JPH10321937A

JPH10321937A - 光源

Info

Publication number: JPH10321937A
Application number: JP12592497A
Authority: JP
Inventors: Masaichi Mobara; 政一茂原
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1997-05-15
Filing date: 1997-05-15
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】安価で簡単に所望の波長を発振させることの
できる光源を提供するものである。【解決手段】所定の有効利得波長範囲の光を発振する
半導体発光素子１と、半導体発光素子１と光学的に結合
された光導波路２とを備えた光源において、光導波路２
は反射率が有効利得波長範囲で略一定の反射部３を有す
ると共に、反射部３と半導体発光素子１との間に有効利
得波長範囲において有効利得波長範囲内の所定の波長の
光を透過する光フィルタ部４を有する光源である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所望の波長を離散
的に発振する光源であって、特に一端が複数本の光分岐
線路に分岐された分岐光線路の損失分布を測定する装置
に適した光源に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年は光加入者系のネットワーク構造と
して、図９のように光線路Ｂの分岐点Ｃより先が複数本
の光ファイバ（光分岐線路）Ｄ₁〜Ｄ_nに分岐された分岐
光線路が提案されている。このネットワークに特定波長
の光を送り込み、戻ってくる成分を測定して常時ネット
ワークの状態を監視することが必要になった。

【０００３】従来、光ファイバ線路の長手方向の損失分
布を測定するには、ＯＴＤＲ（optical time domain re
flectmeter）を使用していた。ＯＴＤＲ法は図１０に示
した光ファイバ内を進行する光（図１０の矢印ａ）が、
光ファイバＡの損失等によって散乱されて図１０の矢印
ｂ示すように戻ってくる成分（後方散乱光）を、走行時
間の関数として測定するものである。後方散乱光の強度
は光ファイバの長手方向にある光パワーに比例し、走行
時間もその位置までの距離Ｌに比例するので、光パワー
の長手方向の分布は対数表示すると図１１のようにな
る。図１１のΔα（パワーの段差）は接続損失である。
この分岐光線路の測定に従来からのＯＴＤＲ法をそのま
ま適用すると、総ての光分岐線路Ｄ₁〜Ｄ_nからの後方散
乱光が集合されてＯＴＤＲに受信されるので、個々の光
分岐線路Ｄ₁〜Ｄ_nを個別に測定することができない。

【０００４】そこで、図１２に示すように、分岐素子６
００によって複数本の光分岐線路Ｄ₁〜Ｄ₄に分岐された
分岐光線路１００のうち、分岐されていない方の一端３
００に、任意の一つの波長で発振可能な波長可変光源４
００が付加され、受光処理部５００を有するＯＴＤＲ２
００が接続され、光分岐線路Ｄ₁〜Ｄ₄のそれぞれに、一
つの波長は通過するが、他の波長は阻止するバンド・パ
ス・フィルタ７００が配置される。この装置において、
波長可変光源４００が図１３（ａ）に示すように波長の
異なる光λ₁〜λ₄を順次発振すると、光分岐線路Ｄ₁〜
Ｄ₄にはバンド・パス・フィルタ７００によって図１３
（ｂ）〜（ｅ）に示すような異なる波長の光λ₁〜λ₄が
送り込まれ、波長の異なる散乱光はＯＴＤＲ２００の受
光処理部５００によって波長ごとに検出される。散乱光
の波長を光分岐線路Ｄ₁〜Ｄ₄と対応することによって、
長手方向の損失分布を独立に測定することができるとい
うものである（特開平２−１４１６４１号公報）。

【０００５】一方、ＯＴＤＲ装置に付加される従来の波
長可変光源としては、発光素子の外部に回折格子の反射
板を設け、その角度を調整して発振波長を変える方法、
あるいは波長可変フィルタを用いたファイバ型レーザ等
がある。これらの光源は構成部品の数が多く、各構成部
品が高価であり、また高度の組立技術等が要求されるも
のであった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の光源
を用いた測定装置は、装置が複雑となり、また、コスト
高となる。そこで本発明の目的は、安価で簡単に所望の
波長を発振させることのできる光源を提供するものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる光源は、
所定の有効利得波長範囲の光を発振する半導体発光素子
と、半導体発光素子と光学的に結合された光導波路とを
備えた光源において、光導波路は反射率が有効利得波長
範囲で略一定の反射部を有すると共に、反射部と半導体
発光素子との間に有効利得波長範囲において有効利得波
長範囲内の所定の波長の光を透過する光フィルタ部を有
することを特徴とする。

【０００８】本発明の光源は、半導体発光素子と半導体
発光素子の外部に設けられた反射部とによって形成され
た共振器と、共振器内に配置された光フィルタとで構成
され、光フィルタを透過することのできる波長の光のみ
が共振器内で共振して出力するものである。したがっ
て、光フィルタの透過波長範囲を選択することによって
所望の出力光を得ることができる。

【０００９】このような光源に使用される光フィルタ
は、光導波路の軸方向に周期的に屈折率が変化する縞を
有し、その周期が１００μｍ〜１０００μｍの範囲で変
化する長周期グレーティングを用いることが好ましい。
光フィルタとして２つの長周期グレーティングを用いて
形成すると狭帯域化することができるので、波長特性の
鋭い光源を安価に、かつ、小型に作製することができ
る。

【００１０】本発明の光フィルタに使用される長周期グ
レーティングは、光導波路の長周期グレーティング形成
部分に印加される物理的な周囲条件を変化させるための
調整装置を備え、周囲条件によって長周期グレーティン
グを形成する屈折率縞のピッチあるいは屈折率を変化せ
しめて共振し出力する波長が調整可能であることを特徴
とし、周囲条件は光導波路の光軸方向に沿う張力である
ことが好適である。

【００１１】光フィルタが長周期グレーティングによっ
て形成させる場合は、長周期グレーティングを構成する
屈折率縞のピッチを変えると透過波長が長波長側にシフ
トする。したがって、光フィルタを透過し共振する波長
が長波長側にシフトするので、出力波長を長波長側に変
化させることができる。具体的には、長周期グレーティ
ングが施されている部分の光導波路をピエゾ素子に固定
し、ピエゾ素子に外部から電圧を加えることによって実
現できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明
において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説
明を省略する。

【００１３】図１は本実施の形態に係わる光源の構成を
示す図である。図１において、光源は所定の波長範囲で
ある有効利得波長範囲の光を発振する半導体発光素子１
と、半導体発光素子１と光学的に結合された光導波路２
とで構成される。

【００１４】半導体発光素子１の一方の端面１−１は発
振光を反射するように誘電体多層膜等によって形成さ
れ、光導波路２と光学的に結合される他方の端面１−２
は発振光を透過するように構成されている。

【００１５】光導波路２は反射率が波長に依存しない反
射部３を有すると共に、反射部３と半導体発光素子１と
の間には半導体発光素子１の有効利得波長範囲における
いずれかの波長の光を通過し、他の波長の光に損失を与
える光フィルタ４が配置されている。

【００１６】図１において半導体発光素子１は、有効利
得波長範囲λ₁〜λ_nの光を発振するレーザダイオードが
使用され、発振光を送り出す側の端面１−２は光の透過
率が略９０％以上、発振光を反射する側の端面１−１は
反射率が略９０％以上である。

【００１７】図２は、図１において使用される光導波路
２の構成を示す図であり、光導波路２は、同図（ａ）に
示すように、基板２３上にコア２１とコア２１より屈折
率の小さいクラッド２２とによって形成される場合と、
同図（ｂ）に示すように、光ファイバ２０が使用される
場合がある。光ファイバ２０は、通常外径が数十μｍの
コア２１と、コア２１の周りに設けられた外径１２５μ
ｍのクラッド２２からなる石英ガラスのマルチモード光
ファイバ、あるいは外径が数μｍのコア２１と、コア２
１の周りに設けられた外径１２５μｍのクラッド２２か
らなる石英ガラスのシングルモード光ファイバが用いら
れる。いずれの場合も、コア２１には酸化ゲルマニウム
が添加されている。

【００１８】図１において反射部３は、光導波路２のコ
アの屈折率が比較的短周期で変化するブラッググレーテ
ィングを形成してもよい。ブラッググレーティングは、
光導波路２において周期的に屈折率が変化している領域
であり、ブラッグ波長の光を中心とした鋭い波長選択性
を持つ反射光を発生させる。そこで、屈折率が変化する
周期を連続的に変化させることによって、半導体発光素
子１の有効利得波長範囲λ₁〜λ_nについて略一様に反射
する反射部を作製することができる。このように作製す
ると、反射部３を簡単に、かつ、小型に形成することが
できる。

【００１９】図１において光フィルタ４は、誘電体多層
膜によって形成される場合と、光導波路コアの光軸方向
の屈折率が周期的に変化する屈折率縞を有する長周期グ
レーティングを使用する場合がある。長周期グレーティ
ングは、光導波路を伝送するコアモードとクラッドモー
ド間の結合を誘起する。そこで、屈折率縞の周期（ピッ
チ）をコアモードとクラッドモードの光路差が２πとな
るようにすると、コアモードからクラッドモードへの強
いパワー変換が生じる。クラッドモードは急速に減衰す
るので、光導波路を透過する光はスペクトルの損失が現
われる。損失の幅は数十ｎｍ程度であり、屈折率縞のピ
ッチは１００μｍ〜１０００μｍの大きさである。

【００２０】光フィルタ４として長周期グレーティング
を用いると透過波長を正確に形成することができると共
に、不透過領域の光を反射させることなく消滅させると
いう長所がある。不透過領域の光が反射するような構成
の光フィルタ（例えば、ファイバ型回折格子）を用いる
と、不透過領域の光は光フィルタ４と発光素子１との間
で反射を繰り返すことになり、透過光に干渉するので好
ましくない。

【００２１】次に、長周期グレーティングを作製する方
法について説明する。図３は長周期マスクを用いる方法
を示す図であり、図４は長周期マスクの構成を示す平面
図である。図３において、光軸方向にＧｅＯ₂が均一に
添加されたコア２１を有する光ファイバ２０の上部に、
長周期マスク３０を配置し、その上から紫外光７０を照
射する。紫外光７０が照射されたコア部２１は、屈折率
が高められて屈折率縞４０が形成され、長周期グレーテ
ィング５０が得られる。

【００２２】長周期マスク３０は金属板に複数個の細窓
３１を平行に切り抜いたり、石英ガラス板に誘電体多層
膜を蒸着して形成される。図４（ａ）は、細窓３１が等
間隔ｐ₁であけられた場合の長周期マスクを示し、一定
のピッチｐ₁の長周期グレーティングを作製することが
できる。図４（ｂ）は、細窓３１の間隔がｐ₂とｐ₃の２
種類で設けられた場合の長周期マスクを示し、ｐ₂およ
びｐ₃の各ピッチに応じる波長の光は減衰するが、その
中間の波長は通過するバンドパス特性を示す長周期グレ
ーティングを作製することができる。本発明の光フィル
タ４は、この長周期マスクを用いて作製される。

【００２３】光導波路２に紫外光７０を照射して屈折率
縞４０を効率よく形成するために、光導波路２を高圧水
素の雰囲気中に導入してコア２１中に水素を注入するこ
とが望ましい。コア部２１に水素が注入されると、コア
部に添加されている酸化ゲルマニウムが還元されやすく
なり、ＧｅやＳｉと結合している酸素が一部取り除かれ
る現象が生じる。結合酸素が一部取り除かれたＧｅやＳ
ｉが結合しあうと、酸素欠乏型の欠陥が新に生じたこと
になり、酸素欠乏型の欠陥が増大して紫外光における屈
折率変化が大きくなると考えられている。

【００２４】次に、本実施形態に係わる光源の動作につ
いて図５を参照しながら説明する。図５は、半導体発光
素子１が発振する有効波長範囲λ₁〜λ_nの利得曲線を示
すグラフ（ａ）と、光フィルタ４が長周期グレーティン
グで形成された場合の損失特性を示すグラフ（ｂ）と、
発振波長λ_iの出力波形を示すグラフ（ｃ）である。

【００２５】図１において、半導体発光素子１が発振す
る波長のうち、図５（ａ）に示す波長範囲λ₁〜λ_nの光
（以下、「有効利得波長範囲」と呼ぶ。）は透過端面１
−２を透過し、レンズ５によって集光されて光導波路２
に入射されて光フィルタ４に送られる。ここで、有効利
得波長範囲以外の発振光は、共振器６内で共振して出力
されるのに十分なパワーを有していないものである。光
フィルタ４を構成する長周期グレーティングは上述のよ
うに図４（ｂ）のマスクによって作製され、有効波長範
囲λ₁〜λ_nのうち、波長λiの光は減衰しないが、λ_iよ
り短波長側Ｓ、および長波長側Ｌの光は長周期グレーテ
ィングによって減衰する（図５（ｂ））。光フィルタ４
を通過した波長λ_iの光は反射部３によって反射され、
再び光フィルタ４、レンズ５、を経て半導体発光素子１
に戻されて半導体発光素子１の光を反射する端面１−１
で反射される。反射して戻された波長λ_iの光は半導体
発光素子１が発振する波長のうち、位相が等しい波長λ
_iと加算されて再び透過端面１−２から送り出される。
以下、同様にして光フィルタ４を通過する波長λ_iの光
のみが反射を繰り返す間に増大し、一定の大きさに成長
したところで反射部３を通過して出力される（図５
（ｃ））。

【００２６】したがって、本発明の光源は、半導体発光
素子１と反射部３とによって共振器６が形成されると共
に、共振器６内に配置された光フィルタ４を通過するこ
とのできる波長λ_iの光のみが出力されるものである。

【００２７】次に、本発明の光源において、出力光の波
長が変化する場合について説明する。本発明の光源によ
れば、光フィルタ４を通過する波長によって出力波長が
決定されるので、通過波長範囲を変化させることによっ
て出力光の波長を変えることができる。即ち、光フィル
タ４が長周期グレーティングによって形成されている場
合は、この長周期グレーティングに特定の物理量を付加
することによって屈折率縞のピッチを変化させればよ
い。光導波路のコア軸に沿って形成された屈折率縞のピ
ッチを変化させるには、長周期グレーティングが形成さ
れている部分の光導波路の光軸方向に張力を加えること
によって、単調増加させることができる。

【００２８】図６は、本実施形態に係わる波長可変型光
源の構成を示す図である。図６において、光源は所定の
波長範囲の光を発振する半導体発光素子１１と、半導体
発光素子１と光学的に結合された光導波路２とで構成さ
れる。半導体発光素子１の一方の端面１−１は発振光を
反射し、他方の端面１−２は発振光を透過するように形
成され、光導波路は反射率が波長に依存しない反射部３
を備え、また、反射部３と半導体発光素子１との間には
半導体発光素子１の有効利得波長範囲においていずれか
の波長の光を通過し、他の波長の光を反射する長周期グ
レーティングによって形成された光フィルタ４が配置さ
れている。そして、長周期グレーティングが形成された
光導波路２には張力Ｔを付与することのできる装置が設
けられている。

【００２９】次に、図６に示した構成の光源について、
出力波長が変化する動作を図７を参照しながら説明す
る。図７（ａ）は、長周期グレーティングに張力が付与
されていない場合の損失特性を示すグラフ、同図（ｂ）
はその時の出力光を示すグラフである。図７（ｃ）は、
張力Ｔを付与した場合の損失特性を示すグラフ、同図
（ｄ）はその時の出力光を示すグラフである。図６にお
いて、光フィルタ４の長周期グレーティングに張力が付
与されていない場合の動作は、図５において説明した場
合と同じように、光フィルタ４の損失特性は図７（ａ）
に示すように、波長λ_pでは損失が生じないが、波長λ_p
より長波長側Ｌおよび短波長側Ｓでは損失が生じる。し
たがって、張力が付加されない状態では波長λ_pの光が
共振することができるので、波長λ_pの光が出力される
（図７（ｂ））。

【００３０】次いで、光フィルタ４の長周期グレーティ
ングに張力Ｔが付与されると、長周期グレーティングを
構成している屈折率縞のピッチは張力Ｔに応じて引き伸
ばされる。屈折率縞のピッチが大きくなると損失特性は
全体に長波長側に移動する。その結果、図７（ｃ）に示
すように、損失の生じない波長λ_pはより波長が長いλ_q
までシフトする。同様に短波長側Ｓおよび長波長側Ｌの
損失特性も波長の長い方にシフトする。この状態の光源
は波長λ_qの光のみが共振することができるので、波長
λ_qの光のみが出力される（図７（ｄ））。屈折率縞の
ピッチは張力に略比例して単調増加するので、長周期グ
レーティングに付与する張力を連続的に変えることによ
って所望の波長の光を出力させることができる。

【００３１】図８は、長周期グレーティングに張力を付
与する構成の一例を示す図である。図８において、ピエ
ゾ効果を有する結晶板６０と、結晶板６０の両面に電圧
Ｖを供給するための電極板６１が設けられ、また、結晶
板６０には長周期グレーティングが設けられた光ファイ
バ２０が固定されている。

【００３２】図８において、リード線６２に所定の極性
の電圧Ｖを加えると結晶板６０には張力Ｔが加わり、引
き伸ばされる。同時に結晶板６０に固定されている光フ
ァイバ２０にも張力Ｔが加わるので屈折率縞のピッチが
大きくなり、電圧Ｖが零になれば元に戻る。

【００３３】したがって、図８に示した張力付加装置を
図６に示した光源に適用することによって、所定の波長
の光を出力することのできる波長可変型の光源を得るこ
とができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明の光源は、半導体発光素子の外部
に反射部を設けた外部共振型光源を形成し、また、半導
体発光素子と反射部の間に特定の波長のみ通過する光フ
ィルタを配置しているので、光フィルタの透過波長範囲
を選択することによって所望の光を発振させることがで
きる。

【００３５】また、本発明の光フィルタは、長周期グレ
ーティングによって構成しているので、長周期グレーテ
ィングに張力を付加することによって発振波長を容易に
変えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係わる光源の構成を示す図であ
る。

【図２】本実施形態に用いられる光導波路（ａ）、及び
光ファイバ（ｂ）の構成を示す図である。

【図３】長周期グレーティングの作製方法を説明するた
めの図である。

【図４】長周期グレーティングを作製するためのマスク
の平面図である。

【図５】本実施形態の光源を形成する半導体発光素子、
光フィルタおよび出力光の波長特性を示す図である。

【図６】本実施形態に係わる波長可変型光源の構成を示
す図である。

【図７】図６に示した波長可変型光源の係わる動作の説
明図である。

【図８】張力付加装置の構成を示す斜視図である。

【図９】分岐光線路の説明図である。

【図１０】光線路の損失分布測定システムを説明する図
である。

【図１１】図１２の測定システムで測定された測定パワ
ーと距離の関係を示す図である。

【図１２】従来の波長可変光源とその光源が適用された
システムの全体図である。

【図１３】図１２に示す波長可変光源の出力波形および
分岐光線路に透過される波長の関係を示す図である。

【符号の説明】

１・・・半導体発光素子、２・・・光導波路、３・・・反射部、
４・・・光フィルタ、５・・・レンズ、６・・・共振器、２０・・・
光ファイバ、２１・・・コア、２２・・・クラッド、２３・・・
基板、３０・・・マスク、３１・・・細窓、４０・・・屈折率
縞、５０・・・長周期グレーティング、６０・・・結晶板、６
１・・・電極、６２・・・リード線、７０・・・紫外光、ｐ・・・ピ
ッチ、Ｓ・・・短波長側の損失特性、Ｌ・・・長波長側の損失
特性、Ｔ・・・張力、Ｖ・・・電圧

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の有効利得波長範囲の光を発振する
半導体発光素子と、前記半導体発光素子と光学的に結合
された光導波路とを備えた光源において、前記光導波路は反射率が前記有効利得波長範囲で略一定
の反射部を有すると共に、前記反射部と前記半導体発光
素子との間に前記有効利得波長範囲において前記有効利
得波長範囲内の所定の波長の光を透過する光フィルタ部
を有することを特徴とする光源。
【請求項２】前記光フィルタ部は前記光導波路のコア
の光軸方向に屈折率が周期的に変化する屈折率縞を有す
ると共に、前記屈折率縞のピッチは前記所定の波長の光
を透過し、他の波長の光を減衰するように調整する長周
期グレーティングであることを特徴とする請求項１に記
載の光源。
【請求項３】前記長周期グレーティングは、減衰する
波長が相違する２種以上の屈折率縞によって構成されて
いることを特徴とする請求項２に記載の光源。
【請求項４】前記光導波路の前記長周期グレーティン
グ形成部分に印加される物理的な周囲条件を変化させる
ための調整装置を備え、前記周囲条件によって前記長周
期グレーティングを形成する屈折率縞のピッチを変化せ
しめて共振し出力する波長が調整可能であることを特徴
とする請求項２あるいは３に記載の光源。
【請求項５】前記周囲条件は前記光導波路の光軸方向
に沿う張力であることを特徴とする請求項４に記載の光
源。