JP4163116B2 - 波長板、波長フィルタおよび波長モニタ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【技術分野】
この発明は、レーザ光の入射する波長板、波長フィルタ、および波長モニタ装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
近年、異なる多数の波長の光を用いることで、1本の光ファイバをあたかも複数のファイバが存在するかのように利用する高密度波長多重（Dense Wavelength Division Multiplexing；以下、ＤＷＤＭという）方式に関わる技術が開発されてきている。ＤＷＤＭでは、１波あたりで数Ｇｂｉｔの帯域を確保することができ、技術的には１本のファイバで数十波（数百Ｇｂｉｔ）の通信を行うことができる。ＤＷＤＭ方式では、異なる波長帯域の光信号を高密度に多重化するために、各波長帯域の間隔を狭くするとともにその重なりを避けて、それぞれの波長帯域を安定化させる必要がある。このＤＷＤＭ方式に適用する光通信用デバイスとしてレーザダイオード（以下、半導体レーザという）から特定の波長帯域を有する光信号を出力する半導体モジュールが用いられており、波長帯域の異なる複数の半導体モジュールの出力光を１本の光ファイバに多重化することによって波長多重が行われる。
【０００３】
この種の半導体モジュールとして、特開２００１−２４４５５７号公報において、半導体レーザの後方から出射される光の波長をモニタし、半導体レーザの発振波長を特定の波長帯域内に安定化させるように半導体レーザへの注入電流および温度の調整を行い、半導体レーザの発振波長を制御する技術が開示されている。一般に、注入電流を増加して半導体レーザの出力を高くすると、半導体レーザの発振波長が長くなることが知られている。また、半導体レーザは温度によって波長が変化し、温度が高くなると半導体レーザの発振波長が長くなることも知られている。そこで、光学異方性を有し入力するレーザ光の偏光方向によって屈折率が異なる複屈折結晶であって、その両端面に反射コーティングが施された複屈折結晶を用いて半導体レーザの発振波長をモニタすることが開示されている。また、結晶温度の増加に伴って屈折率が増加するＹＶＯ4結晶と屈折率が減少するβ−ＢａＢ2Ｏ4結晶の２つの結晶を組み合わせて用いることによって、複屈折結晶の温度に対する屈折率の変化を相殺する点も開示されている。
【０００４】
また、「Ｋｉｍｕｒａ ｅｔ．ａｌ “Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｌｔｅｒ，” ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳ ＯＦ ＩＥＥＥ，Ａｕｇｕｓｔ １９７１ ｐｐ．１２７３−１２７４」においても、２枚の複屈折結晶を用いた光フィルタが開示されている。第１図はその構成を示すものであり、入射光軸方向に垂直な面内上の水平軸方向に対して４５度傾いた直線偏光のみを透過する第１の偏光子５１、入射光軸方向に垂直な面内上の垂直軸方向にファスト軸が存在するＣａＣＯ3結晶５２、入射光軸方向に垂直な面内上の垂直軸方向にスロー軸が存在するＬｉＴａＯ3結晶５３、および第１の偏光子と同じ偏光方向の直線偏光のみを透過する第２の偏光子５４で光フィルタが構成されている。ここで、複屈折結晶の光軸に垂直な面内において、屈折率が最も低い軸方向をファスト軸といい、このファスト軸に垂直な軸をスロー軸という。
【０００５】
これによって、入射レーザ光は第１の偏光子５１から入射され、第１の偏光子５１を通過したレーザ光の偏光は、光軸方向に垂直な面内において水平軸方向から４５度傾いた成分のみとなる。したがって、ＣａＣＯ3結晶５２、ＬｉＴａＯ3結晶５３の結晶軸に対して４５度傾いた偏光が各結晶へ順に入射される。ＣａＣＯ3結晶５２、ＬｉＴａＯ3結晶５３を通過したレーザ光は各結晶で各々異なる位相ずれが与えられ、第２の偏光子５４では第１の偏光子５１で透過した偏光と同じ偏光成分のみが透過する。このとき、各結晶５２，５３で与えられた位相ずれが波長依存性を持つため、第２の偏光子５４を通過したレーザ光の強度も波長依存性を持つ。しかし、このＣａＣＯ3結晶５２、ＬｉＴａＯ3結晶５３は、互いに温度変化に対する位相ずれ量δの変化方向が逆で、その量も相殺されるように各々の結晶厚みｌ1，ｌ2が調整されているので、第２の偏光子５４を通過したレーザ光の波長が温度変化によって変化しにくいという特徴を持つ。
【０００６】
このＬｉＴａＯ3結晶５３は安価で大量に量産が可能な複屈折結晶材料であり、発明者らは、先に自らが出願した国際公開第０１／５７４８７Ａ１号パンフレットにおいて、ＬｉＴａＯ3結晶５３と同様に、安価で大量に量産が可能な複屈折結晶材料であるＬｉＮｂＯ3結晶を用いて、半導体レーザの発振波長をモニタする方法を提案している。係る出願の明細書中には、ＬｉＮｂＯ3結晶の有する光学異方性により軸方位によって感じる屈折率が異なり、通過するレーザ光の波長に応じて偏光状態が変化する性質を利用して、ＬｉＮｂＯ3結晶を用いて波長フィルタを構成し、該複屈折結晶であるＬｉＮｂＯ3結晶を通過した光の偏光状態を検出することによって、半導体レーザの発振波長をモニタできる点が記載されている。また、結晶温度の増加に伴って屈折率が増加するＹＶＯ4結晶と屈折率が減少するＬｉＮｂＯ3結晶の２つの結晶を組み合わせて用いることによって、複屈折結晶の温度変化に対する屈折率の変化を相殺できる点が記載されている。
【０００７】
しかし、温度変化に対する屈折率の変化を相殺するように波長フィルタを構成しても、波長フィルタを構成する複屈折結晶の材料の種類によっては波長フィルタの温度変化に対して位相ずれが残存し、波長をモニタするにあたって無視し得ない影響を及ぼすことが、最近の発明者らの実験によって明らかになった。
【０００８】
すなわち、一定に安定化させるための制御目標の波長（基準波長）で安定に発振するレーザ光を波長フィルタに入射させても、波長フィルタ通過後の波長が温度変化によって変動してしまうことが確認された。この実験において、発明者らは波長フィルタを構成する複屈折結晶の１つにＬｉＮｂＯ3結晶を用いたが、このＬｉＮｂＯ3結晶におけるレーザ光の伝播方向の厚みがレーザ光の入射面の大きさに比して極めて薄いにもかかわらず、それがもつ焦電効果に起因して位相ずれ量δの変化が残り、そのため、温度変化や外部応力によって波長フィルタによる波長弁別特性が変化してしまい、この変化が半導体レーザの発振波長を高精度にモニタする上で無視し得なくなることが判明した。また、この場合、焦電効果の発生に伴って圧電効果が生じ、位相ずれ量δの変化をさらに増長させることも明らかになった。
【０００９】
一方、特開昭６２−７３２０７号公報には、光導波路デバイスにＬｉＮｂＯ3結晶を用いた例が記載されている。この光導波路において温度を変化させると、焦電効果によりＬｉＮｂＯ3から成る基板が分極の状態を変化させるので表面に電荷が蓄積される。その蓄積された電荷に対応して電極の底面に反対の電荷が供給される。このとき光導波路デバイスは、電極間に電界を加えることにより導波路の屈折率を変化させて変調動作を行うが、温度変化によって導波路内に電荷が生じると、導波路長に渡って特性が大きく変化してしまう。そこで、当該公報においては、導波路長に渡って基板表面にＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）膜をコーティングして、電極と電極間の表面内における電荷の分布を一様にすることによって、電極間から電極に向かう電界の発生をなくし、温度変化による変調特性の変化を抑制できることを記載している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＬｉＮｂＯ3基板の表面に蓄積された電荷は、上述のように局在せずに一様に蓄積されるため、電気光学効果により屈折率変動を起こしてしまう。また、ＩＴＯ膜は表面に電荷を誘起するものの、このような物質は一般に比較的高価であり、コーティング等の取り扱いが比較的困難であった。
【００１１】
なお、この他の複屈折結晶の材料として、米国ＶＬＯＣ社カタログ「ＬＡＳＥＲ ＯＰＴＩＣＳ，ＣＯＡＴＩＮＧＳ，ＣＲＹＳＴＡＬＳ ＡＮＤ ＣＡＶＩＩＥＳ」（ＶＬＯＣ社発行）９〜１３ページに記載されているようなＳｉＯ2結晶が一般に用いられているが、この材料は天然にしか存在せず、しかも高価であるため、大量生産するには難しいという問題点があった。
【００１２】
従来の波長フィルタは以上のように構成され、温度変化に伴う屈折率の変化を相殺するように２枚の複屈折結晶を用いるものの、複屈折結晶に焦電性材料を用いているため焦電効果やそれに伴う圧電効果が起こり、波長弁別特性の精度向上に無視しえない影響を与えてしまうという問題点があった。
【００１３】
また、焦電性材料を用いた従来の光導波路デバイスにおいては、電極の設置された表面にＩＴＯ膜をコーティングすることによって電荷が局在しなくなるものの、該表面に一様に電荷が蓄積されることになり、それによってやはり屈折率の変化が生じてしまうという問題点があった。さらに、表面に電荷を誘起するためにＩＴＯ膜を用いているが、一般にこのような材料は高価であり、コーティング等の取り扱いが比較的困難であるという問題点があった。
【００１４】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、安価で量産の容易なＬｉＮｂＯ3結晶やＬｉＴａＯ3結晶等の複屈折結晶を用い、これらの材料に固有な焦電効果および圧電効果を抑制して、温度や外部応力等の環境変化に対して安定した偏光特性や波長弁別特性を得ることが可能な波長板および波長フィルタを得ることを目的とする。また、これらの波長板または波長フィルタを用いた波長モニタ装置を得ることも目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる波長板は、ＬｉＮｂＯ3結晶またはＬｉＴａＯ3結晶から成り、光学軸であるｃ軸、および前記ｃ軸に垂直なａ軸を含む一対の第１の面と、前記一対の第１の面以外の面を構成する第２の面とからなる波長板であって、前記第２の面の全面に導電性物質が付着されたことを特徴とする。
【００１６】
また、この発明にかかる波長板は、ＬｉＮｂＯ3結晶またはＬｉＴａＯ3結晶から成り、光学軸であるｃ軸、および前記ｃ軸に垂直なａ軸を含む一対の第１の面と、前記一対の第１の面以外の面を構成する第２の面とからなる波長板であって、前記ｃ軸が前記第２の面上で交わる２つの点間を導通させるように、前記第２の面上の領域に導電性物質が付着されたことを特徴とする。
【００１７】
つぎの発明にかかる波長板は、上記の発明において、前記一対の第１の面間の距離は、前記第１の面の長さの１／１０以下であることを特徴とする。
【００１８】
つぎの発明にかかる波長板は、上記の発明において、前記導電性物質は、導電性接着剤または金属導体のいずれかから成ることを特徴とする。
【００１９】
つぎの発明にかかる波長板は、上記の発明において、前記第２の面の少なくとも一端が金属部材に固着されていることを特徴とする。
【００２０】
つぎの発明にかかる波長板は、上記の発明において、一方の前記第１の面に対向して、他の複屈折結晶の板をさらに配置したことを特徴とする。
【００２１】
つぎの発明にかかる波長板は、上記の発明において、前記他の複屈折結晶の板は、ＹＶＯ4結晶から成ることを特徴とする。
【００２２】
つぎの発明にかかる波長板は、上記の発明において、前記第１の面は、四角形状を有することを特徴とする。
【００２３】
つぎの発明にかかる波長板は、上記の発明において、前記第１の面上に、ＡＲコート（ Anti Reflection Coating ）が施されていることを特徴とする。
【００２４】
この発明にかかる波長フィルタは、第１の方向に偏光したレーザ光を出力する半導体レーザと、前記半導体レーザから出射されたレーザ光の偏光状態を変化させる波長板と、前記波長板を通過したレーザ光の前記第１の方向と垂直な方向に偏光した成分のみを透過させる偏光子と、を備える波長フィルタにおいて、前記波長板は、光学軸であるｃ軸、および前記ｃ軸に垂直なａ軸を含む一対の第１の面と、前記一対の第１の面以外の面を構成する第２の面とを有するＬｉＮｂＯ3結晶またはＬｉＴａＯ3結晶から成り、前記第２の面の 全面に導電性物質が付着されたことを特徴とする。
【００２５】
また、この発明にかかる波長フィルタは、１の方向に偏光したレーザ光を出力する半導体レーザと、前記半導体レーザから出射されたレーザ光の偏光状態を変化させる波長板と、前記波長板を通過したレーザ光の前記第１の方向と垂直な方向に偏光した成分のみを透過させる偏光子と、を備える波長フィルタにおいて、前記波長板は、光学軸であるｃ軸、および前記ｃ軸に垂直なａ軸を含む一対の第１の面と、前記一対の第１の面以外の面を構成する第２の面とを有するＬｉＮｂＯ3結晶またはＬｉＴａＯ3結晶から成り、前記ｃ軸が前記第２の面上で交わる２つの点間を導通させるように、前記第２の面上の領域に導電性物質が付着されたことを特徴とする。
【００２６】
つぎの発明にかかる波長フィルタは、上記の発明において、前記波長板の前記一対の第１の面間の距離は、前記第１の面の長さの１／１０以下であることを特徴とする。
【００２７】
つぎの発明にかかる波長フィルタは、上記の発明において、前記導電性物質は、導電性接着剤または金属導体のいずれかから成ることを特徴とする。
【００２８】
つぎの発明にかかる波長フィルタは、上記の発明において、前記波長板の前記第２の面の少なくとも一端が金属部材に固着されていることを特徴とする。
【００２９】
つぎの発明にかかる波長フィルタは、上記の発明において、前記波長板の前記レーザ光の入射方向の前方または後方に、他の複屈折結晶の板をさらに配置したことを特徴とする。
【００３０】
つぎの発明にかかる波長フィルタは、上記の発明において、前記他の複屈折結晶の板は、ＹＶＯ4結晶から成ることを特徴とする。
【００３１】
つぎの発明にかかる波長フィルタは、上記の発明において、前記波長板の前記第１の面は、四角形状を有することを特徴とする。
【００３２】
つぎの発明にかかる波長フィルタは、上記の発明において、前記波長板の前記第１の面上に、ＡＲコート（ Anti Reflection Coating ）が施されていることを特徴とする。
【００３３】
この発明にかかる波長モニタ装置は、上記に記載の波長板と、前記波長板の通過光の光路上に配置され、入射光に応じた信号を出力する受光器と、前記波長板の光路上における該波長板と受光器との間に配置された偏光子と、を備えたことを特徴とする。
【００３４】
つぎの発明にかかる波長モニタ装置は、半導体レーザと、前記半導体レーザの出力光が通過する上記に記載の波長板と、前記波長板の通過光の光路上に配置され、入射光に応じた信号を出力する受光器と、前記波長板の光路上における該波長板と受光器との間に配置された偏光子と、を備えたことを特徴とする。
【００３５】
つぎの発明にかかる波長モニタ装置は、半導体レーザと、前記半導体レーザの出力光が通過する上記に記載の波長板と、前記波長板の通過光の光路上に配置され、入射光に応じた信号を出力する第１の受光器と、前記波長板の通過光の光路上に配置され、入射光に応じた信号を出力する第２の受光器と、前記波長板と前記第１の受光器との間の光路上に配置され、前記波長板と第２の受光器との間の光路から外れて配置された偏光子と、を備えたことを特徴とする。
【００３６】
つぎの発明にかかる波長モニタ装置は、半導体レーザと、前記半導体レーザの出力光が通過する上記に記載の波長板と、前記波長板の通過光の光路上に配置され、入射光に応じた信号を出力する受光器と、前記波長板の光路上における該波長板と受光器との間に配置された偏光子と、前記受光器の出力信号に基づいて、前記半導体レーザまたは該半導体レーザを搭載するマウントの温度または該半導体レーザへの注入電流を調整する制御器と、を備えたことを特徴とする。
【００３７】
つぎの発明にかかる波長モニタ装置は、上記に記載の波長板と、前記波長板の通過光の光路上に配置され、入射光に応じた信号を出力する受光器と、前記波長板の光路上における該波長板と受光器との間に配置された偏光子と、を備えたことを特徴とする。
【００３８】
つぎの発明にかかる波長モニタ装置は、半導体レーザと、前記半導体レーザの出力光が通過する上記に記載の波長板と、前記波長板の通過光の光路上に配置され、入射光に応じた信号を出力する受光器と、前記波長板の光路上における該波長板と受光器との間に配置された偏光子と、を備えたことを特徴とする。
【００３９】
つぎの発明にかかる波長モニタ装置は、半導体レーザと、前記半導体レーザの出力光が通過する上記に記載の波長板と、前記波長板の通過光の光路上に配置され、入射光に応じた信号を出力する第１の受光器と、前記波長板の通過光の光路上に配置され、入射光に応じた信号を出力する第２の受光器と、前記波長板と前記第１の受光器との間の光路上に配置され、前記波長板と第２の受光器との間の光路から外れて配置された偏光子と、を備えたことを特徴とする。
【００４０】
つぎの発明にかかる波長モニタ装置は、半導体レーザと、前記半導体レーザの出力光が通過する上記に記載の波長板と、前記波長板の通過光の光路上に配置され、入射光に応じた信号を出力する受光器と、前記波長板の光路上における該波長板と受光器との間に配置された偏光子と、 前記受光器の出力信号に基づいて、前記半導体レーザまたは該半導体レーザを搭載するマウントの温度または該半導体レーザへの注入電流を調整する制御器と、を備えたことを特徴とする。
【００４１】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明にかかる波長板、波長フィルタおよび波長モニタ装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００４２】
実施の形態１．
この実施の形態１では、波長フィルタを構成する光学部品として、互いに垂直な方向に振動するレーザ光の直線偏光が通過したときに、これらの間に位相ずれを生じさせるような複屈折結晶を素材とした波長板を用いることを特徴とする。この波長板は、光学異方性を有し、軸方位によって感じる屈折率が異なる。１軸性の複屈折結晶の場合、ある特定の軸方向の屈折率が他の２軸と異なり、一般にこの特定の軸方向は光学軸（以下、ｃ軸という）と呼ばれる。この複屈折結晶には、入射するレーザ光の進行方向に垂直な面内に、互いに直交方向に向いたファスト軸とスロー軸が存在する。ファスト軸方向の偏光は感じる屈折率が小さく、位相速度が速い。一方、スロー軸方向の偏光は屈折率が大きく、位相速度が遅い。したがって、この直交する両偏光成分を有するレーザ光が入射すると、その出力光はその両軸に沿って位相ずれを起こし、偏光方向が回るように偏光状態が変化する。位相ずれ量δは、レーザ光の波長をλ、１軸性複屈折結晶のファスト軸方向およびスロー軸方向の偏光が感じる屈折率をそれぞれｎe，ｎo、レーザ光伝播方向の長さをＬとすると、δ＝２π（ｎe−ｎo）Ｌ／λで与えられ、波長λに応じた関数となる。なお、δ＝１／４π，１／２πとなるものを、特に、それぞれ四分の一波長板、二分の一波長板と呼ぶ。この波長板は任意に偏光を調整することができるので、偏光制御素子として広く使用されている。このとき、波長板として安価であって大量生産が可能なＬｉＮｂＯ3結晶（以下、ＬＮ結晶という）を用いるが、この結晶が焦電性を有するため温度変化によって生じる焦電効果の影響を低減するために、波長板の周囲に導電性物質を付着させる必要がある。
【００４３】
また、この実施の形態１では、レーザ光の入射方向に対してこの波長板の後段に偏光子を配置することによって、波長に依存して通過光の強度が変化する波長フィルタを構成することを特徴とする。
【００４４】
以下、図面を参照しながら本発明のこの実施の形態１の具体的態様について説明する。
【００４５】
第２図は、この発明の実施の形態１による波長フィルタを示す構成図であり、第３図は、第２図における波長フィルタへ入射する前後のレーザ光の偏光状態を示す図である。以下の説明は、第２図に示したとおりのｘｙｚ軸の直交座標系に基づいて行う。すなわち、レーザ光の進行方向（光軸方向）を空間座標においてｚ軸の方向と定め、空間における上方向をｙ軸の方向と定め、ｚ軸およびｙ軸に直交する方向（第２図において、紙面から手前側に向かう方向）をｘ軸と定めるものとする。
【００４６】
波長フィルタは、波長板１００と偏光子１２によって構成される。波長板１００は、１軸の光学異方性を有する複屈折結晶を素材としたＬＮ結晶１１の側面に、導電性接着剤１５が塗布されることによって構成される。また、波長板１００のｚ軸と垂直な面を成すレーザ光の入射端面および出力端面にはＡＲコート（Anti Reflection Coating）が施され、これらの入射および出力端面におけるレーザ光の反射および多重反射を防止している。
【００４７】
ＬＮ結晶１１は、レーザ光の入射方向（ｚ軸方向）の板の厚みがレーザ光の入射面の長さ（ｘｙ面内の寸法）の１／１０以下となるように加工されている。例えば、ＬＮ結晶１１として、ｘ軸方向の長さが約２．５ｍｍ、ｙ軸方向の長さが約２．４ｍｍ、ｚ軸方向の厚み（板厚）が約０．１５ｍｍの大きさに、長方形に切り出された結晶の板が用いられる。ＬＮ結晶１１のｃ軸１３とｃ軸に直交する軸（以下、ａ軸という）１４とからなる面が、ｘｙ平面と平行になるように、すなわちレーザ光の入射端面と出力端面となるように、ＬＮ結晶１１が配置される。また、入射するレーザ光の偏光方向をｘ軸方向とした場合に、ｃ軸１３とａ軸１４は、レーザ光の偏光方向に対してそれぞれ４５°傾くように配置される。このＬＮ結晶１１内において、入射するレーザ光のｃ軸方向の成分は、位相速度が遅くて屈折率が高いスロー軸の方向であり、また、ａ軸方向の成分は位相速度が速くて屈折率が低いファスト軸の方向である。ここで、ＬＮ結晶１１のｃ軸方向の屈折率をｎe、ａ軸方向の屈折率をｎoとすると、各屈折率は、概ねｎe＝２．２１１４，ｎo＝２．１３８３となる。
【００４８】
導電性接着剤１５は、例えば素材として、銀（Ａｇ）ペーストが７割程度含有された銀白色のエコボンド（ナショナル スターチ アンド ケミカル インベストメント ホールディング コーポレーションの商標）であるＳＯ半導体レーザＥＲ５６Ｃ（メーカー名：ＥＭＥＲＳＯＮ）が用いられ、ＬＮ結晶１１の表面のうち、ｚ軸方向に平行な側面全てに結晶表面が露出しない程度の膜厚で、図のハッチ部分のように塗布されている。なお、この導電性接着剤１５は、ＬＮ結晶１１の側面に塗布することによって正負に分極した電荷の導通をとるものであればよく、これ以外の他の導電性接着剤を用いても良い。
【００４９】
このようにして構成される波長板１００のｚ軸方向に平行な側面における少なくとも一端が、図示しない金属性の保持部材によって保持固定されている。発明者らは、その一例として第２図中における波長板１００の右端を保持するようにしたが、波長板１００の四辺のどの端面を保持しても良い。なお、この保持部材には、ＬＮ結晶１１と線膨張係数が近似した材料を用いることが望ましい。
【００５０】
偏光子１２はｙ軸方向の偏光成分のみを透過し、それに直交したｘ軸方向の偏光成分を吸収または反射するものである。
【００５１】
このように波長板１００および偏光子１２によって構成された波長フィルタに、第２図のｚ軸方向に向かってレーザ光のビームが入射される。第３図は、波長フィルタに入射される前後のレーザ光の偏光状態の変化を示している。すなわち、第３図（Ａ）は、波長板１００へ入射するレーザ光の偏光状態を示し、（Ｂ）は波長板１００を通過したレーザ光の偏光状態の一例を示し、そして（Ｃ）は偏光子１２を通過した後の偏光状態を示している。
【００５２】
つぎに、このように構成された波長フィルタの動作について説明する。
【００５３】
第２図の矢印（入射ビーム）の方向に沿って第３図（Ａ）の偏光状態をもったレーザ光が波長板１００に入射する。波長板１００に入力したレーザ光の位相速度は、ｃ軸方向よりもａ軸方向の偏光成分の方が速いため、レーザ光の偏光状態は、波長板１００を通過することにより変化する。偏光状態の変化はｃ軸方向とａ軸方向との間の位相ずれに起因し、その量δは、レーザ光の波長をλ、ｃ軸方向の屈折率とａ軸方向の屈折率との差（以下、屈折率差という）を△ｎ、波長板１００のレーザ光伝播方向長さをＬとすると、δ＝２π△ｎＬ／λで表される。この位相ずれ量δを使用して偏光子１２を通過したレーザ光の強度Ｉｐを求めると、偏光子１２がｙ軸方向の偏光成分のみを透過させる特性を有し、波長板１００のｃ軸方向がｘ軸方向に対して４５°傾いている場合、Ｉｐはｓｉｎ（δ／２）の２乗となる。もし偏光子１２にｘ軸方向の偏光成分のみを透過させる特性をもった偏光子を使用した場合には、Ｉｐはｃｏｓ（δ／２）の２乗となる。したがって、位相ずれ量δは波長λに依存し、偏光子１２を通過した光の強度Ｉｐはδによって定まるため、偏光子１２を透過した光の強度Ｉｐを計測することにより、波長依存性に基く特性、すなわち波長弁別特性を得ることができる。
【００５４】
ところが、偏光子１２の透過強度は、環境温度、外部応力にも依存する。ＬＮ結晶１１の場合、焦電効果および圧電効果により屈折率差△ｎおよびレーザ光伝播方向長さＬが変化してしまうので、波長弁別特性に影響を与える。ここで、焦電効果とは、結晶温度が変化することによって結晶内の自発分極が変化し、結晶表面に電荷が蓄積される現象である。この焦電効果によって表面に電荷が蓄積されると、電気光学効果によってその結晶の屈折率、つまり△ｎが変化してしまう。また、圧電効果とは、外部応力により結晶に歪みが起きるとそこで電界が生じる現象である。この圧電効果によって結晶内に電界が生じると上述の焦電効果と同様に電気光学効果により結晶の屈折率差△ｎが変化してしまう。この際、焦電効果によって屈折率が変動するのに伴って、この圧電効果がさらに増長される。
【００５５】
通常、上述したように波長板１００の端面は保持部材によって固定されるため、波長板１００におけるＬＮ結晶１１と保持部材との線膨張係数の差により、温度変化に応じてＬＮ結晶１１の保持部材との固定部分周辺に歪みが生じ、焦電効果と圧電効果を誘起してしまう。どちらの効果とも、結晶に電界が生じることにより電荷を蓄積することが、結晶の屈折率差△ｎを変化させる要因となる。特に、電気光学効果はｃ軸方向に大きく、ｃ軸方向をはさむ両側面間において大きな屈折率変動を生じさせる。
【００５６】
しかし、この実施の形態１では、ＬＮ結晶１１の側面に導電性接着剤１５を塗布しているために側面は導通しており、ＬＮ結晶１１の表面に電荷が蓄積することはない。したがって、上述の波長板１００には、焦電効果や圧電効果による屈折率△ｎやレーザ光伝播方向長さＬへの影響が出ず、環境変化に影響されない安定度の高い波長弁別特性を得ることができるという効果を有する。
【００５７】
また、ＬＮ結晶１１の側面にｃ軸１３およびａ軸１４が交差する面を有するようにＬＮ結晶１１を加工しているため、焦電効果および圧電効果により生じる分極した電荷が側面に集中して蓄積し、ＬＮ結晶１１のレーザ光入射端面や出力端面には僅かな電荷しか現われず、また、ＬＮ結晶１１の板厚がレーザ光入射面の長さに比べて１／１０程度と無視し得る大きさであるため、レーザ光入射端面への塗布を避けてＬＮ結晶１１の側面のみに導電性接着剤を塗布することによって、焦電効果や圧電効果による影響を充分に抑圧することが可能となる。
【００５８】
なお、この実施の形態１では導電性接着剤１５をＬＮ結晶１１の側面全周にわたって塗布して波長板１００を構成したが、第４図（ａ）に示すようなＬＮ結晶１１の側面に、ｃ軸方向をはさむ角を導通させるように導電性接着剤１５を塗布してもよい。すなわち、第４図（ｂ）は第４図（ａ）のｚ軸方向から見た図であるが、ｃ軸１３とＬＮ結晶１１の側面（第２図のハッチング部分）とが交差する２つの交点Ａ，Ｂ間を連続して繋いでいる側面Ｌ１，Ｌ２に導電性接着剤１５を付着させている。さらに、交点Ａ，Ｂの周辺に分極した電荷が集まるため、側面Ｌ２に対向する側面Ｌ３における、側面Ｌ１側の一部分であるｈ部と、側面Ｌ１に対向する側面Ｌ４における、側面Ｌ２側の一部分であるｇ部についても、導電性接着剤１５を塗布するとよい。この場合、電気光学効果が大きいｃ軸方向の電荷蓄積を特に抑制することができるため、導電性接着剤１５を塗布しない場合に比べて屈折率変動の抑制に対して格段の効果を生じる。なお、電気光学効果の影響が特にａ軸方向に現れる複屈折結晶の場合は、ａ軸方向をはさむ角を同様の方法で導通させるように導電性接着剤１５を塗布すればよい。
【００５９】
また、この実施の形態１では、ＬＮ結晶１１の側面を導通させる手段として導電性接着剤１５を塗布したが、他の方法として、ＬＮ結晶１１の側面にＮｉ−Ａｕの蒸着によるメタライズコーティングを施すことにより、側面を導通させてもよい。この他、ＬＮ結晶１１を接地させる他の手段を用いても、同様の効果が得られる。
【００６０】
さらに、この実施の形態１では、波長フィルタを構成する波長板１００にＬＮ結晶１１を用いたが、おなじ焦電特性を示すＬｉＴａＯ3結晶を用いても良い。この場合でもｚ軸方向に平行な側面を導通させることにより同様の効果が得られる。さらにまた、ＬＮ結晶１１の形状については四角形状の板状のものを示したが、所望の波長フィルタ特性を満足すればこの形状に限られることはなく、例えば五角形状や丸形状の板状のものであっても良い。
【００６１】
実施の形態２．
第５図は、この発明の実施の形態２による波長フィルタを示す構成図である。この波長フィルタは、上述した実施の形態１の第２図において、複屈折結晶を素材とする第２の波長板であるＹＶＯ4結晶１６が、レーザ光の光源である図示しない半導体レーザとＬＮ結晶１１との間に配置される構成を有している。なお、その他の構成要素は第２図で同一符号を付して示したものと同一または同等であるので、その説明を省略している。
【００６２】
ＹＶＯ4結晶１６は１軸の光学異方性を示し、ＬＮ結晶１１と同じように互いに直交するｃ軸１７とａ軸１８を有する。このＹＶＯ4結晶１６のｃ軸１７とａ軸１８とからなる面が、ｘｙ平面と平行になるように、すなわちレーザ光の入射端面と出力端面となるように、ＹＶＯ4結晶１６が配置される。また、入射するレーザ光の偏光方向をｘ軸方向とした場合に、ｃ軸１７が入射するレーザ光の偏光方向（ｘ軸方向）に対してｘｙ平面上で４５°傾くように配置される。したがって、ＹＶＯ4結晶１６のａ軸１８もｘｙ平面上で入射するレーザ光の偏光方向に対して４５°傾いている。このＹＶＯ4結晶１６において、入射するレーザ光のｃ軸１７方向の成分は位相速度が遅く、屈折率が高いスロー軸方向であり、ａ軸１８方向の成分は位相速度が速く屈折率が低いファスト軸方向である。この実施の形態２で使用されるＹＶＯ4結晶１６として、例えばｘ軸方向の長さが約２．５ｍｍ、ｙ軸方向の長さが約２．４ｍｍ、ｚ軸方向の厚み（板厚）が約０．９ｍｍの大きさに、長方形に切り出された結晶の板が用いられる。
【００６３】
第５図に示されるように、この実施の形態２の波長フィルタは、ＹＶＯ4結晶１６と波長板１００と偏光子１２によって構成されており、ＹＶＯ4結晶１６と偏光子１２との間に波長板１００が挟まれて配置されている。この実施の形態２では、温度変化に応じた屈折率差の変化による位相ずれ量δの変化が逆の特性を有するＹＶＯ4結晶１６とＬＮ結晶１１を用いることによって、位相ずれ量δの変化を相殺し、温度変化に応じた基準波長の変化を低減するように構成している。
【００６４】
なお、この実施の形態２において、実施の形態１と同様に、ＹＶＯ4結晶１６、偏光子１２および波長板１００は、図示されていないが、いずれも一端が金属性の保持部材によって保持される構成となっている。
【００６５】
つぎに、このように構成された波長フィルタの動作について説明する。
【００６６】
第５図の矢印の方向に沿って偏光状態（第３図（Ａ）の状態）を持ったレーザ光は、まずＹＶＯ4結晶１６に入射する。ＹＶＯ4結晶１６に入射したレーザ光の位相速度は、ｃ軸方向よりもａ軸方向の偏光成分の方が速いため、レーザ光の偏光状態はＹＶＯ4結晶１６を通過することにより変化する。つぎに、ＹＶＯ4結晶１６を通過したレーザ光は波長板１００を通過し、実施の形態１に示した波長板１００と同じ原理により偏光状態がさらに変化する。ＹＶＯ4結晶１６および波長板１００を通過したレーザ光のｃ軸方向とａ軸方向との間での位相ずれ量δは、ＬAをＹＶＯ4結晶１６の板厚（すなわちレーザ伝播方向の長さ）、ＬBをＬＮ結晶１１の板厚（すなわちレーザ伝播方向の長さ）、△ｎAをＹＶＯ4結晶１６のｃ軸とａ軸との屈折率差、そして△ｎBをＬＮ結晶１１のｃ軸とａ軸との屈折率差とすると、δ＝２π（△ｎA・ＬA＋△ｎB・ＬB）／λで表される。このとき、温度に応じた波長の変動は、αAをＹＶＯ4結晶１６のレーザ伝播方向の線膨張係数、αBをＬＮ結晶１１のレーザ伝播方向の線膨張係数とすると、式（１）に示されるようになる。
【００６７】
【数１】
【００６８】
ここで、ＬA，ＬBが以下に示す式（２）を満たすように、ＹＶＯ4結晶１６およびＬＮ結晶１１を加工すれば、式（１）の右辺はゼロとなり、理論上は温度変化による波長の変化が相殺される。
【００６９】
【数２】
【００７０】
この一例として、ＹＶＯ4結晶１６とＬＮ結晶１１のレーザ光伝播方向長さ比をＬA：ＬB＝約６：１とすると、温度変化によるそれぞれの△ｎおよびＬの変化を互いに相殺するような構成となり、理論上は全体として位相ずれ量δの変化がゼロとなる。より具体的には、ＹＶＯ4結晶１６およびＬＮ結晶１１の板厚が、それぞれＬA＝０．９７２５ｍｍ、ＬB＝０．１４９４ｍｍとなるようにした場合に、それらの材料特性を△ｎA＝０．２０３９，△ｎB＝−０．０７３１，ｄ△ｎA／ｄＴ＝−５．５［×１０-6／Ｋ］，ｄ△ｎB／ｄＴ＝３１．１［×１０-6／Ｋ］，αA＝４．５［×１０-6／Ｋ］，αB＝１５．７［×１０-6／Ｋ］とすることによって、式（２）が成立する。この場合の板厚ＬAおよびＬBの大きさは、これらの結晶を用いて波長フィルタを構成するのに取り扱い易いサイズである。ただし、ＬＮ結晶１１には上述の焦電効果および圧電効果が加味されるので、この影響を低減するために、実施の形態１で示したように、ＬＮ結晶１１のｚ軸方向に平行な側面に導電性接着剤１５を塗布して波長板１００を構成する必要がある。これにより、フィルタ温度が変化しても安定したフィルタ特性を得られることが明らかになった。
【００７１】
なお、ＹＶＯ4結晶１６には自発分極が生じず焦電効果はない。実際、発明者らの実験によれば、１０℃〜６０℃程度の温度範囲内でＹＶＯ4結晶１６の側面に導電性接着剤１５を塗布しても、温度変化に応じた焦電効果の影響がほとんど見られない。したがって、ＬＮ結晶１１との組合わせで波長フィルタを構成する場合には、必ずしもＹＶＯ4結晶１６のｚ軸方向に平行な側面に導電性接着剤を塗布しなくても良い。また、偏光子１２についても同様に、必ずしも導電性接着剤を塗布しなくても良い。
【００７２】
第６図は、第５図のようにＬＮ結晶１１のｚ軸方向に平行な側面に導電性接着剤１５を塗布し（塗布後に）、ＹＶＯ4結晶１６を並置して波長フィルタを構成した場合（ａ）と、同図におけるＬＮ結晶１１の側面に導電性接着剤１５を塗布せずに（塗布前に）ＹＶＯ4結晶１６を並置して波長フィルタを構成した場合（ｂ）との、温度変化による波長弁別特性の変化の一実験結果を示す図である。
【００７３】
この実験結果によれば、波長帯域１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍ内の特定の波長で安定してレーザ光を出射する半導体レーザを用いて、この波長フィルタの温度を１５℃〜５０℃まで変化させたときに、導電性接着剤１５の塗布前（ａ）の波長変動量が最大で１６０ｐｍ程度となるのに対し、導電性接着剤１５の塗布後（ｂ）の波長変動量が最大で６０ｐｍ程度となって、その比率差が倍以上になる。
【００７４】
また、導電性接着剤１５がない場合（ａ）は、波長フィルタの温度変化にともなって波長変動（第６図の矢印Ｒで示される変動幅）が大きくなり、電荷蓄積に起因すると思われる２０〜４０ｐｍの大きさで検出波長の飛び（第６図の矢印Ｋで示される）が見られ、しかも波長がヒステリシスに変動する。一方、ＬＮ結晶１１に導電性接着剤１５を塗布した場合（ｂ）には、上述のように波長変動量が小さくなり、また、上述した導電性接着剤１５の塗布前のような検出波長の飛びやヒステリシス変動は見られない。したがってＬＮ結晶１１の側面に導電性接着剤１５を塗布して導通させることにより、より安定度の高い高精度な波長弁別特性を得ることが可能となる。
【００７５】
これによって、波長フィルタを構成する光学部品としてＬＮ結晶１１を用いても、温度変化によってモニタする波長の変動が低減され、波長変化に応じた波長フィルタからの出力光の強度変化を、温度依存性が少なくより高い精度で検出するための波長弁別特性を有した波長フィルタを得ることができるという効果を有する。
【００７６】
なお、この実施の形態２では、導電性接着剤１５をＬＮ結晶１１のｚ軸方向に平行な側面の全周にわたって塗布したが、ｚ軸方向に平行な側面に部分的に塗布されていても良い。例えば、第４図に示すようにｃ軸方向をはさむ角を導通させるように、ｃ軸１３と交わる２つの交点の間を連続して繋ぐ面に（あるいはｃ軸１３と交差する２つの面を連続して繋ぐ側面に）、導電性接着剤１５を塗布してもよい。この場合、電気光学効果が大きいｃ軸方向の電荷蓄積は抑制されるため、導電性接着剤１５を塗布しない場合に比べて屈折率変動の抑制に対して格段の効果を生じる。
【００７７】
また、この実施の形態２では、ＬＮ結晶１１の側面を導通させる手段として導電性接着剤１５を塗布したが、他にメタライズコーティング等を施して側面を導通させる、または側面を接地させる等の手段を用いても同様の効果が得られる。
【００７８】
さらに、この実施の形態２では、波長フィルタを構成する波長板１００としてＬＮ結晶１１を用いたが、おなじ焦電特性を示すＬｉＴａＯ3結晶を用いても良い。この場合でもｚ軸方向に平行な側面を導通させることにより同様の効果がえられる。なお、この実施の形態２で使用されるＬＮ結晶１１やＹＶＯ4結晶１６は、アイソレータ等の光通信用部品として広く知られているものであって、材料の入手がしやすく、また量産性にも優れている。
【００７９】
実施の形態３．
第７図は、この発明の実施の形態３による波長モニタ装置の構成を示す概略図である。この波長モニタ装置は、前方端面および後方端面からレーザ光を出射する半導体レーザ２０、半導体レーザ２０の後方端面から出射されたレーザ光を集光するレンズ２１、受光した光の強度に応じた電気信号を発生する第１の受光器２２、受光した光の強度に応じた電気信号を発生する第２の受光器２３、検出温度に応じて信号を出力する温度センサ２４、第１および第２の受光器２２，２３の出力に基づいて半導体レーザ２０への注入電流を調整する制御器２５、温度センサ２４の出力信号に基づいて半導体レーザ２０の温度を調整する温度制御器２６、半導体レーザ２０を載置するとともに半導体レーザ２０の近傍に温度センサ２４を載置するマウント２７、レーザ光の波長に依存して通過光の強度が変化する波長フィルタ２８を有する。また、波長フィルタ２８はＹＶＯ4結晶１６、波長板１００および偏光子１２によって、実施の形態２と同様の波長フィルタを構成する。波長フィルタ２８の中で偏光子１２は、ＹＶＯ4結晶１６と波長板１００の半分程度の大きさを成して波長板１００の下側半分の部分と対向する位置に配置されている。また、波長板１００を通過した光の一部が直接第２の受光器２３に入射するように、波長板１００と第２の受光器２３との間の光路からずれたところに、偏光子１２が配置される。さらに、偏光子１２はその光路が第１の受光器２２と波長フィルタ２８との間に挟まれるようにして配置される。
【００８０】
つぎに、このように構成された波長モニタ装置の動作について説明する。
【００８１】
半導体レーザ２０の発振動作によって出射されたレーザ光は、レンズ２１によって集光されて平行光となる。レンズ２１を通過したレーザ光はＹＶＯ4結晶１６に入射し、入射レーザ光の偏光状態が変化する。ＹＶＯ4結晶１６を通過したレーザ光は波長板１００に入射し、そこで更に入射レーザ光の偏光状態が変化する。波長板１００を通過したレーザ光の光束の一部（光束Ａ）は、偏光子１２を通過して第１の受光器２２に入射し、第１の受光器２２からその入射光の強度に応じた電気信号Ｓ１が出力される。また、波長板１００を通過したレーザ光の光束の他の部分（光束Ｂ）は、偏光子１２に入射せずに（通過せずに）第２の受光器２３に入射し、第２の受光器２３でその入射光の強度に応じた電気信号Ｓ２が出力される。ここで、この光束Ａの偏光状態は、第５図に示したＹＶＯ4結晶１６および波長板１００を通過するレーザ光と同様に変化し、偏光子１２を通過したレーザ光の強度がこの偏光状態に応じて変化する。また、上記光束Ｂの偏光状態は、第５図に示したＹＶＯ4結晶１６および波長板１００を通過するレーザ光と同様に変化し、ＹＶＯ4結晶１６へ入射するレーザ光の偏光状態から位相がδずれて偏光した出力光となる。すなわち、偏光子１２を通過した光束Ａの光強度は、波長に依存した大きさとなり、また、波長板１００を通過した光束Ｂの光強度は、入射レーザ光の波長に依存しないものとなる。このため、偏光子１２を通過した光の光量（強度）を計測する第１の受光器２２の出力電気信号Ｓ１に基いて、半導体レーザ２０の波長の変化をモニタする波長モニタ装置を得ることができる。また、第２の受光器２３の出力電気信号Ｓ２に基いて、半導体レーザ２０の後方から出力されるレーザ光の強度を計測することができる。
【００８２】
つぎに、半導体レーザ２０の波長を安定化させるための制御動作について説明する。まず、第１および第２の受光器２２，２３の出力信号Ｓ１，Ｓ２が制御器２５に入力されると、制御器２５では、第２の受光器２３の出力電気信号Ｓ２によって第１の受光器２２の出力電気信号Ｓ１を除算し、その信号強度比Ｓ１／Ｓ２を計測する。また、制御器２５は、この計測された信号強度比Ｓ１／Ｓ２と予め設定された信号強度比との比較に基いて、半導体レーザ２０から出射される光信号が基準波長に対し短波長側にずれているか、それとも長波長側にずれているかを判定する。この際、信号強度比Ｓ１／Ｓ２を求めることによって、半導体レーザ２０の出力光の変動による影響が除去される。したがって、制御器２５では、上記判定の結果、基準波長に対し短波長側にずれている場合には、半導体レーザへの注入電流（バイアス電流）を増加させて、半導体レーザの発振波長を長くするように制御を行う。一方、上記判定の結果、基準波長に対し長波長側にずれている場合には、半導体レーザ２０への注入電流を減少させて半導体レーザ２０の発振波長を短くするように制御を行う。また、温度制御器２６は、温度センサ２４からの検出温度に応じた出力信号によってマウント２７に搭載された半導体レーザ２０の温度を検出し、この温度センサ２４の出力信号に基いて半導体レーザ２０の温度が所望の温度となるように、ペルチェ素子によって半導体レーザ２０の搭載されたマウントを加熱または冷却して、半導体レーザ２０の温度制御を行う。
【００８３】
なお、ここでは、半導体レーザ２０への注入電流を増減させることによって、半導体レーザ２０の温度制御を行うことについて述べたが、この実施の形態３における他の態様として、第１および第２の受光器２２，２３の出力信号Ｓ１，Ｓ２に基いて、半導体レーザの温度を調整することによって、半導体レーザの発振波長を調整しても良い。この場合の制御器２５は、第１および第２の受光器２２，２３の出力信号Ｓ１，Ｓ２の信号強度比Ｓ１／Ｓ２に基いて、半導体レーザ２０の発振波長を安定化させるように、温度制御器２６に制御信号を与えて半導体レーザ２０の温度を調整する（温度の精調整を行う）。一般に、半導体レーザは温度によって波長が変化し、温度が高くなると発振波長が長くなるため、信号強度比Ｓ１／Ｓ２に基づいた制御器２５における判定によって、基準波長に対し短波長側にずれていると判定した場合には、温度を高くするように半導体レーザ２０の温度調整を行い、一方、基準波長に対し長波長側にずれていると判定した場合には、温度を低くするように半導体レーザ２０の温度調整を行う。
【００８４】
また、温度制御器２６は、温度センサ２４の出力信号に基いて制御器２５よりも大きな制御時定数を持たせることによって、半導体レーザ２０の温度を所望の温度に調整する（粗く温度調整を行う）。
【００８５】
さらに、制御器２５の他の態様として、第１および第２の受光器２２，２３の出力信号Ｓ１，Ｓ２の信号強度比Ｓ１／Ｓ２に基づいて、半導体レーザ２０の発振波長を安定化させるように、温度制御器２６に制御目標信号（目標温度）を与えて半導体レーザ２０の温度を調整する構成であっても良い。この場合、半導体レーザは温度によって波長が変化し、温度が高くなると発振波長が長くなるため、信号強度比Ｓ１／Ｓ２に基づいた制御器２５における判定によって、基準波長に対し短波長側にずれていると判定した場合には、目標温度を高くするように温度制御器２６の目標温度を設定する。一方、基準波長に対し長波長側にずれていると判定した場合には、温度を低くするように温度制御器２６の目標温度を設定する。温度制御器２６は、温度センサ２４の出力信号に基いて、半導体レーザ２０の温度（温度センサ２４の出力信号）が目標温度に一致するように温度調整を行う（制御器２５は温度制御器２６よりも大きな制御時定数を持たせる）。
【００８６】
また、この波長モニタ装置は、半導体レーザ２０の前方から出射された光を図示しない光ファイバに結合させ、該光ファイバを介して半導体レーザ２０からの出力信号を送信するような光半導体モジュールを構成しても良い。
【００８７】
勿論、半導体レーザ２０の前方から出射された光を図示しない光ファイバに結合させ、該光ファイバを介して半導体レーザ２０からの出力信号をこの波長モニタ装置の波長フィルタ２８に入射させ、第１および第２の受光器２２，２３を介して波長をモニタするような構成としても良い。
【００８８】
この実施の形態３によれば、波長フィルタの温度変化に対しても安定して、高い波長弁別特性を有して波長をモニタすることができ、また、波長モニタ装置の環境温度の変化に対しても精度良く波長を安定化させることができるという効果を有する。
【００８９】
以上説明したように、この発明によれば、ＬＮ結晶の側面に導電性物質を付着して側面の導通を取ることにより、ＬＮ結晶の側面に電荷が溜まらず、温度変化によって生じる焦電効果等の環境変化による影響を低減でき、より安定度の高い波長弁別特性が得られる。
【００９０】
【産業上の利用可能性】
この発明は、光ファイバを利用した波長分割多重通信、高密度波長分割多重通信に用いられる光源としての半導体レーザの波長モニタ装置および該波長モニタ装置に使用される波長板、波長フィルタとして用いる場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１図は、従来の光フィルタの構成を示す図である。
【図２】 第２図は、この発明の実施の形態１による波長フィルタの構成を示す図である。
【図３】 第３図は、この発明の実施の形態１による波長板を通過した光の偏光状態の変化例を示す図である。
【図４】 第４図は、この発明の実施の形態１による波長板の、導電性接着材の塗布に関わる他の態様を示す図である。
【図５】 第５図は、この発明の実施の形態２による波長フィルタの構成を示す図である。
【図６】 第６図は、この発明の実施の形態２の波長フィルタにおける波長の温度依存特性を示す図である。
【図７】 第７図は、この発明の実施の形態３による波長モニタ装置の構成を示す図である。
【技術分野】
この発明は、レーザ光の入射する波長板、波長フィルタ、および波長モニタ装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
近年、異なる多数の波長の光を用いることで、1本の光ファイバをあたかも複数のファイバが存在するかのように利用する高密度波長多重（Dense Wavelength Division Multiplexing；以下、ＤＷＤＭという）方式に関わる技術が開発されてきている。ＤＷＤＭでは、１波あたりで数Ｇｂｉｔの帯域を確保することができ、技術的には１本のファイバで数十波（数百Ｇｂｉｔ）の通信を行うことができる。ＤＷＤＭ方式では、異なる波長帯域の光信号を高密度に多重化するために、各波長帯域の間隔を狭くするとともにその重なりを避けて、それぞれの波長帯域を安定化させる必要がある。このＤＷＤＭ方式に適用する光通信用デバイスとしてレーザダイオード（以下、半導体レーザという）から特定の波長帯域を有する光信号を出力する半導体モジュールが用いられており、波長帯域の異なる複数の半導体モジュールの出力光を１本の光ファイバに多重化することによって波長多重が行われる。
【０００３】
この種の半導体モジュールとして、特開２００１−２４４５５７号公報において、半導体レーザの後方から出射される光の波長をモニタし、半導体レーザの発振波長を特定の波長帯域内に安定化させるように半導体レーザへの注入電流および温度の調整を行い、半導体レーザの発振波長を制御する技術が開示されている。一般に、注入電流を増加して半導体レーザの出力を高くすると、半導体レーザの発振波長が長くなることが知られている。また、半導体レーザは温度によって波長が変化し、温度が高くなると半導体レーザの発振波長が長くなることも知られている。そこで、光学異方性を有し入力するレーザ光の偏光方向によって屈折率が異なる複屈折結晶であって、その両端面に反射コーティングが施された複屈折結晶を用いて半導体レーザの発振波長をモニタすることが開示されている。また、結晶温度の増加に伴って屈折率が増加するＹＶＯ4結晶と屈折率が減少するβ−ＢａＢ2Ｏ4結晶の２つの結晶を組み合わせて用いることによって、複屈折結晶の温度に対する屈折率の変化を相殺する点も開示されている。
【０００４】
また、「Ｋｉｍｕｒａ ｅｔ．ａｌ “Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｌｔｅｒ，” ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳ ＯＦ ＩＥＥＥ，Ａｕｇｕｓｔ １９７１ ｐｐ．１２７３−１２７４」においても、２枚の複屈折結晶を用いた光フィルタが開示されている。第１図はその構成を示すものであり、入射光軸方向に垂直な面内上の水平軸方向に対して４５度傾いた直線偏光のみを透過する第１の偏光子５１、入射光軸方向に垂直な面内上の垂直軸方向にファスト軸が存在するＣａＣＯ3結晶５２、入射光軸方向に垂直な面内上の垂直軸方向にスロー軸が存在するＬｉＴａＯ3結晶５３、および第１の偏光子と同じ偏光方向の直線偏光のみを透過する第２の偏光子５４で光フィルタが構成されている。ここで、複屈折結晶の光軸に垂直な面内において、屈折率が最も低い軸方向をファスト軸といい、このファスト軸に垂直な軸をスロー軸という。
【０００５】
これによって、入射レーザ光は第１の偏光子５１から入射され、第１の偏光子５１を通過したレーザ光の偏光は、光軸方向に垂直な面内において水平軸方向から４５度傾いた成分のみとなる。したがって、ＣａＣＯ3結晶５２、ＬｉＴａＯ3結晶５３の結晶軸に対して４５度傾いた偏光が各結晶へ順に入射される。ＣａＣＯ3結晶５２、ＬｉＴａＯ3結晶５３を通過したレーザ光は各結晶で各々異なる位相ずれが与えられ、第２の偏光子５４では第１の偏光子５１で透過した偏光と同じ偏光成分のみが透過する。このとき、各結晶５２，５３で与えられた位相ずれが波長依存性を持つため、第２の偏光子５４を通過したレーザ光の強度も波長依存性を持つ。しかし、このＣａＣＯ3結晶５２、ＬｉＴａＯ3結晶５３は、互いに温度変化に対する位相ずれ量δの変化方向が逆で、その量も相殺されるように各々の結晶厚みｌ1，ｌ2が調整されているので、第２の偏光子５４を通過したレーザ光の波長が温度変化によって変化しにくいという特徴を持つ。
【０００６】
このＬｉＴａＯ3結晶５３は安価で大量に量産が可能な複屈折結晶材料であり、発明者らは、先に自らが出願した国際公開第０１／５７４８７Ａ１号パンフレットにおいて、ＬｉＴａＯ3結晶５３と同様に、安価で大量に量産が可能な複屈折結晶材料であるＬｉＮｂＯ3結晶を用いて、半導体レーザの発振波長をモニタする方法を提案している。係る出願の明細書中には、ＬｉＮｂＯ3結晶の有する光学異方性により軸方位によって感じる屈折率が異なり、通過するレーザ光の波長に応じて偏光状態が変化する性質を利用して、ＬｉＮｂＯ3結晶を用いて波長フィルタを構成し、該複屈折結晶であるＬｉＮｂＯ3結晶を通過した光の偏光状態を検出することによって、半導体レーザの発振波長をモニタできる点が記載されている。また、結晶温度の増加に伴って屈折率が増加するＹＶＯ4結晶と屈折率が減少するＬｉＮｂＯ3結晶の２つの結晶を組み合わせて用いることによって、複屈折結晶の温度変化に対する屈折率の変化を相殺できる点が記載されている。
【０００７】
しかし、温度変化に対する屈折率の変化を相殺するように波長フィルタを構成しても、波長フィルタを構成する複屈折結晶の材料の種類によっては波長フィルタの温度変化に対して位相ずれが残存し、波長をモニタするにあたって無視し得ない影響を及ぼすことが、最近の発明者らの実験によって明らかになった。
【０００８】
すなわち、一定に安定化させるための制御目標の波長（基準波長）で安定に発振するレーザ光を波長フィルタに入射させても、波長フィルタ通過後の波長が温度変化によって変動してしまうことが確認された。この実験において、発明者らは波長フィルタを構成する複屈折結晶の１つにＬｉＮｂＯ3結晶を用いたが、このＬｉＮｂＯ3結晶におけるレーザ光の伝播方向の厚みがレーザ光の入射面の大きさに比して極めて薄いにもかかわらず、それがもつ焦電効果に起因して位相ずれ量δの変化が残り、そのため、温度変化や外部応力によって波長フィルタによる波長弁別特性が変化してしまい、この変化が半導体レーザの発振波長を高精度にモニタする上で無視し得なくなることが判明した。また、この場合、焦電効果の発生に伴って圧電効果が生じ、位相ずれ量δの変化をさらに増長させることも明らかになった。
【０００９】
一方、特開昭６２−７３２０７号公報には、光導波路デバイスにＬｉＮｂＯ3結晶を用いた例が記載されている。この光導波路において温度を変化させると、焦電効果によりＬｉＮｂＯ3から成る基板が分極の状態を変化させるので表面に電荷が蓄積される。その蓄積された電荷に対応して電極の底面に反対の電荷が供給される。このとき光導波路デバイスは、電極間に電界を加えることにより導波路の屈折率を変化させて変調動作を行うが、温度変化によって導波路内に電荷が生じると、導波路長に渡って特性が大きく変化してしまう。そこで、当該公報においては、導波路長に渡って基板表面にＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）膜をコーティングして、電極と電極間の表面内における電荷の分布を一様にすることによって、電極間から電極に向かう電界の発生をなくし、温度変化による変調特性の変化を抑制できることを記載している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＬｉＮｂＯ3基板の表面に蓄積された電荷は、上述のように局在せずに一様に蓄積されるため、電気光学効果により屈折率変動を起こしてしまう。また、ＩＴＯ膜は表面に電荷を誘起するものの、このような物質は一般に比較的高価であり、コーティング等の取り扱いが比較的困難であった。
【００１１】
なお、この他の複屈折結晶の材料として、米国ＶＬＯＣ社カタログ「ＬＡＳＥＲ ＯＰＴＩＣＳ，ＣＯＡＴＩＮＧＳ，ＣＲＹＳＴＡＬＳ ＡＮＤ ＣＡＶＩＩＥＳ」（ＶＬＯＣ社発行）９〜１３ページに記載されているようなＳｉＯ2結晶が一般に用いられているが、この材料は天然にしか存在せず、しかも高価であるため、大量生産するには難しいという問題点があった。
【００１２】
従来の波長フィルタは以上のように構成され、温度変化に伴う屈折率の変化を相殺するように２枚の複屈折結晶を用いるものの、複屈折結晶に焦電性材料を用いているため焦電効果やそれに伴う圧電効果が起こり、波長弁別特性の精度向上に無視しえない影響を与えてしまうという問題点があった。
【００１３】
また、焦電性材料を用いた従来の光導波路デバイスにおいては、電極の設置された表面にＩＴＯ膜をコーティングすることによって電荷が局在しなくなるものの、該表面に一様に電荷が蓄積されることになり、それによってやはり屈折率の変化が生じてしまうという問題点があった。さらに、表面に電荷を誘起するためにＩＴＯ膜を用いているが、一般にこのような材料は高価であり、コーティング等の取り扱いが比較的困難であるという問題点があった。
【００１４】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、安価で量産の容易なＬｉＮｂＯ3結晶やＬｉＴａＯ3結晶等の複屈折結晶を用い、これらの材料に固有な焦電効果および圧電効果を抑制して、温度や外部応力等の環境変化に対して安定した偏光特性や波長弁別特性を得ることが可能な波長板および波長フィルタを得ることを目的とする。また、これらの波長板または波長フィルタを用いた波長モニタ装置を得ることも目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる波長板は、ＬｉＮｂＯ3結晶またはＬｉＴａＯ3結晶から成り、光学軸であるｃ軸、および前記ｃ軸に垂直なａ軸を含む一対の第１の面と、前記一対の第１の面以外の面を構成する第２の面とからなる波長板であって、前記第２の面の全面に導電性物質が付着されたことを特徴とする。
【００１６】
また、この発明にかかる波長板は、ＬｉＮｂＯ3結晶またはＬｉＴａＯ3結晶から成り、光学軸であるｃ軸、および前記ｃ軸に垂直なａ軸を含む一対の第１の面と、前記一対の第１の面以外の面を構成する第２の面とからなる波長板であって、前記ｃ軸が前記第２の面上で交わる２つの点間を導通させるように、前記第２の面上の領域に導電性物質が付着されたことを特徴とする。
【００１７】
つぎの発明にかかる波長板は、上記の発明において、前記一対の第１の面間の距離は、前記第１の面の長さの１／１０以下であることを特徴とする。
【００１８】
つぎの発明にかかる波長板は、上記の発明において、前記導電性物質は、導電性接着剤または金属導体のいずれかから成ることを特徴とする。
【００１９】
つぎの発明にかかる波長板は、上記の発明において、前記第２の面の少なくとも一端が金属部材に固着されていることを特徴とする。
【００２０】
つぎの発明にかかる波長板は、上記の発明において、一方の前記第１の面に対向して、他の複屈折結晶の板をさらに配置したことを特徴とする。
【００２１】
つぎの発明にかかる波長板は、上記の発明において、前記他の複屈折結晶の板は、ＹＶＯ4結晶から成ることを特徴とする。
【００２２】
つぎの発明にかかる波長板は、上記の発明において、前記第１の面は、四角形状を有することを特徴とする。
【００２３】
つぎの発明にかかる波長板は、上記の発明において、前記第１の面上に、ＡＲコート（ Anti Reflection Coating ）が施されていることを特徴とする。
【００２４】
この発明にかかる波長フィルタは、第１の方向に偏光したレーザ光を出力する半導体レーザと、前記半導体レーザから出射されたレーザ光の偏光状態を変化させる波長板と、前記波長板を通過したレーザ光の前記第１の方向と垂直な方向に偏光した成分のみを透過させる偏光子と、を備える波長フィルタにおいて、前記波長板は、光学軸であるｃ軸、および前記ｃ軸に垂直なａ軸を含む一対の第１の面と、前記一対の第１の面以外の面を構成する第２の面とを有するＬｉＮｂＯ3結晶またはＬｉＴａＯ3結晶から成り、前記第２の面の 全面に導電性物質が付着されたことを特徴とする。
【００２５】
また、この発明にかかる波長フィルタは、１の方向に偏光したレーザ光を出力する半導体レーザと、前記半導体レーザから出射されたレーザ光の偏光状態を変化させる波長板と、前記波長板を通過したレーザ光の前記第１の方向と垂直な方向に偏光した成分のみを透過させる偏光子と、を備える波長フィルタにおいて、前記波長板は、光学軸であるｃ軸、および前記ｃ軸に垂直なａ軸を含む一対の第１の面と、前記一対の第１の面以外の面を構成する第２の面とを有するＬｉＮｂＯ3結晶またはＬｉＴａＯ3結晶から成り、前記ｃ軸が前記第２の面上で交わる２つの点間を導通させるように、前記第２の面上の領域に導電性物質が付着されたことを特徴とする。
【００２６】
つぎの発明にかかる波長フィルタは、上記の発明において、前記波長板の前記一対の第１の面間の距離は、前記第１の面の長さの１／１０以下であることを特徴とする。
【００２７】
つぎの発明にかかる波長フィルタは、上記の発明において、前記導電性物質は、導電性接着剤または金属導体のいずれかから成ることを特徴とする。
【００２８】
つぎの発明にかかる波長フィルタは、上記の発明において、前記波長板の前記第２の面の少なくとも一端が金属部材に固着されていることを特徴とする。
【００２９】
つぎの発明にかかる波長フィルタは、上記の発明において、前記波長板の前記レーザ光の入射方向の前方または後方に、他の複屈折結晶の板をさらに配置したことを特徴とする。
【００３０】
つぎの発明にかかる波長フィルタは、上記の発明において、前記他の複屈折結晶の板は、ＹＶＯ4結晶から成ることを特徴とする。
【００３１】
つぎの発明にかかる波長フィルタは、上記の発明において、前記波長板の前記第１の面は、四角形状を有することを特徴とする。
【００３２】
つぎの発明にかかる波長フィルタは、上記の発明において、前記波長板の前記第１の面上に、ＡＲコート（ Anti Reflection Coating ）が施されていることを特徴とする。
【００３３】
この発明にかかる波長モニタ装置は、上記に記載の波長板と、前記波長板の通過光の光路上に配置され、入射光に応じた信号を出力する受光器と、前記波長板の光路上における該波長板と受光器との間に配置された偏光子と、を備えたことを特徴とする。
【００３４】
つぎの発明にかかる波長モニタ装置は、半導体レーザと、前記半導体レーザの出力光が通過する上記に記載の波長板と、前記波長板の通過光の光路上に配置され、入射光に応じた信号を出力する受光器と、前記波長板の光路上における該波長板と受光器との間に配置された偏光子と、を備えたことを特徴とする。
【００３５】
つぎの発明にかかる波長モニタ装置は、半導体レーザと、前記半導体レーザの出力光が通過する上記に記載の波長板と、前記波長板の通過光の光路上に配置され、入射光に応じた信号を出力する第１の受光器と、前記波長板の通過光の光路上に配置され、入射光に応じた信号を出力する第２の受光器と、前記波長板と前記第１の受光器との間の光路上に配置され、前記波長板と第２の受光器との間の光路から外れて配置された偏光子と、を備えたことを特徴とする。
【００３６】
つぎの発明にかかる波長モニタ装置は、半導体レーザと、前記半導体レーザの出力光が通過する上記に記載の波長板と、前記波長板の通過光の光路上に配置され、入射光に応じた信号を出力する受光器と、前記波長板の光路上における該波長板と受光器との間に配置された偏光子と、前記受光器の出力信号に基づいて、前記半導体レーザまたは該半導体レーザを搭載するマウントの温度または該半導体レーザへの注入電流を調整する制御器と、を備えたことを特徴とする。
【００３７】
つぎの発明にかかる波長モニタ装置は、上記に記載の波長板と、前記波長板の通過光の光路上に配置され、入射光に応じた信号を出力する受光器と、前記波長板の光路上における該波長板と受光器との間に配置された偏光子と、を備えたことを特徴とする。
【００３８】
つぎの発明にかかる波長モニタ装置は、半導体レーザと、前記半導体レーザの出力光が通過する上記に記載の波長板と、前記波長板の通過光の光路上に配置され、入射光に応じた信号を出力する受光器と、前記波長板の光路上における該波長板と受光器との間に配置された偏光子と、を備えたことを特徴とする。
【００３９】
つぎの発明にかかる波長モニタ装置は、半導体レーザと、前記半導体レーザの出力光が通過する上記に記載の波長板と、前記波長板の通過光の光路上に配置され、入射光に応じた信号を出力する第１の受光器と、前記波長板の通過光の光路上に配置され、入射光に応じた信号を出力する第２の受光器と、前記波長板と前記第１の受光器との間の光路上に配置され、前記波長板と第２の受光器との間の光路から外れて配置された偏光子と、を備えたことを特徴とする。
【００４０】
つぎの発明にかかる波長モニタ装置は、半導体レーザと、前記半導体レーザの出力光が通過する上記に記載の波長板と、前記波長板の通過光の光路上に配置され、入射光に応じた信号を出力する受光器と、前記波長板の光路上における該波長板と受光器との間に配置された偏光子と、 前記受光器の出力信号に基づいて、前記半導体レーザまたは該半導体レーザを搭載するマウントの温度または該半導体レーザへの注入電流を調整する制御器と、を備えたことを特徴とする。
【００４１】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明にかかる波長板、波長フィルタおよび波長モニタ装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００４２】
実施の形態１．
この実施の形態１では、波長フィルタを構成する光学部品として、互いに垂直な方向に振動するレーザ光の直線偏光が通過したときに、これらの間に位相ずれを生じさせるような複屈折結晶を素材とした波長板を用いることを特徴とする。この波長板は、光学異方性を有し、軸方位によって感じる屈折率が異なる。１軸性の複屈折結晶の場合、ある特定の軸方向の屈折率が他の２軸と異なり、一般にこの特定の軸方向は光学軸（以下、ｃ軸という）と呼ばれる。この複屈折結晶には、入射するレーザ光の進行方向に垂直な面内に、互いに直交方向に向いたファスト軸とスロー軸が存在する。ファスト軸方向の偏光は感じる屈折率が小さく、位相速度が速い。一方、スロー軸方向の偏光は屈折率が大きく、位相速度が遅い。したがって、この直交する両偏光成分を有するレーザ光が入射すると、その出力光はその両軸に沿って位相ずれを起こし、偏光方向が回るように偏光状態が変化する。位相ずれ量δは、レーザ光の波長をλ、１軸性複屈折結晶のファスト軸方向およびスロー軸方向の偏光が感じる屈折率をそれぞれｎe，ｎo、レーザ光伝播方向の長さをＬとすると、δ＝２π（ｎe−ｎo）Ｌ／λで与えられ、波長λに応じた関数となる。なお、δ＝１／４π，１／２πとなるものを、特に、それぞれ四分の一波長板、二分の一波長板と呼ぶ。この波長板は任意に偏光を調整することができるので、偏光制御素子として広く使用されている。このとき、波長板として安価であって大量生産が可能なＬｉＮｂＯ3結晶（以下、ＬＮ結晶という）を用いるが、この結晶が焦電性を有するため温度変化によって生じる焦電効果の影響を低減するために、波長板の周囲に導電性物質を付着させる必要がある。
【００４３】
また、この実施の形態１では、レーザ光の入射方向に対してこの波長板の後段に偏光子を配置することによって、波長に依存して通過光の強度が変化する波長フィルタを構成することを特徴とする。
【００４４】
以下、図面を参照しながら本発明のこの実施の形態１の具体的態様について説明する。
【００４５】
第２図は、この発明の実施の形態１による波長フィルタを示す構成図であり、第３図は、第２図における波長フィルタへ入射する前後のレーザ光の偏光状態を示す図である。以下の説明は、第２図に示したとおりのｘｙｚ軸の直交座標系に基づいて行う。すなわち、レーザ光の進行方向（光軸方向）を空間座標においてｚ軸の方向と定め、空間における上方向をｙ軸の方向と定め、ｚ軸およびｙ軸に直交する方向（第２図において、紙面から手前側に向かう方向）をｘ軸と定めるものとする。
【００４６】
波長フィルタは、波長板１００と偏光子１２によって構成される。波長板１００は、１軸の光学異方性を有する複屈折結晶を素材としたＬＮ結晶１１の側面に、導電性接着剤１５が塗布されることによって構成される。また、波長板１００のｚ軸と垂直な面を成すレーザ光の入射端面および出力端面にはＡＲコート（Anti Reflection Coating）が施され、これらの入射および出力端面におけるレーザ光の反射および多重反射を防止している。
【００４７】
ＬＮ結晶１１は、レーザ光の入射方向（ｚ軸方向）の板の厚みがレーザ光の入射面の長さ（ｘｙ面内の寸法）の１／１０以下となるように加工されている。例えば、ＬＮ結晶１１として、ｘ軸方向の長さが約２．５ｍｍ、ｙ軸方向の長さが約２．４ｍｍ、ｚ軸方向の厚み（板厚）が約０．１５ｍｍの大きさに、長方形に切り出された結晶の板が用いられる。ＬＮ結晶１１のｃ軸１３とｃ軸に直交する軸（以下、ａ軸という）１４とからなる面が、ｘｙ平面と平行になるように、すなわちレーザ光の入射端面と出力端面となるように、ＬＮ結晶１１が配置される。また、入射するレーザ光の偏光方向をｘ軸方向とした場合に、ｃ軸１３とａ軸１４は、レーザ光の偏光方向に対してそれぞれ４５°傾くように配置される。このＬＮ結晶１１内において、入射するレーザ光のｃ軸方向の成分は、位相速度が遅くて屈折率が高いスロー軸の方向であり、また、ａ軸方向の成分は位相速度が速くて屈折率が低いファスト軸の方向である。ここで、ＬＮ結晶１１のｃ軸方向の屈折率をｎe、ａ軸方向の屈折率をｎoとすると、各屈折率は、概ねｎe＝２．２１１４，ｎo＝２．１３８３となる。
【００４８】
導電性接着剤１５は、例えば素材として、銀（Ａｇ）ペーストが７割程度含有された銀白色のエコボンド（ナショナル スターチ アンド ケミカル インベストメント ホールディング コーポレーションの商標）であるＳＯ半導体レーザＥＲ５６Ｃ（メーカー名：ＥＭＥＲＳＯＮ）が用いられ、ＬＮ結晶１１の表面のうち、ｚ軸方向に平行な側面全てに結晶表面が露出しない程度の膜厚で、図のハッチ部分のように塗布されている。なお、この導電性接着剤１５は、ＬＮ結晶１１の側面に塗布することによって正負に分極した電荷の導通をとるものであればよく、これ以外の他の導電性接着剤を用いても良い。
【００４９】
このようにして構成される波長板１００のｚ軸方向に平行な側面における少なくとも一端が、図示しない金属性の保持部材によって保持固定されている。発明者らは、その一例として第２図中における波長板１００の右端を保持するようにしたが、波長板１００の四辺のどの端面を保持しても良い。なお、この保持部材には、ＬＮ結晶１１と線膨張係数が近似した材料を用いることが望ましい。
【００５０】
偏光子１２はｙ軸方向の偏光成分のみを透過し、それに直交したｘ軸方向の偏光成分を吸収または反射するものである。
【００５１】
このように波長板１００および偏光子１２によって構成された波長フィルタに、第２図のｚ軸方向に向かってレーザ光のビームが入射される。第３図は、波長フィルタに入射される前後のレーザ光の偏光状態の変化を示している。すなわち、第３図（Ａ）は、波長板１００へ入射するレーザ光の偏光状態を示し、（Ｂ）は波長板１００を通過したレーザ光の偏光状態の一例を示し、そして（Ｃ）は偏光子１２を通過した後の偏光状態を示している。
【００５２】
つぎに、このように構成された波長フィルタの動作について説明する。
【００５３】
第２図の矢印（入射ビーム）の方向に沿って第３図（Ａ）の偏光状態をもったレーザ光が波長板１００に入射する。波長板１００に入力したレーザ光の位相速度は、ｃ軸方向よりもａ軸方向の偏光成分の方が速いため、レーザ光の偏光状態は、波長板１００を通過することにより変化する。偏光状態の変化はｃ軸方向とａ軸方向との間の位相ずれに起因し、その量δは、レーザ光の波長をλ、ｃ軸方向の屈折率とａ軸方向の屈折率との差（以下、屈折率差という）を△ｎ、波長板１００のレーザ光伝播方向長さをＬとすると、δ＝２π△ｎＬ／λで表される。この位相ずれ量δを使用して偏光子１２を通過したレーザ光の強度Ｉｐを求めると、偏光子１２がｙ軸方向の偏光成分のみを透過させる特性を有し、波長板１００のｃ軸方向がｘ軸方向に対して４５°傾いている場合、Ｉｐはｓｉｎ（δ／２）の２乗となる。もし偏光子１２にｘ軸方向の偏光成分のみを透過させる特性をもった偏光子を使用した場合には、Ｉｐはｃｏｓ（δ／２）の２乗となる。したがって、位相ずれ量δは波長λに依存し、偏光子１２を通過した光の強度Ｉｐはδによって定まるため、偏光子１２を透過した光の強度Ｉｐを計測することにより、波長依存性に基く特性、すなわち波長弁別特性を得ることができる。
【００５４】
ところが、偏光子１２の透過強度は、環境温度、外部応力にも依存する。ＬＮ結晶１１の場合、焦電効果および圧電効果により屈折率差△ｎおよびレーザ光伝播方向長さＬが変化してしまうので、波長弁別特性に影響を与える。ここで、焦電効果とは、結晶温度が変化することによって結晶内の自発分極が変化し、結晶表面に電荷が蓄積される現象である。この焦電効果によって表面に電荷が蓄積されると、電気光学効果によってその結晶の屈折率、つまり△ｎが変化してしまう。また、圧電効果とは、外部応力により結晶に歪みが起きるとそこで電界が生じる現象である。この圧電効果によって結晶内に電界が生じると上述の焦電効果と同様に電気光学効果により結晶の屈折率差△ｎが変化してしまう。この際、焦電効果によって屈折率が変動するのに伴って、この圧電効果がさらに増長される。
【００５５】
通常、上述したように波長板１００の端面は保持部材によって固定されるため、波長板１００におけるＬＮ結晶１１と保持部材との線膨張係数の差により、温度変化に応じてＬＮ結晶１１の保持部材との固定部分周辺に歪みが生じ、焦電効果と圧電効果を誘起してしまう。どちらの効果とも、結晶に電界が生じることにより電荷を蓄積することが、結晶の屈折率差△ｎを変化させる要因となる。特に、電気光学効果はｃ軸方向に大きく、ｃ軸方向をはさむ両側面間において大きな屈折率変動を生じさせる。
【００５６】
しかし、この実施の形態１では、ＬＮ結晶１１の側面に導電性接着剤１５を塗布しているために側面は導通しており、ＬＮ結晶１１の表面に電荷が蓄積することはない。したがって、上述の波長板１００には、焦電効果や圧電効果による屈折率△ｎやレーザ光伝播方向長さＬへの影響が出ず、環境変化に影響されない安定度の高い波長弁別特性を得ることができるという効果を有する。
【００５７】
また、ＬＮ結晶１１の側面にｃ軸１３およびａ軸１４が交差する面を有するようにＬＮ結晶１１を加工しているため、焦電効果および圧電効果により生じる分極した電荷が側面に集中して蓄積し、ＬＮ結晶１１のレーザ光入射端面や出力端面には僅かな電荷しか現われず、また、ＬＮ結晶１１の板厚がレーザ光入射面の長さに比べて１／１０程度と無視し得る大きさであるため、レーザ光入射端面への塗布を避けてＬＮ結晶１１の側面のみに導電性接着剤を塗布することによって、焦電効果や圧電効果による影響を充分に抑圧することが可能となる。
【００５８】
なお、この実施の形態１では導電性接着剤１５をＬＮ結晶１１の側面全周にわたって塗布して波長板１００を構成したが、第４図（ａ）に示すようなＬＮ結晶１１の側面に、ｃ軸方向をはさむ角を導通させるように導電性接着剤１５を塗布してもよい。すなわち、第４図（ｂ）は第４図（ａ）のｚ軸方向から見た図であるが、ｃ軸１３とＬＮ結晶１１の側面（第２図のハッチング部分）とが交差する２つの交点Ａ，Ｂ間を連続して繋いでいる側面Ｌ１，Ｌ２に導電性接着剤１５を付着させている。さらに、交点Ａ，Ｂの周辺に分極した電荷が集まるため、側面Ｌ２に対向する側面Ｌ３における、側面Ｌ１側の一部分であるｈ部と、側面Ｌ１に対向する側面Ｌ４における、側面Ｌ２側の一部分であるｇ部についても、導電性接着剤１５を塗布するとよい。この場合、電気光学効果が大きいｃ軸方向の電荷蓄積を特に抑制することができるため、導電性接着剤１５を塗布しない場合に比べて屈折率変動の抑制に対して格段の効果を生じる。なお、電気光学効果の影響が特にａ軸方向に現れる複屈折結晶の場合は、ａ軸方向をはさむ角を同様の方法で導通させるように導電性接着剤１５を塗布すればよい。
【００５９】
また、この実施の形態１では、ＬＮ結晶１１の側面を導通させる手段として導電性接着剤１５を塗布したが、他の方法として、ＬＮ結晶１１の側面にＮｉ−Ａｕの蒸着によるメタライズコーティングを施すことにより、側面を導通させてもよい。この他、ＬＮ結晶１１を接地させる他の手段を用いても、同様の効果が得られる。
【００６０】
さらに、この実施の形態１では、波長フィルタを構成する波長板１００にＬＮ結晶１１を用いたが、おなじ焦電特性を示すＬｉＴａＯ3結晶を用いても良い。この場合でもｚ軸方向に平行な側面を導通させることにより同様の効果が得られる。さらにまた、ＬＮ結晶１１の形状については四角形状の板状のものを示したが、所望の波長フィルタ特性を満足すればこの形状に限られることはなく、例えば五角形状や丸形状の板状のものであっても良い。
【００６１】
実施の形態２．
第５図は、この発明の実施の形態２による波長フィルタを示す構成図である。この波長フィルタは、上述した実施の形態１の第２図において、複屈折結晶を素材とする第２の波長板であるＹＶＯ4結晶１６が、レーザ光の光源である図示しない半導体レーザとＬＮ結晶１１との間に配置される構成を有している。なお、その他の構成要素は第２図で同一符号を付して示したものと同一または同等であるので、その説明を省略している。
【００６２】
ＹＶＯ4結晶１６は１軸の光学異方性を示し、ＬＮ結晶１１と同じように互いに直交するｃ軸１７とａ軸１８を有する。このＹＶＯ4結晶１６のｃ軸１７とａ軸１８とからなる面が、ｘｙ平面と平行になるように、すなわちレーザ光の入射端面と出力端面となるように、ＹＶＯ4結晶１６が配置される。また、入射するレーザ光の偏光方向をｘ軸方向とした場合に、ｃ軸１７が入射するレーザ光の偏光方向（ｘ軸方向）に対してｘｙ平面上で４５°傾くように配置される。したがって、ＹＶＯ4結晶１６のａ軸１８もｘｙ平面上で入射するレーザ光の偏光方向に対して４５°傾いている。このＹＶＯ4結晶１６において、入射するレーザ光のｃ軸１７方向の成分は位相速度が遅く、屈折率が高いスロー軸方向であり、ａ軸１８方向の成分は位相速度が速く屈折率が低いファスト軸方向である。この実施の形態２で使用されるＹＶＯ4結晶１６として、例えばｘ軸方向の長さが約２．５ｍｍ、ｙ軸方向の長さが約２．４ｍｍ、ｚ軸方向の厚み（板厚）が約０．９ｍｍの大きさに、長方形に切り出された結晶の板が用いられる。
【００６３】
第５図に示されるように、この実施の形態２の波長フィルタは、ＹＶＯ4結晶１６と波長板１００と偏光子１２によって構成されており、ＹＶＯ4結晶１６と偏光子１２との間に波長板１００が挟まれて配置されている。この実施の形態２では、温度変化に応じた屈折率差の変化による位相ずれ量δの変化が逆の特性を有するＹＶＯ4結晶１６とＬＮ結晶１１を用いることによって、位相ずれ量δの変化を相殺し、温度変化に応じた基準波長の変化を低減するように構成している。
【００６４】
なお、この実施の形態２において、実施の形態１と同様に、ＹＶＯ4結晶１６、偏光子１２および波長板１００は、図示されていないが、いずれも一端が金属性の保持部材によって保持される構成となっている。
【００６５】
つぎに、このように構成された波長フィルタの動作について説明する。
【００６６】
第５図の矢印の方向に沿って偏光状態（第３図（Ａ）の状態）を持ったレーザ光は、まずＹＶＯ4結晶１６に入射する。ＹＶＯ4結晶１６に入射したレーザ光の位相速度は、ｃ軸方向よりもａ軸方向の偏光成分の方が速いため、レーザ光の偏光状態はＹＶＯ4結晶１６を通過することにより変化する。つぎに、ＹＶＯ4結晶１６を通過したレーザ光は波長板１００を通過し、実施の形態１に示した波長板１００と同じ原理により偏光状態がさらに変化する。ＹＶＯ4結晶１６および波長板１００を通過したレーザ光のｃ軸方向とａ軸方向との間での位相ずれ量δは、ＬAをＹＶＯ4結晶１６の板厚（すなわちレーザ伝播方向の長さ）、ＬBをＬＮ結晶１１の板厚（すなわちレーザ伝播方向の長さ）、△ｎAをＹＶＯ4結晶１６のｃ軸とａ軸との屈折率差、そして△ｎBをＬＮ結晶１１のｃ軸とａ軸との屈折率差とすると、δ＝２π（△ｎA・ＬA＋△ｎB・ＬB）／λで表される。このとき、温度に応じた波長の変動は、αAをＹＶＯ4結晶１６のレーザ伝播方向の線膨張係数、αBをＬＮ結晶１１のレーザ伝播方向の線膨張係数とすると、式（１）に示されるようになる。
【００６７】
【数１】
ここで、ＬA，ＬBが以下に示す式（２）を満たすように、ＹＶＯ4結晶１６およびＬＮ結晶１１を加工すれば、式（１）の右辺はゼロとなり、理論上は温度変化による波長の変化が相殺される。
【００６９】
【数２】
この一例として、ＹＶＯ4結晶１６とＬＮ結晶１１のレーザ光伝播方向長さ比をＬA：ＬB＝約６：１とすると、温度変化によるそれぞれの△ｎおよびＬの変化を互いに相殺するような構成となり、理論上は全体として位相ずれ量δの変化がゼロとなる。より具体的には、ＹＶＯ4結晶１６およびＬＮ結晶１１の板厚が、それぞれＬA＝０．９７２５ｍｍ、ＬB＝０．１４９４ｍｍとなるようにした場合に、それらの材料特性を△ｎA＝０．２０３９，△ｎB＝−０．０７３１，ｄ△ｎA／ｄＴ＝−５．５［×１０-6／Ｋ］，ｄ△ｎB／ｄＴ＝３１．１［×１０-6／Ｋ］，αA＝４．５［×１０-6／Ｋ］，αB＝１５．７［×１０-6／Ｋ］とすることによって、式（２）が成立する。この場合の板厚ＬAおよびＬBの大きさは、これらの結晶を用いて波長フィルタを構成するのに取り扱い易いサイズである。ただし、ＬＮ結晶１１には上述の焦電効果および圧電効果が加味されるので、この影響を低減するために、実施の形態１で示したように、ＬＮ結晶１１のｚ軸方向に平行な側面に導電性接着剤１５を塗布して波長板１００を構成する必要がある。これにより、フィルタ温度が変化しても安定したフィルタ特性を得られることが明らかになった。
【００７１】
なお、ＹＶＯ4結晶１６には自発分極が生じず焦電効果はない。実際、発明者らの実験によれば、１０℃〜６０℃程度の温度範囲内でＹＶＯ4結晶１６の側面に導電性接着剤１５を塗布しても、温度変化に応じた焦電効果の影響がほとんど見られない。したがって、ＬＮ結晶１１との組合わせで波長フィルタを構成する場合には、必ずしもＹＶＯ4結晶１６のｚ軸方向に平行な側面に導電性接着剤を塗布しなくても良い。また、偏光子１２についても同様に、必ずしも導電性接着剤を塗布しなくても良い。
【００７２】
第６図は、第５図のようにＬＮ結晶１１のｚ軸方向に平行な側面に導電性接着剤１５を塗布し（塗布後に）、ＹＶＯ4結晶１６を並置して波長フィルタを構成した場合（ａ）と、同図におけるＬＮ結晶１１の側面に導電性接着剤１５を塗布せずに（塗布前に）ＹＶＯ4結晶１６を並置して波長フィルタを構成した場合（ｂ）との、温度変化による波長弁別特性の変化の一実験結果を示す図である。
【００７３】
この実験結果によれば、波長帯域１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍ内の特定の波長で安定してレーザ光を出射する半導体レーザを用いて、この波長フィルタの温度を１５℃〜５０℃まで変化させたときに、導電性接着剤１５の塗布前（ａ）の波長変動量が最大で１６０ｐｍ程度となるのに対し、導電性接着剤１５の塗布後（ｂ）の波長変動量が最大で６０ｐｍ程度となって、その比率差が倍以上になる。
【００７４】
また、導電性接着剤１５がない場合（ａ）は、波長フィルタの温度変化にともなって波長変動（第６図の矢印Ｒで示される変動幅）が大きくなり、電荷蓄積に起因すると思われる２０〜４０ｐｍの大きさで検出波長の飛び（第６図の矢印Ｋで示される）が見られ、しかも波長がヒステリシスに変動する。一方、ＬＮ結晶１１に導電性接着剤１５を塗布した場合（ｂ）には、上述のように波長変動量が小さくなり、また、上述した導電性接着剤１５の塗布前のような検出波長の飛びやヒステリシス変動は見られない。したがってＬＮ結晶１１の側面に導電性接着剤１５を塗布して導通させることにより、より安定度の高い高精度な波長弁別特性を得ることが可能となる。
【００７５】
これによって、波長フィルタを構成する光学部品としてＬＮ結晶１１を用いても、温度変化によってモニタする波長の変動が低減され、波長変化に応じた波長フィルタからの出力光の強度変化を、温度依存性が少なくより高い精度で検出するための波長弁別特性を有した波長フィルタを得ることができるという効果を有する。
【００７６】
なお、この実施の形態２では、導電性接着剤１５をＬＮ結晶１１のｚ軸方向に平行な側面の全周にわたって塗布したが、ｚ軸方向に平行な側面に部分的に塗布されていても良い。例えば、第４図に示すようにｃ軸方向をはさむ角を導通させるように、ｃ軸１３と交わる２つの交点の間を連続して繋ぐ面に（あるいはｃ軸１３と交差する２つの面を連続して繋ぐ側面に）、導電性接着剤１５を塗布してもよい。この場合、電気光学効果が大きいｃ軸方向の電荷蓄積は抑制されるため、導電性接着剤１５を塗布しない場合に比べて屈折率変動の抑制に対して格段の効果を生じる。
【００７７】
また、この実施の形態２では、ＬＮ結晶１１の側面を導通させる手段として導電性接着剤１５を塗布したが、他にメタライズコーティング等を施して側面を導通させる、または側面を接地させる等の手段を用いても同様の効果が得られる。
【００７８】
さらに、この実施の形態２では、波長フィルタを構成する波長板１００としてＬＮ結晶１１を用いたが、おなじ焦電特性を示すＬｉＴａＯ3結晶を用いても良い。この場合でもｚ軸方向に平行な側面を導通させることにより同様の効果がえられる。なお、この実施の形態２で使用されるＬＮ結晶１１やＹＶＯ4結晶１６は、アイソレータ等の光通信用部品として広く知られているものであって、材料の入手がしやすく、また量産性にも優れている。
【００７９】
実施の形態３．
第７図は、この発明の実施の形態３による波長モニタ装置の構成を示す概略図である。この波長モニタ装置は、前方端面および後方端面からレーザ光を出射する半導体レーザ２０、半導体レーザ２０の後方端面から出射されたレーザ光を集光するレンズ２１、受光した光の強度に応じた電気信号を発生する第１の受光器２２、受光した光の強度に応じた電気信号を発生する第２の受光器２３、検出温度に応じて信号を出力する温度センサ２４、第１および第２の受光器２２，２３の出力に基づいて半導体レーザ２０への注入電流を調整する制御器２５、温度センサ２４の出力信号に基づいて半導体レーザ２０の温度を調整する温度制御器２６、半導体レーザ２０を載置するとともに半導体レーザ２０の近傍に温度センサ２４を載置するマウント２７、レーザ光の波長に依存して通過光の強度が変化する波長フィルタ２８を有する。また、波長フィルタ２８はＹＶＯ4結晶１６、波長板１００および偏光子１２によって、実施の形態２と同様の波長フィルタを構成する。波長フィルタ２８の中で偏光子１２は、ＹＶＯ4結晶１６と波長板１００の半分程度の大きさを成して波長板１００の下側半分の部分と対向する位置に配置されている。また、波長板１００を通過した光の一部が直接第２の受光器２３に入射するように、波長板１００と第２の受光器２３との間の光路からずれたところに、偏光子１２が配置される。さらに、偏光子１２はその光路が第１の受光器２２と波長フィルタ２８との間に挟まれるようにして配置される。
【００８０】
つぎに、このように構成された波長モニタ装置の動作について説明する。
【００８１】
半導体レーザ２０の発振動作によって出射されたレーザ光は、レンズ２１によって集光されて平行光となる。レンズ２１を通過したレーザ光はＹＶＯ4結晶１６に入射し、入射レーザ光の偏光状態が変化する。ＹＶＯ4結晶１６を通過したレーザ光は波長板１００に入射し、そこで更に入射レーザ光の偏光状態が変化する。波長板１００を通過したレーザ光の光束の一部（光束Ａ）は、偏光子１２を通過して第１の受光器２２に入射し、第１の受光器２２からその入射光の強度に応じた電気信号Ｓ１が出力される。また、波長板１００を通過したレーザ光の光束の他の部分（光束Ｂ）は、偏光子１２に入射せずに（通過せずに）第２の受光器２３に入射し、第２の受光器２３でその入射光の強度に応じた電気信号Ｓ２が出力される。ここで、この光束Ａの偏光状態は、第５図に示したＹＶＯ4結晶１６および波長板１００を通過するレーザ光と同様に変化し、偏光子１２を通過したレーザ光の強度がこの偏光状態に応じて変化する。また、上記光束Ｂの偏光状態は、第５図に示したＹＶＯ4結晶１６および波長板１００を通過するレーザ光と同様に変化し、ＹＶＯ4結晶１６へ入射するレーザ光の偏光状態から位相がδずれて偏光した出力光となる。すなわち、偏光子１２を通過した光束Ａの光強度は、波長に依存した大きさとなり、また、波長板１００を通過した光束Ｂの光強度は、入射レーザ光の波長に依存しないものとなる。このため、偏光子１２を通過した光の光量（強度）を計測する第１の受光器２２の出力電気信号Ｓ１に基いて、半導体レーザ２０の波長の変化をモニタする波長モニタ装置を得ることができる。また、第２の受光器２３の出力電気信号Ｓ２に基いて、半導体レーザ２０の後方から出力されるレーザ光の強度を計測することができる。
【００８２】
つぎに、半導体レーザ２０の波長を安定化させるための制御動作について説明する。まず、第１および第２の受光器２２，２３の出力信号Ｓ１，Ｓ２が制御器２５に入力されると、制御器２５では、第２の受光器２３の出力電気信号Ｓ２によって第１の受光器２２の出力電気信号Ｓ１を除算し、その信号強度比Ｓ１／Ｓ２を計測する。また、制御器２５は、この計測された信号強度比Ｓ１／Ｓ２と予め設定された信号強度比との比較に基いて、半導体レーザ２０から出射される光信号が基準波長に対し短波長側にずれているか、それとも長波長側にずれているかを判定する。この際、信号強度比Ｓ１／Ｓ２を求めることによって、半導体レーザ２０の出力光の変動による影響が除去される。したがって、制御器２５では、上記判定の結果、基準波長に対し短波長側にずれている場合には、半導体レーザへの注入電流（バイアス電流）を増加させて、半導体レーザの発振波長を長くするように制御を行う。一方、上記判定の結果、基準波長に対し長波長側にずれている場合には、半導体レーザ２０への注入電流を減少させて半導体レーザ２０の発振波長を短くするように制御を行う。また、温度制御器２６は、温度センサ２４からの検出温度に応じた出力信号によってマウント２７に搭載された半導体レーザ２０の温度を検出し、この温度センサ２４の出力信号に基いて半導体レーザ２０の温度が所望の温度となるように、ペルチェ素子によって半導体レーザ２０の搭載されたマウントを加熱または冷却して、半導体レーザ２０の温度制御を行う。
【００８３】
なお、ここでは、半導体レーザ２０への注入電流を増減させることによって、半導体レーザ２０の温度制御を行うことについて述べたが、この実施の形態３における他の態様として、第１および第２の受光器２２，２３の出力信号Ｓ１，Ｓ２に基いて、半導体レーザの温度を調整することによって、半導体レーザの発振波長を調整しても良い。この場合の制御器２５は、第１および第２の受光器２２，２３の出力信号Ｓ１，Ｓ２の信号強度比Ｓ１／Ｓ２に基いて、半導体レーザ２０の発振波長を安定化させるように、温度制御器２６に制御信号を与えて半導体レーザ２０の温度を調整する（温度の精調整を行う）。一般に、半導体レーザは温度によって波長が変化し、温度が高くなると発振波長が長くなるため、信号強度比Ｓ１／Ｓ２に基づいた制御器２５における判定によって、基準波長に対し短波長側にずれていると判定した場合には、温度を高くするように半導体レーザ２０の温度調整を行い、一方、基準波長に対し長波長側にずれていると判定した場合には、温度を低くするように半導体レーザ２０の温度調整を行う。
【００８４】
また、温度制御器２６は、温度センサ２４の出力信号に基いて制御器２５よりも大きな制御時定数を持たせることによって、半導体レーザ２０の温度を所望の温度に調整する（粗く温度調整を行う）。
【００８５】
さらに、制御器２５の他の態様として、第１および第２の受光器２２，２３の出力信号Ｓ１，Ｓ２の信号強度比Ｓ１／Ｓ２に基づいて、半導体レーザ２０の発振波長を安定化させるように、温度制御器２６に制御目標信号（目標温度）を与えて半導体レーザ２０の温度を調整する構成であっても良い。この場合、半導体レーザは温度によって波長が変化し、温度が高くなると発振波長が長くなるため、信号強度比Ｓ１／Ｓ２に基づいた制御器２５における判定によって、基準波長に対し短波長側にずれていると判定した場合には、目標温度を高くするように温度制御器２６の目標温度を設定する。一方、基準波長に対し長波長側にずれていると判定した場合には、温度を低くするように温度制御器２６の目標温度を設定する。温度制御器２６は、温度センサ２４の出力信号に基いて、半導体レーザ２０の温度（温度センサ２４の出力信号）が目標温度に一致するように温度調整を行う（制御器２５は温度制御器２６よりも大きな制御時定数を持たせる）。
【００８６】
また、この波長モニタ装置は、半導体レーザ２０の前方から出射された光を図示しない光ファイバに結合させ、該光ファイバを介して半導体レーザ２０からの出力信号を送信するような光半導体モジュールを構成しても良い。
【００８７】
勿論、半導体レーザ２０の前方から出射された光を図示しない光ファイバに結合させ、該光ファイバを介して半導体レーザ２０からの出力信号をこの波長モニタ装置の波長フィルタ２８に入射させ、第１および第２の受光器２２，２３を介して波長をモニタするような構成としても良い。
【００８８】
この実施の形態３によれば、波長フィルタの温度変化に対しても安定して、高い波長弁別特性を有して波長をモニタすることができ、また、波長モニタ装置の環境温度の変化に対しても精度良く波長を安定化させることができるという効果を有する。
【００８９】
以上説明したように、この発明によれば、ＬＮ結晶の側面に導電性物質を付着して側面の導通を取ることにより、ＬＮ結晶の側面に電荷が溜まらず、温度変化によって生じる焦電効果等の環境変化による影響を低減でき、より安定度の高い波長弁別特性が得られる。
【００９０】
【産業上の利用可能性】
この発明は、光ファイバを利用した波長分割多重通信、高密度波長分割多重通信に用いられる光源としての半導体レーザの波長モニタ装置および該波長モニタ装置に使用される波長板、波長フィルタとして用いる場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１図は、従来の光フィルタの構成を示す図である。
【図２】 第２図は、この発明の実施の形態１による波長フィルタの構成を示す図である。
【図３】 第３図は、この発明の実施の形態１による波長板を通過した光の偏光状態の変化例を示す図である。
【図４】 第４図は、この発明の実施の形態１による波長板の、導電性接着材の塗布に関わる他の態様を示す図である。
【図５】 第５図は、この発明の実施の形態２による波長フィルタの構成を示す図である。
【図６】 第６図は、この発明の実施の形態２の波長フィルタにおける波長の温度依存特性を示す図である。
【図７】 第７図は、この発明の実施の形態３による波長モニタ装置の構成を示す図である。
Claims (22)
- ＬｉＮｂＯ3結晶またはＬｉＴａＯ3結晶から成り、光学軸であるｃ軸、および前記ｃ軸に垂直なａ軸を含む一対の第１の面と、前記一対の第１の面以外の面を構成する第２の面とからなる波長板であって、
前記第２の面の全面に導電性物質が付着されたことを特徴とする波長板。 - ＬｉＮｂＯ3結晶またはＬｉＴａＯ3結晶から成り、光学軸であるｃ軸、および前記ｃ軸に垂直なａ軸を含む一対の第１の面と、前記一対の第１の面以外の面を構成する第２の面とからなる波長板であって、
前記ｃ軸が前記第２の面上で交わる２つの点間を導通させるように、前記第２の面上の領域に導電性物質が付着されたことを特徴とする波長板。 - 前記一対の第１の面間の距離は、前記第１の面の長さの１／１０以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の波長板。
- 前記導電性物質は、導電性接着剤または金属導体のいずれかから成ることを特徴とする請求項１または２に記載の波長板。
- 前記第２の面の少なくとも一端が金属部材に固着されていることを特徴とする請求項１または２に記載の波長板。
- 一方の前記第１の面に対向して、他の複屈折結晶の板をさらに配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の波長板。
- 前記他の複屈折結晶の板は、ＹＶＯ4結晶から成ることを特徴とする請求項６に記載の波長板。
- 前記第１の面は、四角形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載の波長板。
- 前記第１の面上に、ＡＲコート（ Anti Reflection Coating ）が施されていることを特徴とする請求項１または２に記載の波長板。
- 第１の方向に偏光したレーザ光を出力する半導体レーザと、
前記半導体レーザから出射されたレーザ光の偏光状態を変化させる波長板と、
前記波長板を通過したレーザ光の前記第１の方向と垂直な方向に偏光した成分のみを透過させる偏光子と、
を備える波長フィルタにおいて、
前記波長板は、光学軸であるｃ軸、および前記ｃ軸に垂直なａ軸を含む一対の第１の面と、前記一対の第１の面以外の面を構成する第２の面とを有するＬｉＮｂＯ3結晶またはＬｉＴａＯ3結晶から成り、前記第２の面の全面に導電性物質が付着されたことを特徴とする波長フィルタ。 - 第１の方向に偏光したレーザ光を出力する半導体レーザと、
前記半導体レーザから出射されたレーザ光の偏光状態を変化させる波長板と、
前記波長板を通過したレーザ光の前記第１の方向と垂直な方向に偏光した成分のみを透過させる偏光子と、
を備える波長フィルタにおいて、
前記波長板は、光学軸であるｃ軸、および前記ｃ軸に垂直なａ軸を含む一対の第１の面と、前記一対の第１の面以外の面を構成する第２の面とを有するＬｉＮｂＯ3結晶またはＬｉＴａＯ3結晶から成り、前記ｃ軸が前記第２の面上で交わる２つの点間を導通させるように、前記第２の面上の領域に導電性物質が付着されたことを特徴とする波長フィルタ。 - 前記波長板の前記一対の第１の面間の距離は、前記第１の面の長さの１／１０以下であることを特徴とする請求項１０または１１に記載の波長フィルタ。
- 前記導電性物質は、導電性接着剤または金属導体のいずれかから成ることを特徴とする請求項１０または１１に記載の波長フィルタ。
- 前記波長板の前記第２の面の少なくとも一端が金属部材に固着されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の波長フィルタ。
- 前記波長板の前記レーザ光の入射方向の前方または後方に、他の複屈折結晶の板をさらに配置したことを特徴とする請求項１０または１１に記載の波長フィルタ。
- 前記他の複屈折結晶の板は、ＹＶＯ4結晶から成ることを特徴とする請求項１５に記載の波長フィルタ。
- 前記波長板の前記第１の面は、四角形状を有することを特徴とする請求項１０または１１に記載の波長フィルタ。
- 前記波長板の前記第１の面上に、ＡＲコート（ Anti Reflection Coating ）が施されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の波長フィルタ。
- 請求項１に記載の波長板と、
前記波長板の通過光の光路上に配置され、入射光に応じた信号を出力する受光器と、
前記波長板の光路上における該波長板と受光器との間に配置された偏光子と、
を備えたことを特徴とする波長モニタ装置。 - 半導体レーザと、
前記半導体レーザの出力光が通過する請求項１〜９のいずれか１つに記載の波長板と、
前記波長板の通過光の光路上に配置され、入射光に応じた信号を出力する受光器と、
前記波長板の光路上における該波長板と受光器との間に配置された偏光子と、
を備えたことを特徴とする波長モニタ装置。 - 半導体レーザと、
前記半導体レーザの出力光が通過する請求項１〜９のいずれか１つに記載の波長板と、
前記波長板の通過光の光路上に配置され、入射光に応じた信号を出力する第１の受光器と、
前記波長板の通過光の光路上に配置され、入射光に応じた信号を出力する第２の受光器と、
前記波長板と前記第１の受光器との間の光路上に配置され、前記波長板と第２の受光器との間の光路から外れて配置された偏光子と、
を備えたことを特徴とする波長モニタ装置。 - 半導体レーザと、
前記半導体レーザの出力光が通過する請求項１〜９のいずれか１つに記載の波長板と、
前記波長板の通過光の光路上に配置され、入射光に応じた信号を出力する受光器と、
前記波長板の光路上における該波長板と受光器との間に配置された偏光子と、
前記受光器の出力信号に基づいて、前記半導体レーザまたは該半導体レーザを搭載するマウントの温度または該半導体レーザへの注入電流を調整する制御器と、
を備えたことを特徴とする波長モニタ装置。
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