JPH09219553A - 半導体レーザの波長安定化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体レーザの温度を制御し、出力光に安定
した波長の発振を行わせる。 【解決手段】 半導体レーザ１のモニタ光は第１の光−
電気変換器２で光強度に応じた電気信号Ｅ1に変換され
る。駆動電流制御回路３は半導体レーザ１へ電気信号Ｅ
1に応じた駆動電流を供給し、出力光の光強度を一定に
制御する。信号光をハーフミラー10で分岐した出力光Ｂ
は、光学フィルタ11を経て第２の光−電気変換器12に入
力される。発振波長が増加すると出力が大きくなるよう
に変換された電気信号Ｅ2は、電気信号Ｅ1に発振波長の
変化分を含んだものである。比較演算回路14は入力され
た電気信号Ｅ1，Ｅ2から、波長変化分を求めて設定波長
の基準電圧信号Ｅ3と比較し、温度制御回路５へ電気信
号を出力する。温度制御回路５は電気信号により加熱冷
却素子４を制御して発振波長を一定にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、波長多重光ファイ
バ伝送システム等における半導体レーザの波長安定化装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の半導体レーザの波長安定
化装置は、図６に示したブロック図のように構成されて
いる。図６において、１は駆動電流と温度に応じた光強
度と発振波長の出力光である信号光，モニタ光を出力す
る半導体レーザ、２は入力される光強度に応じた大きさ
の電気信号を出力する第１の光−電気変換器、３は入力
される電気信号の大きさに応じて半導体レーザ１の駆動
電流を制御する駆動電流制御回路、４は入力される電気
信号の大きさに応じて半導体レーザ１を加熱あるいは冷
却する加熱冷却素子、５は半導体レーザ１の温度を一定
に保つため加熱冷却素子４に供給する電気信号の制御を
行う温度制御回路である。

【０００３】以下、その動作を図６を用いて説明する。
半導体レーザ１の出力光の一部であるモニタ光は、第１
の光−電気変換器２でモニタ光の光強度に応じた電気信
号に変換される。駆動電流制御回路３は、変換された電
気信号により半導体レーザ１の出力光の光強度を一定と
するように駆動電流を制御している。また、温度制御回
路５は加熱冷却素子４に電気信号を出力して、半導体レ
ーザ１の温度を一定に保つ制御を行い発振波長の変化を
抑制している。

【０００４】従来、半導体レーザの出力する出力光の発
振波長を一定にするには、半導体レーザの選別、あるい
は半導体レーザの駆動電流および設定温度を微調整する
ことで実現している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
レーザを用いる、波長多重光ファイバ伝送システムで
は、１本の光ファイバケーブル中に異なる発振波長の信
号光を多重して伝送し、受信側で多重された信号光から
目的の波長成分を光学フィルタを使用して選択してい
る。このようなシステムでは送信側の信号光の発振波長
が変動すると、光学フィルタの帯域からはずれ、光学フ
ィルタの出力である信号光の光強度に変動が生じ、結果
として伝送情報に誤りが生ずることになる。また、隣接
するチャンネルの発振波長まで妨害を与えることにもな
るという問題があった。

【０００６】本発明は、前記従来技術の問題を解決する
ものであり、半導体レーザの出力光の波長変化を検出
し、検出した発振波長の変化に応じて、半導体レーザの
温度を制御して発振波長を一定に制御し、安定した波長
の発振が行われる半導体レーザの波長安定化装置を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明に係る半導体レーザの波形安定化装置は、駆
動電流と温度に応じた光強度と発振波長の出力光として
信号光，モニタ光を出力する半導体レーザと、入力され
る光強度に応じた大きさの電気信号に変換する第１の光
電変換手段と、半導体レーザの駆動電流を電気信号によ
り制御する駆動電流制御手段と、半導体レーザを加熱あ
るいは冷却する加熱冷却手段と、加熱冷却手段に供給す
る電気信号を制御して温度を一定に保つ温度制御手段
と、半導体レーザの信号光を分岐する分岐手段と、入力
される発振波長に応じて光強度が変化する通過特性を有
する光学選択手段と、入力される光強度に応じた大きさ
の電気信号に変換する第２の光電変換手段と、設定波長
に応じた基準電気信号を出力する基準電源と、第１の光
電変換手段の出力する電気信号と光学選択手段を経て第
２の光電変換手段の出力する発振波長の変化分を含む電
気信号とを演算して、基準電気信号との比較に応じた電
気信号を温度制御手段へ出力する比較演算手段とを備え
る。

【０００８】また、前記半導体レーザの波長安定化装置
が半導体レーザのモニタ光を分岐する分割手段を備え
る。

【０００９】またさらに、駆動電流と温度に応じた光強
度と発振波長の出力光として信号光，モニタ光を出力す
る半導体レーザと、半導体レーザの駆動電流を電気信号
により制御する駆動電流制御手段と、半導体レーザを加
熱あるいは冷却する加熱冷却手段と、加熱冷却手段に供
給する電気信号を制御して温度を一定に保つ温度制御手
段と、半導体レーザのモニタ光を出力光Ａ，出力光Ｂに
分岐する分岐手段と、出力光Ａ，出力光Ｂが入力され、
発振波長に応じて光強度が変化し、かつ相反する通過特
性を有する第１，第２の光学選択手段と、入力される光
強度に応じた大きさの電気信号に変換する第１，第２の
光電変換手段と、第１，第２の光電変換手段の出力する
電気信号を比較して、共に増減変化の場合は光強度の変
動、互いに相反する増減変化の場合は発振波長の変動と
判断し、電気信号を駆動電流制御手段あるいは温度制御
手段へ出力する比較演算手段とを備えるように構成した
ものである。

【００１０】前記構成によれば、半導体レーザの駆動電
流を一定とする制御に加え、発振波長の変化分を検出
し、半導体レーザの温度を一定に制御することができ
る。

【００１１】また、発振波長の変化を検出する出力光を
モニタ光から分岐することで、信号光の損失をなくすこ
とができる。

【００１２】また、通過特性の相反する光学選択手段を
経て比較演算手段に入力される２つの電気信号の変化に
より、光強度の変化や発振波長の大小の変化を検出でき
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態
１における半導体レーザの波長安定化装置の構成を示す
ブロック図である。ここで、前記従来例を示す図６で説
明した構成要件と同一作用効果のものには同一の符号を
付す。

【００１４】図１において、１は半導体レーザ、２は、
光電変換手段で、入力される光強度の大きさに応じた電
気信号Ｅ1を出力する第１の光−電気変換器、３は駆動
電流制御手段である駆動電流制御回路、４は加熱冷却手
段である加熱冷却素子、５は温度制御手段である温度制
御回路、10は、分岐手段で、半導体レーザ１からの出力
光を２方向へ分岐するハーフミラー、11は、光学選択手
段で、発振波長が増加するに従い、その光強度が単調に
増加する通過特性を有する光学フィルタ、12は入力され
る光強度の大きさに応じた電気信号Ｅ2を出力する第２
の光−電気変換器、13は設定波長に応じた基準電気信号
Ｅ3を出力する基準電源、14は、比較演算手段で、半導
体レーザ１の光強度に応じた電気信号Ｅ1と光学フィル
タ11の通過により波長変動分を含む電気信号Ｅ2とから
波長変動分を算出して、基準電気信号Ｅ3との比較に応
じた電気信号を出力する比較演算回路である。また、図
２は光学フィルタの通過特性の一例を示す図である。

【００１５】以上のように構成された、本実施の形態１
における半導体レーザの波長安定化装置の動作を説明す
る。まず、半導体レーザ１から出力される出力光の一部
であるモニタ光は第１の光−電気変換器２に入力され、
その光強度に応じた電気信号Ｅ1に変換される。さら
に、駆動電流制御回路３は入力された電気信号Ｅ1の大
きさに応じて、半導体レーザ１に駆動電流を供給する。
半導体レーザ１は駆動電流に応じた光強度の出力光を出
力する。このとき、半導体レーザ１の光強度制御に関し
て帰還ループが形成され、出力される光強度を一定に制
御することができる。

【００１６】また、半導体レーザ１の出力光である信号
光はハーフミラー10により分岐される。さらに、分岐さ
れた出力光Ｂは光学フィルタ11を通過し、第２の光−電
気変換器12に入力される。これにより、発振波長が増加
すると出力される光強度が大きくなるような電気信号Ｅ
2に変換される。この電気信号Ｅ2は、半導体レーザ１の
光強度に応じて変換した電気信号Ｅ1に、光学フィルタ1
1の通過による発振波長の変化分を含んだものを変換し
たものである。よって、この電気信号Ｅ2は半導体レー
ザ１の光強度の変動においても変化する。そこで、この
電気信号Ｅ2と前記光強度に応じた電気信号Ｅ1を比較演
算回路14に入力して、電気信号Ｅ2のうちの光強度に応
じた電気信号Ｅ1を差し引く演算を行い、さらに設定波
長に応じて基準電源13から出力される基準電圧信号Ｅ3
と比較して、温度制御回路５の設定温度を操作する電気
信号を出力する。半導体レーザ１は温度によって、その
発振波長が変化するため、温度制御回路５は半導体レー
ザ１が設定温度となるように加熱冷却素子４を制御す
る。これにより、半導体レーザ１の発振波長に関して帰
還ループが形成され、発振波長を一定に制御することが
できる。

【００１７】以上のように、本実施の形態１によれば、
半導体レーザ１の発振波長の変化分を検出して、発振波
長を一定とするような帰還ループの制御により発振波長
を安定化することができる。

【００１８】図３は本発明の実施の形態２における半導
体レーザの波長安定化装置の構成を示すブロック図であ
る。ここで、前記実施の形態１を示す図１で説明した構
成要件と同一作用効果のものには同一の符号を付す。図
３において、１は半導体レーザ、２は第１の光−電気変
換器、３は駆動電流制御回路、４は加熱冷却素子、５は
温度制御回路、10はハーフミラー、11は、発振波長が増
加するに従い、その通過特性が単調に増加する光学フィ
ルタ、12は第２の光−電気変換器、13は基準電源、14は
比較演算回路である。

【００１９】図３に示す構成から判るように、前記実施
の形態１において、半導体レーザ１の出力光である信号
光をハーフミラー10で分岐したが、本実施の形態２では
モニタ光をハーフミラー10により分岐したものである。
その他の構成要素および動作については、前記実施の形
態１と同じであるためその説明は省略する。

【００２０】このように、モニタ光をハーフミラー10で
分岐する構成とすることにより信号光を損失させること
なく、さらに前記実施の形態１と同様に、半導体レーザ
１の発振波長の変化分を検出して、発振波長を一定とす
るような帰還ループの制御により発振波長を安定化する
ことができる。

【００２１】図４は本発明の実施の形態３における半導
体レーザの波長安定化装置の構成を示すブロック図であ
る。ここでも、前記実施の形態１の図１に示す構成部材
と同一作用効果のものには同一の符号を付す。図４にお
いて、１は半導体レーザ、２は第１の光−電気変換器、
３は駆動電流制御回路、４は加熱冷却素子、５は温度制
御回路、10はハーフミラー、11aは通過特性が発振波長
の増加にともない単調増加する第１の光学フィルタ、11
bは通過特性が単調減少する第２の光学フィルタ、12は
第２の光−電気変換器、15は、入力される２つの電気信
号を比較し、共に増加あるいは減少する場合に半導体レ
ーザ１の出力光の光強度が変動したと判断し、互いに相
反する増減動作の場合には出力光の発振波長が変動した
と判断し、駆動電流制御回路３あるいは温度制御回路５
に電気信号を出力する比較演算回路である。

【００２２】また、図５は第１，第２の光学フィルタの
通過特性の一例を示す図である。図５において、ａは第
１の光学フィルタ11aの単調増加の通過特性、ｂは第２
の光学フィルタ11bの単調減少の通過特性である。

【００２３】以上のように構成された実施の形態３にお
ける半導体レーザの波長安定化装置の動作を説明する。
まず、半導体レーザ１の出力光の一部であるモニタ光は
ハーフミラー10によって出力光Ａと出力光Ｂに分岐され
る。分岐した出力光Ａは第１の光学フィルタ11aを経て
第１の光−電気変換器２に入力され、発振波長が増加す
ると、出力される光強度が大きくなるような電気信号Ｅ
1に変換される。また、分岐した出力光Ｂは第２の光学
フィルタ11bを経て第２の光−電気変換器12に入力さ
れ、発振波長が増加すると、出力される光強度が小さく
なるような電気信号Ｅ2に変換される。

【００２４】これにより、電気信号Ｅ1，Ｅ2がそれぞれ
同時に増加、あるいは減少する場合には半導体レーザ１
の出力の光強度が変化したことを検出できる。さらに、
電気信号Ｅ1が増加し電気信号Ｅ2が減少する場合は発振
波長が大きくなったことが、また、電気信号Ｅ1が減少
し電気信号Ｅ2が増加する場合は発振波長が小さくなっ
たことが検出できる。そこで、比較演算回路15では入力
される電気信号Ｅ1，Ｅ2の変化から、光強度の変化に応
じた電気信号を駆動電流制御回路３へ、発振波長の変化
に応じた電気信号を温度制御回路５へ出力する。

【００２５】駆動電流制御回路３は入力される電気信号
の大きさに応じて、半導体レーザ１に駆動電流を供給す
る。半導体レーザ１は駆動電流に応じた光強度の出力光
を出力する。このとき、半導体レーザ１の出力する出力
光の光強度の制御に関して帰還ループが形成され、光強
度を一定にする制御ができる。

【００２６】また、温度制御回路５は入力される電気信
号に応じて設定温度を操作する。半導体レーザ１は温度
によって、その発振波長が変化するため、温度制御回路
５は半導体レーザ１が設定温度となるように加熱冷却素
子４を制御する。このとき、半導体レーザ１の発振波長
に関して帰還ループが形成され、発振波長を一定にする
制御ができる。

【００２７】以上説明したように、半導体レーザ１の発
振波長成分を検出して、発振波長を一定とするような帰
還ループの制御により発振波長を安定化することができ
る。

【００２８】なお、本実施の形態３において、通過特性
を第１の光学フィルタ11aは単調増加、第２の光学フィ
ルタ11bは単調減少としたが、その逆の構成であっても
よいことはいうまでもない。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体レーザの出力光の発振波長の変化分を検出し、そ
の検出した変化分に応じて半導体レーザの温度を帰還制
御することにより、半導体レーザの発振波長を安定化す
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】本発明の実施の形態１における半導体レーザの
波長安定化装置の構成を示すブロック図である。

【図２】光学フィルタの通過特性の一例を示す図であ
る。

【図３】本発明の実施の形態２における半導体レーザの
波長安定化装置の構成を示すブロック図である。

【図４】本発明の実施の形態３における半導体レーザの
波長安定化装置の構成を示すブロック図である。

【図５】第１，第２の光学フィルタの通過特性の一例を
示す図である。

【図６】従来の半導体レーザの波長安定化装置の構成を
示すブロック図である。

【符号の説明】

１…半導体レーザ、 ２…第１の光−電気変換器、 ３
…駆動電流制御回路、４…加熱冷却素子、 ５…温度制
御回路、 10…ハーフミラー、 11…光学フィルタ、
11a…第１の光学フィルタ、 11b…第２の光学フィル
タ、 12…第２の光−電気変換器、 13…基準電源、
14，15…比較演算回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動電流と温度に応じた光強度と発振波
   長の出力光として信号光，モニタ光を出力する半導体レ
   ーザと、入力される光強度に応じた大きさの電気信号に
   変換する第１の光電変換手段と、前記半導体レーザの駆
   動電流を電気信号により制御する駆動電流制御手段と、
   前記半導体レーザを加熱あるいは冷却する加熱冷却手段
   と、該加熱冷却手段に供給する電気信号を制御して温度
   を一定に保つ温度制御手段とを備え、前記半導体レーザ
   の駆動電流を一定に制御する半導体レーザの波長安定化
   装置において、 前記半導体レーザの信号光を分岐する分岐手段と、入力
   される発振波長に応じて光強度が変化する通過特性を有
   する光学選択手段と、入力される光強度に応じた大きさ
   の電気信号に変換する第２の光電変換手段と、設定波長
   に応じた基準電気信号を出力する基準電源と、前記第１
   の光電変換手段の出力する電気信号と前記光学選択手段
   を経て第２の光電変換手段の出力する発振波長の変化分
   を含む電気信号とを演算して、前記基準電気信号との比
   較に応じた電気信号を前記温度制御手段へ出力する比較
   演算手段とを設け、前記半導体レーザの温度を一定に制
   御することを特徴とする半導体レーザの波長安定化装
   置。
2. 【請求項２】 駆動電流と温度に応じた光強度と発振波
   長の出力光として信号光，モニタ光を出力する半導体レ
   ーザと、入力される光強度に応じた大きさの電気信号に
   変換する第１の光電変換手段と、前記半導体レーザの駆
   動電流を電気信号により制御する駆動電流制御手段と、
   前記半導体レーザを加熱あるいは冷却する加熱冷却手段
   と、該加熱冷却手段に供給する電気信号を制御して温度
   を一定に保つ温度制御手段とを備え、前記半導体レーザ
   の駆動電流を一定に制御する半導体レーザの波長安定化
   装置において、 前記半導体レーザのモニタ光を分岐する分岐手段と、入
   力される発振波長に応じて光強度が変化する通過特性を
   有する光学選択手段と、入力される光強度に応じた大き
   さの電気信号に変換する第２の光電変換手段と、設定波
   長に応じた基準電気信号を出力する基準電源と、前記第
   １の光電変換手段の出力する電気信号と前記光学選択手
   段を経て第２の光電変換手段の出力する発振波長の変化
   分を含む電気信号とを演算して、前記基準電気信号との
   比較に応じた電気信号を前記温度制御手段へ出力する比
   較演算手段とを設け、前記半導体レーザの温度を一定に
   制御することを特徴とする半導体レーザの波長安定化装
   置。
3. 【請求項３】 駆動電流と温度に応じた光強度と発振波
   長の出力光として信号光，モニタ光を出力する半導体レ
   ーザと、該半導体レーザの駆動電流を電気信号により制
   御する駆動電流制御手段と、前記半導体レーザを加熱あ
   るいは冷却する加熱冷却手段と、該加熱冷却手段に供給
   する電気信号を制御して温度を一定に保つ温度制御手段
   と、前記半導体レーザのモニタ光を出力光Ａ，出力光Ｂ
   に分岐する分岐手段と、前記出力光Ａ，出力光Ｂが入力
   され、発振波長に応じて光強度が変化し、かつ相反する
   通過特性を有する第１，第２の光学選択手段と、入力さ
   れる光強度に応じた大きさの電気信号に変換する第１，
   第２の光電変換手段と、該第１，第２の光電変換手段の
   出力する電気信号を比較して、共に増減変化の場合は光
   強度の変動、互いに相反する増減変化の場合は発振波長
   の変動と判断し、電気信号を前記駆動電流制御手段ある
   いは前記温度制御手段へ出力する比較演算手段とを備
   え、前記半導体レーザの駆動電流および温度を一定に制
   御することを特徴とする半導体レーザの波長安定化装
   置。