に対して断面形状が非対称となるように配置されるプリズムであって、
前記レーザ光を透過させ前記第1の光と前記第2の光とを光出射面から出射するプリズムと、
前記第1の光の強度を検出する第1の光検出手段と、
波長特性を有し、前記第2の光の一部を透過させるとともに、前記第2の光の他部を光入射面で反射する光フィルタリング手段と、
前記光フィルタリング手段を透過した光の強度を検出する第2の光検出手段と、
を備え、
前記プリズムの光出射面は、前記光フィルタリング手段の光入射面で反射されさらに前記プリズムの光出射面で反射されることで進行する前記第2の光の他部が前記第1の光検出手段に結合しないように角度が調整されている
ことを特徴とする波長モニタ。 - 前記プリズムは、光出射面が、前記レーザ光の入射方向に対して垂直な面から所定角度ずれた位置に配置されることを特徴とする請求項2に記載の波長モニタ。
- 前記プリズムが配置される面と少なくとも前記光フィルタリング手段が配置される面との間に段差が設けられ、前記光出射面と接触する面を段差側面として有することを特徴とする請求項2または3に記載の波長モニタ。
- 前記プリズムを固定するとともに、上部に突起を有し、当該突起が操作されることによって前記プリズムの位置が調整されるプリズムホルダを備えたことを特徴とする請求項2〜4のいずれか一つに記載の波長モニタ。
- レーザ光を出力する半導体レーザ素子と、
請求項1〜5のいずれか一つに記載の波長モニタと、
を備えたことを特徴とするレーザモジュール。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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