JP4222469B2

JP4222469B2 - Wavelength monitor and semiconductor laser module

Info

Publication number: JP4222469B2
Application number: JP2002255009A
Authority: JP
Inventors: 泰宏西; 寛松浦
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: JP2003324241A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号により情報伝送を行う光通信の技術分野に関し、特に、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）伝送方式を用いて、周期的な間隔の波長を持つ複数の信号光を光ファイバを介して伝送するために使用される半導体レーザモジュール等の技術分野に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信分野において、伝送情報を飛躍的に増加させるための要素技術としてＷＤＭが注目されている。このＷＤＭ通信システムでは、多重化された光信号の波長間隔が極めて狭くなる。一方、信号光源として利用される半導体レーザは、温度変動等の要因により波長が変動するため、隣り合う光信号同士でクロストークを生じることにより信号品質を劣化させる恐れがある。よって、光信号のクロストークを防止する必要から、ＷＤＭ通信システムにおいて用いる半導体レーザには、非常に高い波長安定性が要求される。
【０００３】
このような波長安定性を実現する技術としては、例えば、特開平１１−２５１６７３号公報に開示されているように、レーザ信号の波長をモニタし、そのモニタ結果に応じて半導体レーザの温度制御を行う方式が知られている。この方式によれば、例えば、半導体レーザからのレーザ光の一部を測定光とし、その測定光をビームスプリッタにより２つに分岐した上で、一方の分岐光は所定の波長弁別特性を持つ波長弁別素子を通過させて受光するとともに、他方の分岐光は直接受光するように構成される。そして、両方の受光出力の出力比を検知し、これを所定の設定値と一致させるように半導体レーザの波長が制御される。かかる方式を採用して、波長弁別素子として周期的な波長透過特性を持つファブリペローエタロンを用いる場合には、複数の周期的な波長を用いる波長可変型の半導体レーザモジュールに対して適用することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の半導体レーザモジュールにおいて、波長弁別素子としてファブリペローエタロンを用いる場合、ファブリペローエタロンの波長透過特性の周期を、使用するレーザ光の波長間隔に一致させるとともに、使用周波数に対応する波長透過特性の極値で略同一の透過強度を持つように構成される。
【０００５】
しかし、使用するレーザ光の波長間隔が狭くなると、ファブリペローエタロンの波長透過特性において隣り合う極値が接近し、極値周辺の出力比に基づきレーザ光の波長変化を判別して制御し得る範囲（波長捕捉範囲）が狭くなる。例えば、図１４は、周期的な波長弁別特性に基づいて半導体レーザの発振波長を制御する状況を説明する図である。図１４に示すように、波長λ０で出力比Ａとなるように予め調整されているとすると、その前後で出力比が急峻に変化する所定範囲が波長捕捉範囲となる。ここで、何らかの要因により半導体レーザの発振波長が急激に変動し、波長捕捉範囲を超えた波長λ１になる状況を考える。この場合には、出力比Ａ１が検知された後、出力比Ａに近づけるように本来の極値から低波長側に向かう方向（矢印方向）に制御され、半導体レーザの発振波長は波長λ２に安定化することになる。その結果、ＷＤＭ通信システムでは、本来波長λ０で伝送されるべき光信号が、別の波長λ２で伝送される光信号と混合されることになり、正確な情報伝送ができなくなることが問題となる。
【０００６】
そこで、本発明はこのような問題に鑑みなされたものであり、高精度な波長制御を行うことが可能な波長モニタ及び半導体レーザモジュール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】
上記課題を解決するために、波長モニタの第１の態様は、波長モニタ用のレーザ光を入射して第１の分岐光と第２の分岐光に分岐する光分岐手段と、前記第１の分岐光を透過させ、周期性を持ち各々の極値が異なる波長弁別特性を付与する波長弁別手段と、前記波長弁別手段の透過光を受光する第１の光量検出手段と、前記第２の分岐光を受光する第２の光量検出手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、レーザ光の一部が波長モニタに入射され、光分岐手段により２方向に分岐された後、第１の分岐光が波長弁別手段を介して第１の光量検出手段に受光されるとともに、第２の分岐光が直接第２の光量検出手段に受光される。そして、波長弁別手段は、周期性を持ち各々の極値が異なる波長弁別特性を付与する。よって、波長弁別特性の極値を光信号の波長間隔とを合致させれば、その極値を判別して、レーザ光の波長捕捉範囲を広くすることができ、多重化された光信号を用いる場合に発振波長の安定化を図ることができる。
【０００９】
また、波長モニタの第２の態様は、波長モニタ用のレーザ光を入射して第１の分岐光と第２の分岐光に分岐する光分岐手段と、前記第１の分岐光を透過させ、周期性を持ち各々の極値が異なる波長弁別特性を付与する波長弁別手段と、前記波長弁別手段の透過光を受光する第１の光量検出手段と、前記第２の分岐光を受光する第２の光量検出手段と、を備えた波長モニタであって、前記波長弁別手段は、バンドパスフィルタとファブリペローエタロンとを組み合わせて構成されており、前記バンドパスフィルタは、使用波長帯で前記ファブリペローエタロンよりも傾斜の緩やかな波長透過特性を持ち、前記ファブリペローエタロンは、ファブリペロー共振に基づいて周期的に極値が現れ当該極値の近辺で傾斜が前記バンドパスフィルタよりも急峻な波長透過特性を持つことを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、緩やかな波長透過特性を持つバンドパスフィルタと、周期的に極値が現れ当該極値の近辺で傾斜が急峻な波長透過特性を持つファブリペローエタロンとを組み合わせて波長弁別手段を構成したので、ファブリペローエタロンの波長透過特性で略同一の極値が複数存在する場合、バンドパスフィルタの波長透過特性に基づき極値が異なることになり、請求項１に記載の発明と同様の作用でレーザ光の波長捕捉範囲を広くすることができる。
【００１１】
また、波長モニタの第３の態様は、前記バンドパスフィルタの６ｄＢ透過帯域幅は、ファブリペローエタロンの４周期分の帯域幅以上となることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、バンドパスフィルタの６ｄＢ透過帯域幅がファブリペローエタロンの４周期分の帯域幅以上となるようにしたので、実際に想定される使用条件に好適な極値を設定でき、高精度にレーザ光の波長を安定化させることができる。
【００１３】
また、波長モニタの第４の態様は、前記バンドパスフィルタは、光軸に対して斜めに配置され、レーザ光の一部を反射する入射端面が前記光分岐手段として機能することを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、レーザ光が波長モニタに入射されると、バンドパスフィルタの入射端面により反射されたレーザ光の一部が上述の第２の分岐光として用いられるので、波長モニタの部品点数を減らしつつ、発振波長の安定化を図ることができる。
【００１５】
また、波長モニタの第５の態様は、前記波長弁別手段は、使用波長帯で傾斜のある波長透過特性を持つ第１のフィルタと、前記第１のフィルタよりも細かい波長間隔で周期的に極値が現れ当該極値の近辺で前記第１のフィルタよりも傾斜が急峻な波長透過特性を持つ第２のフィルタとを組み合わせて構成されることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、使用波長帯で傾斜のある波長透過特性を持つ第１のフィルタと、細かい波長間隔で周期的に現れる極値の近辺で傾斜が急峻な波長透過特性を持つ第２のフィルタとを組み合わせて波長弁別手段を構成したので、多様なフィルタの組み合わせを可能としつつ、請求項１に記載の発明と同様の作用により、周期性を持ち各々極値が異なる波長弁別特性を付与し、レーザ光の波長捕捉範囲を広くすることができる。
【００１７】
また、波長モニタの第６の態様は、前記第１のフィルタは、ファブリペロー共振に基づく波長透過特性を持つファブリペローエタロンからなることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、第１のフィルタとしてファブリペロー共振に基づく波長透過透過特性を持つファブリペローエタロンを用いて波長弁別手段を構成したので、例えば、異なる特性のファブリペローエタロンを第１のフィルタ及び第２のフィルタとして用いるなど、波長弁別手段の構成を簡素化することができる。
【００１９】
上記課題を解決するために、半導体レーザモジュールの第１の態様は、レーザ光を出射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うち波長モニタ用のレーザ光を入射して第１の分岐光と第２の分岐光に分岐する光分岐手段と、前記第１の分岐光を透過させ、周期性を持ち各々の極値が異なる波長弁別特性を付与する波長弁別手段と、前記波長弁別手段の透過光を受光する第１の光量検出手段と、前記第２の分岐光を直接受光する第２の光量検出手段と、前記第２の分岐光を受光する第２の光量検出手段と、前記第１の光量検出手段及び前記第２の光量検出手段の出力比に基づいて前記半導体レーザの発振波長を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、半導体レーザからレーザ光が出射され、請求項１に記載の発明と同様の作用により、第１の分岐光に波長弁別特性が付与される。そして、第１の分岐光と第２の分岐光の出力比を求めると、波長弁別特性における極値を判別でき、波長弁別特性の極値を光信号の波長間隔とを合致させれば、レーザ光の波長捕捉範囲を広くすることができる。これにより、半導体レーザモジュールで多重化された光信号を用いる場合であっても、その発振波長を常に安定化させることができる。
【００２１】
また、半導体レーザモジュールの第２の態様は、前記波長弁別手段の温度を検出し、その検出結果に基づき前記波長弁別手段を一定温度に保つように制御する温度制御手段を更に備えることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、温度制御手段が波長弁別手段の温度を一定に保つように制御するので、波長弁別特性の温度変動を抑えて、より高い精度で半導体レーザモジュールの発振波長を安定化させることができる。
【００２３】
また、半導体レーザモジュールの第３の態様は、レーザ光を出射し発振波長を制御可能な半導体レーザと、前記半導体レーザから出射されたレーザ光のうち波長モニタ用のレーザ光を入射して第１の分岐光と第２の分岐光に分岐する光分岐手段と、前記第１の分岐光を透過させ、周期性を持ち各々の極値が異なる波長弁別特性を付与する波長弁別手段と、前記波長弁別手段の透過光を受光する第１の光量検出手段と、前記第２の分岐光を受光する第２の光量検出手段と、前記第１の光量検出手段及び前記第２の光量検出手段の出力比に基づいて前記半導体レーザの発振波長を制御する制御手段と、を備えた半導体レーザモジュールであって、前記波長弁別手段は、バンドパスフィルタとファブリペローエタロンとを組み合わせて構成されており、前記バンドパスフィルタは、使用波長帯で前記ファブリペローエタロンよりも傾斜の緩やかな波長透過特性を持ち、前記ファブリペローエタロンは、ファブリペロー共振に基づいて周期的に極値が現れ当該極値の近辺で傾斜が前記バンドパスフィルタよりも急峻な波長透過特性を持つことを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、緩やかな波長透過特性を持つバンドパスフィルタと、周期的に極値が現れ当該極値の近辺で傾斜が急峻な波長透過特性を持つファブリペローエタロンとを組み合わせて波長弁別手段を構成したので、レーザ光の波長捕捉範囲を広くすることができる。
【００２５】
また、半導体レーザモジュールの第４の態様は、前記バンドパスフィルタの６ｄＢ透過帯域幅は、ファブリペローエタロンの４周期分の波長帯域幅以上となることを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、バンドパスフィルタの６ｄＢ透過帯域幅がファブリペローエタロンの４周期分の帯域幅以上となるようにしたので、高精度にレーザ光の波長を安定化させることができる。
【００２７】
また、半導体レーザモジュールの第５の態様は、前記バンドパスフィルタは、光軸に対して斜めに配置され、レーザ光の一部を反射する入射端面が前記光分岐手段として機能することを特徴とする。
【００２８】
この発明によれば、レーザ光が波長モニタに入射されると、バンドパスフィルタの入射端面により反射されたレーザ光の一部が上述の第２の分岐光として用いられるので、半導体レーザモジュールの部品点数を減らしつつ、発振波長の安定化を図ることができる。
【００２９】
また、半導体レーザモジュールの第６の態様は、前記波長弁別手段は、使用波長帯で傾斜のある波長透過特性を持つ第１のフィルタと、前記第１のフィルタよりも細かい波長間隔で周期的に極値が現れ当該極値の近辺で前記第１のフィルタよりも傾斜が急峻な波長透過特性を持つ第２のフィルタとを組み合わせて構成されることを特徴とする。
【００３０】
この発明によれば、使用波長帯で傾斜のある波長透過特性を持つ第１のフィルタと、前記第１のフィルタよりも細かい波長間隔で周期的に現れる極値の近辺で前記第１のフィルタよりも傾斜が急峻な波長透過特性を持つ第２のフィルタとを組み合わせて波長弁別手段を構成したので、多様なフィルタの組み合わせを可能としつつ、周期性を持ち各々極値が異なる波長弁別特性を付与し、半導体レーザモジュールの発振波長を安定化させることができる。
【００３１】
また、半導体レーザモジュールの第７の態様は、前記第１のフィルタは、ファブリペロー共振に基づく波長透過特性を持つファブリペローエタロンからなることを特徴とする。
【００３２】
この発明によれば、第１のフィルタとしてファブリペロー共振に基づく波長透過透過特性を持つファブリペローエタロンを用いて波長弁別手段を構成したので、例えば、異なる特性のファブリペローエタロンを第１のフィルタ及び第２のフィルタとして用いるなど、半導体レーザモジュールの構成を簡素化しつつ発振波長を安定化させることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３４】
図１は、本発明を適用した一形態としての半導体レーザモジュールの構成を示す図である。図１に示す半導体レーザモジュールは、半導体レーザ１と、波長制御回路２と、波長モニタ３と、温度調整回路４と、演算回路５とを含んで構成されている。また、半導体レーザモジュールの波長モニタ３は、ビームスプリッタ３１と、バンドパスフィルタ３２と、ファブリペローエタロン３３と、温度センサ３４と、温度制御部３５と、第１のフォトダイオード３６及び第２のフォトダイオード３７とを含んで構成されている。
【００３５】
以上の構成において、半導体レーザ１は、所定の波長を有するレーザ光を出射する光源である。半導体レーザ１から出射されたレーザ光は外部への出力光となるとともに、一部がモニタ用の測定光となる。この半導体レーザ１には、波長制御回路２が設けられており、注入電流を可変することによってレーザ光の波長を長波長側又は短波長側に制御することができる。
【００３６】
図１に示すように、半導体レーザ１から出射されたモニタ用の測定光は、レーザ光の波長をモニタする役割を担う波長モニタ３に送出される。波長モニタ３においては、入力された測定光がビームスプリッタ３１を透過して２つに分岐される。このビームスプリッタ３１は、本発明の光分岐手段として機能する。そして、ビームスプリッタ３１からの第１の透過光は、バンドパスフィルタ３２及びファブリペローエタロン３３を介して、第１のフォトダイオード３６で受光される。一方、ビームスプリッタ３１からの第２の透過光は、直接第２のフォトダイオード３７で受光される。
【００３７】
なお、図１の場合は、光分岐手段としてビームスプリッタ３１を用いる場合を示しているが、例えば、入射されたレーザ光を２方向に分岐する機能を持つプリズム、ハーフミラー等を光分岐手段として用いてもよい。
【００３８】
第１の透過光の光路中に配置されたバンドパスフィルタ３２及びファブリペローエタロン３３は、一体的に本実施形態の波長弁別手段である複合フィルタとして機能する。バンドパスフィルタ３２は、レーザ光の波長の増減とともに緩やかな傾斜で透過率が変化する波長透過特性を有する光学フィルタであり、例えば所望の誘電体が多層化された構造を有している。また、ファブリペローエタロン３３は、レーザ光のファブリペロー干渉を利用して、所定の波長周期でレーザ光を選択的に透過させる素子であり、例えばバルク型の結晶部材を２つの平行平板で挟んだ構造を有している。上記複合フィルタの波長弁別特性は、これらバンドパスフィルタ３２とファブリペローエタロン３３のそれぞれの波長透過特性に応じて定まるが、具体的な特性及び作用については後述する。
【００３９】
波長モニタ３に取り付けられている温度センサ３４は、波長モニタ３の温度を検出し、温度に比例した検出信号を出力する。そして、温度センサ３４の検出信号は温度調整回路４に送られ、波長モニタ３の温度を安定化させるために適切な温度制御量を求め、これに対応する制御信号が演算回路５を経て波長モニタ３内の温度制御部３５に供給される。この温度制御部３５は、例えば、波長モニタ３の筐体に取り付けられ、電流の方向により温度を加熱又は冷却する機能を持つペルチエ素子により構成される。このように本実施形態では、波長モニタ３に温度センサ３４と温度制御部３５を設けることにより、上記複合フィルタの温度を常に一定に保ち、波長弁別特性を安定化させることができる。
【００４０】
一方、第１のフォトダイオード３６及び第２のフォトダイオード３７は、本発明の光量検出手段としてそれぞれ機能し、受光量に応じた光検出電流を出力する。そして、第１のフォトダイオード３６及び第２のフォトダイオード３７からの光検出電流はそれぞれ演算回路５に送られる。これにより、演算回路５では、これらの光検出電流に対応する検出値を取得するとともに、第１のフォトダイオード３６との第２のフォトダイオード３７の出力比を演算する。演算回路５は、このように求めた出力比の変動に基づいて半導体レーザ１の波長変動を判別し、予め設定された波長弁別特性の曲線形状に基づいて求めた波長制御量を波長制御回路２に供給する。このように、演算回路５は、波長制御回路２と相俟って、半導体レーザの発振波長を適正に制御するための制御手段として機能する。このような構成により、半導体レーザ１の波長が温度変化等の要因で変動した場合であっても、適切な調整を行って発振波長を安定化させることができる。
【００４１】
次に、複合フィルタの特性及び動作について説明する。本実施形態の複合フィルタのうち、図２はバンドパスフィルタ３２の波長透過特性を示す図であり、図３はファブリペローエタロン３３の波長透過特性を示す図である。まず、図２において、広い波長範囲にわたるバンドパスフィルタ３２の透過率の変化を示している。図２に示されるように、バンドパスフィルタ３２は、所定の中心波長で出力がピークを持ち、中心波長から短波長側と長波長側では透過率が次第に減少していく特性を有している。そして、本実施形態では、バンドパスフィルタ３２の波長透過特性の中心波長から長波長側の所定範囲を使用波長帯域として設定しており、この範囲に対応するスロープ部では波長の増大に伴い緩やかに透過率が減少していくことがわかる。なお、上記の使用波長帯域は、バンドパスフィルタ３２の中心波長から短波長側に設定してもよい。すなわち、バンドパスフィルタ３２の波長透過特性においてスロープ部が存在することを前提に、その範囲を使用波長帯域として設定することができる。ただし、図２に示すように、バンドパスフィルタ３２の波長透過特性において、中心波長から透過率の差が６ｄＢ以内となる範囲を使用波長帯域とすることが好ましい。
【００４２】
一方、図３においては、使用波長帯域でのファブリペローエタロン３３の波長透過特性を示している。図３に示されるように、半導体レーザ１の波長の間隔に対応する所定の周期で極値が現れる。そして、各々の極値における透過率は略同一であって、その前後では透過率が急峻に減少していく特性を有している。
【００４３】
そして、本実施形態における複合フィルタの場合は、上記のバンドパスフィルタ３２とファブリペローエタロン３３のそれぞれの波長透過特性を合成した波長弁別特性を有する。ここで、図４は、複合フィルタの波長弁別特性が反映された第１のフォトダイオード３６の出力特性を示す図である。図４においては、図３と比較すると明らかなように、周期的な極値は図３と同様の波長において現れるが、各々の極値の透過率の大きさは、波長の増加に伴い緩やかに減少していく。すなわち、図３のファブリペローエタロン３３の波長透過特性に対し、図２の使用波長範囲における緩やかなスロープ部の波長透過特性の影響が加わった結果、図４のような曲線形状となるものである。
【００４４】
一方、図５は、複合フィルタを経由しない第２のフォトダイオード３７の出力特性を示す図である。図５に示すように、図４とは異なり、波長が変化しても常に平坦な出力特性に保たれる。その結果、演算回路５によって求められた出力比は、図６の波長弁別特性として示され、図３の場合と同様の曲線形状で変化する。図６に示す例では、出力比の変化範囲０〜１のうち、波長λａで出力比Ａとなるように調整されているものとする。このように図６に示す波長弁別特性は、半導体レーザ１のパワー変動の影響を受けない出力比を用いているので、レーザ光の波長変動を判別するために利用することができる。そして、本実施形態の場合は、波長弁別特性における極値が同一ではなく、それぞれ異なっているため、演算回路５による出力比の算出結果に基づいて、後述するように波長制御に際しての波長捕捉範囲を広げることができる点で優れている。
【００４５】
次に、本実施形態における波長制御手法について、図７を用いて説明する。図７には、図６と同様の波長弁別特性を示している。まず、前提として波長モニタ３の波長弁別特性を予め測定した上で、図７に示すように、所定の極値を波長安定化の基準となる波長λ０に合致させ、この波長λ０に対応する出力比Ａと、この出力比Ａの上下の変動範囲に対応する閾値を予め求めておく。これらの出力比Ａと閾値は、演算回路５にて読み出し可能な所定の記憶手段に記憶保持しておけばよい。
【００４６】
波長モニタ３の動作に際しては、演算回路５により、求めた出力比が閾値の範囲内（出力比Ａを中心とする所定の範囲）であるか否かが常時判断される。そして、何らかの要因により半導体レーザ１の発振波長が急激に変動し、波長λ１になる状況を考える。この場合には、演算回路５により、図７に示す出力比Ａ１が得られ、上述の閾値の範囲外であると判断される。その結果、波長制御回路２に対する波長制御量を調整し、出力比Ａ１を本来の出力比Ａに近づけるように動作する。
【００４７】
例えば、図７において、低波長側に向かうように波長制御を行ったとすると、複数の波長λ２、λ３で出力比Ａに合致することになり、演算回路５では本来の極値よりも大きな極値の周辺（低波長側）に遷移していることを判断できる。この場合は、発振波長の制御方向が長波長側に向かうように制御すればよい。逆に、極値の近辺で出力比Ａに達することがない場合は、演算回路５では本来の極値よりも小さな極値の周辺（長波長側）に遷移していることを判断できる。この場合は、発振波長の制御方向が短波長側に向かうように制御すればよい。
【００４８】
このような波長制御手法を採用したことにより、本実施形態の半導体レーザモジュールでは、図７に示すように、波長制御時の波長捕捉範囲を拡大することができる。すなわち、従来の場合の図１４と比べると、図１４の場合は波長捕捉範囲が特定の極値周辺の狭い範囲に限られていたのに対し、本発明では複数の極値を含む広い波長捕捉範囲が確保されることになる。従って、温度変動等の起因して半導体レーザ１の発振波長が急激に変動したとしても、その波長ずれを直ちに調整して発振波長を高い精度で安定化させることができる。
【００４９】
なお、波長モニタ３の複合フィルタを構成するバンドパスフィルタ３２の波長透過特性とファブリペローエタロン３３の波長透過特性は、適用形態に合わせて適宜に条件を設定することができる。ただし、本実施形態における好適な使用条件として、バンドパスフィルタ３２の６ｄＢ透過帯域幅を、ファブリペローエタロン３３の４周期分の帯域幅以上とすることが望ましい。
【００５０】
次に、上記実施形態の複合フィルタに関し、具体的な構成例について図８〜図１２を用いて説明する。上述したように図１ではバンドパスフィルタ３２及びファブリペローエタロン３３を含む複合フィルタを示しているが、以下の説明では、複合フィルタの一般的構成として、使用波長帯で波長透過特性の傾斜がある第１のフィルタと、細かい波長間隔で周期的に極値が現れ、極値の近辺で波長透過特性の傾斜が急峻な第２のフィルタとからなる場合を説明する。なお、図１において、バンドパスフィルタ３２は第１のフィルタに対応し、ファブリペローエタロン３３は第２のフィルタに対応する。
【００５１】
上記の第１のフィルタ及び第２のフィルタからなる複合フィルタに関する第１の構成例として、図８に示される波長透過特性を持つ第２のフィルタと、図９に示される波長透過特性を持つ第１のフィルタを用いる場合を説明する。図８は、第２のフィルタとしてのファブリペローエタロンの波長透過特性を示す図である。図８においては、使用波長帯において０．１ｎｍの波長間隔で現れる多数の極値を有し、それぞれの極値の近辺では急峻な傾斜で透過率が減少していくことがわかる。なお、この第２のフィルタは、干渉面の反射率が３０％であるものとする。一方、図９は、第１のフィルタの波長透過特性を示す図である。図９においては、使用波長帯で短波長側から長波長側にかけて緩やかに透過率が減少していくことがわかる。
【００５２】
そして、図１０に示すように、第１の構成例に基づく複合フィルタの波長弁別特性は、第１のフィルタと第２のフィルタのそれぞれの波長透過特性を合成した曲線形状となる。図１０においては、図８と同様の位置に極値が現れているが、波長の増加に伴い極値の透過率が減少している。すなわち、図８においては全ての極値における透過率が略同一であるのに対し、図１０においては、図９の第２のフィルタの波長透過特性が反映されるため、短波長側から長波長側にかけて極値の透過率は緩やかに減少していくのである。かかる複合フィルタを構成する際には、第１のフィルタと第２のフィルタは互いの間で干渉が生じないような位置関係で配置する必要がある。
【００５３】
なお、上記の第１のフィルタとしては、バンドパスフィルタを用いて構成する場合に加え、短波長パスフィルタを用いて構成することができる。いずれの場合も、波長透過特性において波長の増加に伴い透過率が小さくなるスロープ部を使用波長帯として設定すればよい。一方、波長透過特性において波長の増加に伴い透過率が大きくなるスロープ部を使用波長帯として設定してもよい。このとき、上記の第１のフィルタとして、長波長パスフィルタを用いて構成するか、あるいは、バンドパスフィルタの透過率が減少するスロープ部を使用波長帯として設定することができる。
【００５４】
次に、上記の第１のフィルタ及び第２のフィルタからなる複合フィルタに関する第２の構成例として、図１１に示される波長透過特性を持つファブリペローエタロンで第１のフィルタを構成し、第１のフィルタと第２のフィルタの双方を２つの異なるファブリペローエタロンで構成する場合を説明する。なお、第２の構成例においては、第２のフィルタとして、第１の構成例と同様のファブリペローエタロンを用いることを前提とする。図１１は、第１のフィルタとしてのファブリペローエタロンの波長透過特性を示す図である。図１１においては、使用波長帯の範囲で図８に示すような極値が現れず、短波長側から長波長側にかけて緩やかに透過率が減少していくことがわかる。
【００５５】
そして、図１２に示すように、第２の構成例に基づく複合フィルタの波長弁別特性は、第１のフィルタと第２のフィルタのそれぞれの波長透過特性を合成した曲線形状となる。図１２においては、図８と同様の位置に極値が現れているが、波長の増加に伴い極値の透過率が減少している。すなわち、上述の第１の構成例と同様に、図９の第１のフィルタの波長透過特性が反映されるため極値の透過率が緩やかに減少していくのである。このように、第１のフィルタと第２のフィルタの双方をファブリペローエタロンで構成するため、複合フィルタの構成を簡素化することができる。なお、第２の構成例においても、複合フィルタを構成する際に、第１のフィルタと第２のフィルタは互いの間で干渉が生じないような配置にする必要がある。
【００５６】
次に、上記実施形態の変形例について説明する。上記実施形態に係る半導体レーザモジュールでは、波長モニタ３中にビームスプリッタ３１を設ける構成であったが、本変形例に係る半導体レーザモジュールでは、波長モニタ３にビームスプリッタ３１を設けない場合の構成を有している。図１３は、本変形例に係る半導体レーザモジュールの構成を示す図であり、大部分の構成要素は図１と共通している。図１３と図１の相違は、図１のビームスプリッタ３１が図１３では存在せず、図１３のバンドパスフィルタ３８に光分岐手段としての機能を持たせた点である。なお、図１３において、図１と同様の構成要素に対しては同一の番号を付している。
【００５７】
以上の構成において、半導体レーザ１から出射された測定光が波長モニタ３に送出されると、直接バンドパスフィルタ３８に入射する。このバンドパスフィルタ３８は光軸に対して斜めに配置されるとともに、入射端面は所定の波長帯域以外のレーザ光を反射する機能を有する。そして、バンドパスフィルタ３８の透過光は、図１と同様の経路を介して第１のフォトダイオード３６にて受光される。一方、バンドパスフィルタ３８の反射光は、その光軸上に配置されている第２のフォトダイオード３７で受光される。かかる変形例の構成によれば、基本的な動作は図１の構成と同様であるが、部品点数を削減できるので半導体レーザの小型化に好適である。
【００５８】
以上説明した本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、様々な変更が可能である。例えば、図１及び図１３の例では、半導体レーザ１等を波長モニタ３とは別体で構成する場合を説明したが、同一の筐体で一体化して構成してもよい。この場合、波長モニタ３の温度制御回路３５と半導体レーザ１の波長制御回路２とを別々に設ける場合のほか、一体的に構成してもよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、温度変動等の対策としての半導体レーザの波長制御に伴う波長捕捉範囲を広げ、波長ずれを有効に防止して高精度な波長制御を行うことが可能となる。特に、本発明は、波長弁別特性の極値で波長制御を行っているため、５０ＧＨｚ、２５ＧＨＺ、１２．５ＧＨｚ以下のチャネル間隔が狭い測定光を用いる場合に効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した一形態としての半導体レーザモジュールの構成を示す図である。
【図２】バンドパスフィルタの波長透過特性を示す図である。
【図３】ファブリペローエタロンの波長透過特性を示す図である。
【図４】複合フィルタの波長弁別特性が反映された第１のフォトダイオードの出力特性を示す図である。
【図５】複合フィルタを経由しない第２のフォトダイオードの出力特性を示す図である。
【図６】演算回路によって求めた出力比に対応する波長弁別特性を示す図である。
【図７】本実施形態における波長制御手法を説明する図である。
【図８】複合フィルタに関する第１の構成例のうち、第２のフィルタとしてのファブリペローエタロンの波長透過特性を示す図である。
【図９】複合フィルタに関する第１の構成例のうち、第１のフィルタの波長透過特性を示す図である。
【図１０】複合フィルタに関する第１の構成例の波長弁別特性を示す図である。
【図１１】複合フィルタに関する第２の構成例のうち、第１のフィルタとしてのファブリペローエタロンの波長透過特性を示す図である。
【図１２】複合フィルタに関する第２の構成例の波長弁別特性を示す図である。
【図１３】本実施形態の変形例に係る半導体レーザモジュールの構成を示す図である。
【図１４】従来の半導体レーザモジュールにおいて周期的な波長弁別特性に基づいて半導体レーザの発振波長を制御する状況を説明する図である。
【符号の説明】
１…半導体レーザ
２…波長制御回路
３…波長モニタ
４…温度調整回路
５…演算回路
３１…ビームスプリッタ
３２、３８…バンドパスフィルタ
３３…ファブリペローエタロン
３４…温度センサ
３５…温度制御部
３６…第１のフォトダイオード
３７…第２のフォトダイオード[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technical field of optical communication in which information transmission is performed using an optical signal, and in particular, uses a wavelength division multiplexing (WDM) transmission method to transmit a plurality of signal lights having wavelengths with periodic intervals. The present invention relates to a technical field such as a semiconductor laser module used for transmission through a fiber.
[0002]
[Prior art]
In recent years, WDM has attracted attention as an elemental technology for dramatically increasing transmission information in the field of optical communication. In this WDM communication system, the wavelength interval of multiplexed optical signals becomes extremely narrow. On the other hand, since the wavelength of a semiconductor laser used as a signal light source fluctuates due to factors such as temperature fluctuations, there is a risk that signal quality may be deteriorated by causing crosstalk between adjacent optical signals. Therefore, since it is necessary to prevent crosstalk of optical signals, a semiconductor laser used in a WDM communication system is required to have very high wavelength stability.
[0003]
As a technique for realizing such wavelength stability, for example, as disclosed in JP-A-11-251673, the wavelength of a laser signal is monitored, and the temperature control of the semiconductor laser is performed according to the monitoring result. The method of doing is known. According to this method, for example, a part of laser light from a semiconductor laser is used as measurement light, and the measurement light is split into two by a beam splitter, and then one of the branched lights has a wavelength having a predetermined wavelength discrimination characteristic. The discriminating element is passed through to receive light, and the other branched light is directly received. Then, the output ratio of both light receiving outputs is detected, and the wavelength of the semiconductor laser is controlled so as to make it coincide with a predetermined set value. When such a method is used and a Fabry-Perot etalon having periodic wavelength transmission characteristics is used as a wavelength discriminating element, it can be applied to a tunable semiconductor laser module using a plurality of periodic wavelengths. it can.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
When the Fabry-Perot etalon is used as a wavelength discriminating element in the above conventional semiconductor laser module, the wavelength transmission characteristic period of the Fabry-Perot etalon coincides with the wavelength interval of the laser light to be used, and the wavelength transmission characteristic corresponding to the used frequency Are configured to have substantially the same transmission intensity.
[0005]
However, when the wavelength interval of the laser light to be used becomes narrow, the adjacent extreme values approach in the wavelength transmission characteristics of the Fabry-Perot etalon, and the range in which the wavelength change of the laser light can be determined and controlled based on the output ratio around the extreme value (Wavelength capturing range) becomes narrow. For example, FIG. 14 is a diagram for explaining a situation in which the oscillation wavelength of the semiconductor laser is controlled based on periodic wavelength discrimination characteristics. As shown in FIG. 14, assuming that the output ratio A is adjusted in advance at the wavelength λ0, a predetermined range in which the output ratio changes sharply before and after that is the wavelength capture range. Here, consider a situation in which the oscillation wavelength of the semiconductor laser fluctuates abruptly for some reason and becomes a wavelength λ1 that exceeds the wavelength capture range. In this case, after the output ratio A1 is detected, control is performed in a direction (arrow direction) from the original extreme value toward the lower wavelength side so as to approach the output ratio A, and the oscillation wavelength of the semiconductor laser is stabilized at the wavelength λ2. It will become. As a result, in the WDM communication system, an optical signal that should originally be transmitted at the wavelength λ0 is mixed with an optical signal that is transmitted at another wavelength λ2, so that accurate information transmission cannot be performed. .
[0006]
Accordingly, the present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is to provide a wavelength monitor and a semiconductor laser module capable of performing wavelength control with high accuracy.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
To solve the above problem, First aspect of wavelength monitor Is an optical branching unit for entering a wavelength monitoring laser beam and branching it into a first branching light and a second branching light; and transmitting the first branching light; Wavelength discrimination means for imparting different wavelength discrimination characteristics, first light quantity detection means for receiving transmitted light of the wavelength discrimination means, and second light quantity detection means for receiving the second branched light. Features.
[0008]
According to the present invention, after a part of the laser light is incident on the wavelength monitor and branched in two directions by the light branching means, the first branched light is received by the first light quantity detection means via the wavelength discrimination means. At the same time, the second branched light is directly received by the second light quantity detection means. The wavelength discriminating means imparts wavelength discrimination characteristics having periodicity and different extreme values. Therefore, if the extremum of the wavelength discrimination characteristic is matched with the wavelength interval of the optical signal, the extremum can be discriminated and the wavelength capture range of the laser beam can be widened, and the multiplexed optical signal is used. In this case, the oscillation wavelength can be stabilized.
[0009]
Also, The second aspect of the wavelength monitor is the periodicity of the optical branching means for entering the wavelength monitoring laser light and branching it into the first branched light and the second branched light, and transmitting the first branched light. A wavelength discriminating means for providing wavelength discrimination characteristics having different extreme values, a first light quantity detecting means for receiving transmitted light of the wavelength discriminating means, and a second light quantity for receiving the second branched light A wavelength monitor comprising detection means, The wavelength discrimination means includes It is configured by combining a bandpass filter and a Fabry-Perot etalon. In the wavelength band used Than the Fabry-Perot etalon Wavelength transmission characteristics with gentle slope The Fabry-Perot etalon is An extreme value appears periodically based on the Fabry-Perot resonance, and the slope is in the vicinity of the extreme value. Than the bandpass filter Steep wavelength transmission characteristics Having It is characterized by.
[0010]
According to the present invention, a wavelength discrimination means combining a bandpass filter having a gradual wavelength transmission characteristic and a Fabry-Perot etalon having a wavelength transmission characteristic in which an extreme value periodically appears and has a steep slope in the vicinity of the extreme value. Therefore, when there are a plurality of substantially the same extreme values in the wavelength transmission characteristics of the Fabry-Perot etalon, the extreme values are different based on the wavelength transmission characteristics of the bandpass filter, and as in the invention of claim 1 As a result, the wavelength capture range of the laser beam can be widened.
[0011]
Also, The third aspect of the wavelength monitor is: The band-pass filter has a 6 dB transmission bandwidth that is equal to or greater than the bandwidth of four cycles of a Fabry-Perot etalon.
[0012]
According to the present invention, the 6 dB transmission bandwidth of the bandpass filter is set to be equal to or greater than the bandwidth of the four cycles of the Fabry-Perot etalon, so that an extreme value suitable for the actually assumed use conditions can be set. The wavelength of the laser beam can be stabilized with high accuracy.
[0013]
Also, The fourth aspect of the wavelength monitor is: The bandpass filter is disposed obliquely with respect to the optical axis, and an incident end face that reflects a part of the laser beam functions as the optical branching unit.
[0014]
According to the present invention, when the laser beam is incident on the wavelength monitor, a part of the laser beam reflected by the incident end face of the bandpass filter is used as the second branched light. It is possible to stabilize the oscillation wavelength while reducing the frequency.
[0015]
Also, The fifth aspect of the wavelength monitor is: The wavelength discriminating means includes a first filter having an inclined wavelength transmission characteristic in a used wavelength band; Than the first filter Extreme values appear periodically at fine wavelength intervals, and around these extreme values Than the first filter It is characterized by being combined with a second filter having a wavelength transmission characteristic with a steep slope.
[0016]
According to the present invention, the first filter having a wavelength transmission characteristic having an inclination in the used wavelength band and the second filter having a wavelength transmission characteristic having a steep inclination in the vicinity of an extreme value periodically appearing at a fine wavelength interval. Since the wavelength discriminating means is configured in combination with the above, it is possible to combine various filters, and to provide wavelength discrimination characteristics having periodicity and different extreme values by the same action as the invention of claim 1. The wavelength capture range of the laser beam can be widened.
[0017]
Also, The sixth aspect of the wavelength monitor is: The first filter has a wavelength transmission based on Fabry-Perot resonance. Excessive It consists of a Fabry-Perot etalon that has sex.
[0018]
According to the present invention, the wavelength discrimination means is configured using the Fabry-Perot etalon having the wavelength transmission and transmission characteristics based on the Fabry-Perot resonance as the first filter. For example, the Fabry-Perot etalon having different characteristics is used as the first filter and It is possible to simplify the configuration of the wavelength discriminating means such as using as the second filter.
[0019]
To solve the above problem, First aspect of semiconductor laser module Includes a semiconductor laser that emits laser light, and an optical branching unit that splits the laser light for wavelength monitoring out of the laser light emitted from the semiconductor laser into a first branched light and a second branched light. A wavelength discriminating means that transmits the first branched light and has a periodicity and imparts a wavelength discrimination characteristic having different extreme values; a first light quantity detecting means that receives the transmitted light of the wavelength discriminating means; Second light quantity detecting means for directly receiving the second branched light, second light quantity detecting means for receiving the second branched light, the first light quantity detecting means, and the second light quantity detecting means. And a control means for controlling the oscillation wavelength of the semiconductor laser based on the output ratio.
[0020]
According to the present invention, laser light is emitted from the semiconductor laser, and wavelength discrimination characteristics are imparted to the first branched light by the same action as that of the first aspect of the present invention. When the output ratio between the first branched light and the second branched light is obtained, the extreme value in the wavelength discrimination characteristic can be determined, and if the extreme value in the wavelength discrimination characteristic matches the wavelength interval of the optical signal, the laser The wavelength capture range of light can be widened. Thereby, even when the optical signal multiplexed by the semiconductor laser module is used, the oscillation wavelength can always be stabilized.
[0021]
Also, The second aspect of the semiconductor laser module is: It further comprises temperature control means for detecting the temperature of the wavelength discriminating means and controlling the wavelength discriminating means to maintain a constant temperature based on the detection result.
[0022]
According to this invention If Since the temperature control unit controls the wavelength discrimination unit to keep the temperature constant, the temperature variation of the wavelength discrimination characteristic can be suppressed, and the oscillation wavelength of the semiconductor laser module can be stabilized with higher accuracy.
[0023]
Also, According to a third aspect of the semiconductor laser module, a semiconductor laser capable of emitting a laser beam and controlling an oscillation wavelength, and a laser beam for wavelength monitoring out of the laser beams emitted from the semiconductor laser are incident on the first branch. A light branching means for branching light into a second branched light, a wavelength discriminating means for transmitting the first branched light and providing wavelength discrimination characteristics having periodicity and different extreme values, and the wavelength discriminating means Output ratios of the first light quantity detection means for receiving the transmitted light, the second light quantity detection means for receiving the second branched light, the first light quantity detection means, and the second light quantity detection means. Control means for controlling the oscillation wavelength of the semiconductor laser based on the semiconductor laser module, The wavelength discrimination means includes It is configured by combining a bandpass filter and a Fabry-Perot etalon. In the wavelength band used Than the Fabry-Perot etalon Wavelength transmission characteristics with gentle slope The Fabry-Perot etalon is An extreme value appears periodically based on the Fabry-Perot resonance, and the slope is in the vicinity of the extreme value. Than the bandpass filter Steep wavelength transmission characteristics Having It is characterized by.
[0024]
According to the present invention, a wavelength discrimination means combining a bandpass filter having a gradual wavelength transmission characteristic and a Fabry-Perot etalon having a wavelength transmission characteristic in which an extreme value periodically appears and has a steep slope in the vicinity of the extreme value. Configured And -The wavelength capture range of the laser beam can be widened.
[0025]
Also, The fourth aspect of the semiconductor laser module is: The band-pass filter has a 6 dB transmission bandwidth that is equal to or greater than the wavelength bandwidth of four cycles of the Fabry-Perot etalon.
[0026]
According to this invention, the 6 dB transmission bandwidth of the bandpass filter is set to be equal to or greater than the bandwidth of four cycles of the Fabry-Perot etalon. High The wavelength of the laser beam can be stabilized with high accuracy.
[0027]
Also, The fifth aspect of the semiconductor laser module is The band-pass filter is disposed obliquely with respect to the optical axis, and an incident end face that reflects a part of the laser beam functions as the optical branching unit.
[0028]
According to the present invention, when the laser beam is incident on the wavelength monitor, a part of the laser beam reflected by the incident end face of the bandpass filter is used as the second branched light. It is possible to stabilize the oscillation wavelength while reducing the number of points.
[0029]
Also, The sixth aspect of the semiconductor laser module is The wavelength discriminating means includes a first filter having an inclined wavelength transmission characteristic in a used wavelength band; Than the first filter Extreme values appear periodically at fine wavelength intervals, and around these extreme values Than the first filter It is characterized by being combined with a second filter having a wavelength transmission characteristic with a steep slope.
[0030]
According to the present invention, the first filter having a wavelength transmission characteristic having an inclination in the used wavelength band; Than the first filter Near extremes that appear periodically at fine wavelength intervals Than the first filter Since the wavelength discriminating means is configured by combining with the second filter having a wavelength transmission characteristic having a steep slope, it is possible to combine various filters. Zhou It is possible to stabilize the oscillation wavelength of the semiconductor laser module by providing wavelength discrimination characteristics having different periods and different extreme values.
[0031]
Also, The seventh aspect of the semiconductor laser module is The first filter has a wavelength transmission based on Fabry-Perot resonance. Excessive It consists of a Fabry-Perot etalon that has sex.
[0032]
According to the present invention, the wavelength discrimination means is configured using the Fabry-Perot etalon having wavelength transmission and transmission characteristics based on Fabry-Perot resonance as the first filter. The oscillation wavelength can be stabilized while simplifying the configuration of the semiconductor laser module, such as being used as the second filter.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
[0034]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a semiconductor laser module as an embodiment to which the present invention is applied. The semiconductor laser module shown in FIG. 1 includes a semiconductor laser 1, a wavelength control circuit 2, a wavelength monitor 3, a temperature adjustment circuit 4, and an arithmetic circuit 5. The wavelength monitor 3 of the semiconductor laser module includes a beam splitter 31, a bandpass filter 32, a Fabry-Perot etalon 33, a temperature sensor 34, a temperature controller 35, a first photodiode 36, and a second photo diode. A diode 37 is included.
[0035]
In the above configuration, the semiconductor laser 1 is a light source that emits laser light having a predetermined wavelength. Laser light emitted from the semiconductor laser 1 becomes output light to the outside, and part of it becomes measurement light for monitoring. The semiconductor laser 1 is provided with a wavelength control circuit 2, and the wavelength of the laser light can be controlled to the long wavelength side or the short wavelength side by varying the injection current.
[0036]
As shown in FIG. 1, the measurement light for monitoring emitted from the semiconductor laser 1 is sent to a wavelength monitor 3 that plays a role of monitoring the wavelength of the laser light. In the wavelength monitor 3, the input measurement light is transmitted through the beam splitter 31 and branched into two. The beam splitter 31 functions as an optical branching unit of the present invention. The first transmitted light from the beam splitter 31 is received by the first photodiode 36 via the bandpass filter 32 and the Fabry-Perot etalon 33. On the other hand, the second transmitted light from the beam splitter 31 is directly received by the second photodiode 37.
[0037]
In the case of FIG. 1, the beam splitter 31 is used as the light branching means. However, for example, a prism, a half mirror or the like having a function of branching incident laser light in two directions is used as the light branching means. It may be used.
[0038]
The bandpass filter 32 and the Fabry-Perot etalon 33 arranged in the optical path of the first transmitted light function as a composite filter that is a wavelength discriminating unit of the present embodiment. The band-pass filter 32 is an optical filter having a wavelength transmission characteristic in which the transmittance changes with a gentle inclination as the wavelength of the laser light increases and decreases, and has, for example, a structure in which a desired dielectric is multilayered. The Fabry-Perot etalon 33 is an element that selectively transmits laser light at a predetermined wavelength period using Fabry-Perot interference of laser light. For example, a bulk crystal member is sandwiched between two parallel plates. It has a structure. The wavelength discrimination characteristics of the composite filter are determined according to the respective wavelength transmission characteristics of the bandpass filter 32 and the Fabry-Perot etalon 33. Specific characteristics and functions will be described later.
[0039]
A temperature sensor 34 attached to the wavelength monitor 3 detects the temperature of the wavelength monitor 3 and outputs a detection signal proportional to the temperature. Then, the detection signal of the temperature sensor 34 is sent to the temperature adjustment circuit 4 to obtain an appropriate temperature control amount for stabilizing the temperature of the wavelength monitor 3, and the control signal corresponding thereto is passed through the arithmetic circuit 5 to the wavelength monitor. 3 is supplied to the temperature control unit 35 in the unit 3. The temperature control unit 35 is, for example, a Peltier element that is attached to the housing of the wavelength monitor 3 and has a function of heating or cooling the temperature according to the direction of current. As described above, in this embodiment, by providing the wavelength monitor 3 with the temperature sensor 34 and the temperature control unit 35, the temperature of the composite filter can always be kept constant, and the wavelength discrimination characteristics can be stabilized.
[0040]
On the other hand, the first photodiode 36 and the second photodiode 37 each function as a light amount detection means of the present invention, and output a light detection current corresponding to the amount of received light. Then, the photodetection currents from the first photodiode 36 and the second photodiode 37 are respectively sent to the arithmetic circuit 5. Thereby, the arithmetic circuit 5 acquires detection values corresponding to these photodetection currents and calculates the output ratio of the second photodiode 37 to the first photodiode 36. The arithmetic circuit 5 discriminates the wavelength fluctuation of the semiconductor laser 1 based on the output ratio fluctuation thus obtained, and determines the wavelength control amount obtained based on the preset curve shape of the wavelength discrimination characteristics as the wavelength control circuit 2. To supply. Thus, the arithmetic circuit 5 functions as a control means for appropriately controlling the oscillation wavelength of the semiconductor laser in combination with the wavelength control circuit 2. With such a configuration, even when the wavelength of the semiconductor laser 1 fluctuates due to factors such as temperature changes, the oscillation wavelength can be stabilized by performing appropriate adjustment.
[0041]
Next, the characteristics and operation of the composite filter will be described. Of the composite filter of this embodiment, FIG. 2 is a diagram showing the wavelength transmission characteristics of the bandpass filter 32, and FIG. 3 is a diagram showing the wavelength transmission characteristics of the Fabry-Perot etalon 33. First, FIG. 2 shows a change in transmittance of the bandpass filter 32 over a wide wavelength range. As shown in FIG. 2, the band-pass filter 32 has a characteristic that the output has a peak at a predetermined center wavelength, and the transmittance gradually decreases on the short wavelength side and the long wavelength side from the center wavelength. . In the present embodiment, a predetermined range on the long wavelength side from the center wavelength of the wavelength transmission characteristic of the bandpass filter 32 is set as the use wavelength band, and the slope portion corresponding to this range gradually increases as the wavelength increases. It can be seen that the transmittance decreases. The used wavelength band may be set on the short wavelength side from the center wavelength of the bandpass filter 32. That is, on the premise that a slope portion exists in the wavelength transmission characteristics of the bandpass filter 32, the range can be set as the used wavelength band. However, as shown in FIG. 2, in the wavelength transmission characteristics of the band-pass filter 32, it is preferable that the range in which the difference in transmittance from the center wavelength is within 6 dB is the use wavelength band.
[0042]
On the other hand, FIG. 3 shows the wavelength transmission characteristics of the Fabry-Perot etalon 33 in the used wavelength band. As shown in FIG. 3, extreme values appear at a predetermined period corresponding to the wavelength interval of the semiconductor laser 1. And the transmittance | permeability in each extreme value is substantially the same, and has the characteristic that the transmittance | permeability reduces rapidly before and after that.
[0043]
And in the case of the composite filter in this embodiment, it has the wavelength discrimination characteristic which synthesize | combined each wavelength transmission characteristic of said band pass filter 32 and Fabry-Perot etalon 33. FIG. Here, FIG. 4 is a diagram illustrating the output characteristics of the first photodiode 36 in which the wavelength discrimination characteristics of the composite filter are reflected. In FIG. 4, as apparent from comparison with FIG. 3, the periodic extreme values appear at the same wavelength as in FIG. 3, but the magnitude of the transmittance of each extreme value gradually increases as the wavelength increases. It will decrease. That is, as a result of the influence of the wavelength transmission characteristic of the gentle slope portion in the use wavelength range of FIG. 2 on the wavelength transmission characteristic of the Fabry-Perot etalon 33 of FIG. 3, the curve shape as shown in FIG. .
[0044]
On the other hand, FIG. 5 is a diagram illustrating output characteristics of the second photodiode 37 that does not pass through the composite filter. As shown in FIG. 5, unlike FIG. 4, even if the wavelength changes, the output characteristics are always kept flat. As a result, the output ratio obtained by the arithmetic circuit 5 is shown as the wavelength discrimination characteristic in FIG. 6 and changes in the same curve shape as in FIG. In the example illustrated in FIG. 6, it is assumed that the output ratio is adjusted to be the output ratio A at the wavelength λa in the output ratio change range 0 to 1. As described above, the wavelength discrimination characteristic shown in FIG. 6 uses the output ratio that is not affected by the power fluctuation of the semiconductor laser 1, and can be used to determine the wavelength fluctuation of the laser light. In the case of the present embodiment, the extreme values in the wavelength discrimination characteristics are not the same, but are different from each other. Therefore, based on the calculation result of the output ratio by the arithmetic circuit 5, the wavelength capture range at the time of wavelength control as described later It is excellent in that it can be spread.
[0045]
Next, the wavelength control method in this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows the same wavelength discrimination characteristics as in FIG. First, as a premise, after measuring the wavelength discrimination characteristics of the wavelength monitor 3 in advance, as shown in FIG. 7, a predetermined extreme value is matched with the wavelength λ0 which is a reference for wavelength stabilization, and the output corresponding to this wavelength λ0 The threshold corresponding to the ratio A and the upper and lower fluctuation ranges of the output ratio A is obtained in advance. These output ratio A and threshold value may be stored in a predetermined storage means that can be read out by the arithmetic circuit 5.
[0046]
During the operation of the wavelength monitor 3, the arithmetic circuit 5 always determines whether or not the obtained output ratio is within the threshold range (a predetermined range centered on the output ratio A). A situation is considered in which the oscillation wavelength of the semiconductor laser 1 changes abruptly to some wavelength λ1 due to some factor. In this case, the output ratio A1 shown in FIG. 7 is obtained by the arithmetic circuit 5, and it is determined that it is outside the above-mentioned threshold range. As a result, the wavelength control amount for the wavelength control circuit 2 is adjusted, and the output ratio A1 operates so as to approach the original output ratio A.
[0047]
For example, in FIG. 7, if the wavelength control is performed toward the low wavelength side, the output ratio A is matched at a plurality of wavelengths λ 2 and λ 3, and the arithmetic circuit 5 has an extreme value larger than the original extreme value. It can be determined that the transition is made to the periphery (low wavelength side). In this case, it may be controlled so that the control direction of the oscillation wavelength is directed to the long wavelength side. On the contrary, when the output ratio A is not reached in the vicinity of the extreme value, the arithmetic circuit 5 can determine that a transition is made to the vicinity of the extreme value (long wavelength side) smaller than the original extreme value. In this case, it may be controlled so that the control direction of the oscillation wavelength is directed to the short wavelength side.
[0048]
By adopting such a wavelength control method, in the semiconductor laser module of the present embodiment, the wavelength capture range at the time of wavelength control can be expanded as shown in FIG. That is, compared with FIG. 14 in the conventional case, in the case of FIG. 14, the wavelength capture range is limited to a narrow range around a specific extreme value, but in the present invention, a wide wavelength capture including a plurality of extreme values is performed. A range will be secured. Therefore, even if the oscillation wavelength of the semiconductor laser 1 fluctuates rapidly due to temperature fluctuation or the like, the wavelength shift can be immediately adjusted to stabilize the oscillation wavelength with high accuracy.
[0049]
The wavelength transmission characteristics of the bandpass filter 32 constituting the composite filter of the wavelength monitor 3 and the wavelength transmission characteristics of the Fabry-Perot etalon 33 can be appropriately set according to the application form. However, as a preferable use condition in the present embodiment, it is desirable that the 6 dB transmission bandwidth of the bandpass filter 32 is equal to or larger than the bandwidth of four cycles of the Fabry-Perot etalon 33.
[0050]
Next, regarding the composite filter of the above embodiment, a specific configuration example will be described with reference to FIGS. As described above, FIG. 1 shows a composite filter including the bandpass filter 32 and the Fabry-Perot etalon 33. However, in the following description, as a general configuration of the composite filter, there is a slope of wavelength transmission characteristics in the used wavelength band. A case will be described in which a first filter and a second filter in which extreme values periodically appear at fine wavelength intervals and the slope of the wavelength transmission characteristic is steep in the vicinity of the extreme values are described. In FIG. 1, the band-pass filter 32 corresponds to the first filter, and the Fabry-Perot etalon 33 corresponds to the second filter.
[0051]
As a first configuration example relating to the composite filter including the first filter and the second filter, a second filter having the wavelength transmission characteristic shown in FIG. 8 and a second filter having the wavelength transmission characteristic shown in FIG. A case where the first filter is used will be described. FIG. 8 is a diagram showing the wavelength transmission characteristics of a Fabry-Perot etalon as the second filter. In FIG. 8, it can be seen that there are a large number of extreme values appearing at a wavelength interval of 0.1 nm in the used wavelength band, and the transmittance decreases with a steep slope in the vicinity of each extreme value. This second filter is assumed to have an interference surface with a reflectance of 30%. On the other hand, FIG. 9 is a diagram showing the wavelength transmission characteristics of the first filter. In FIG. 9, it can be seen that the transmittance gradually decreases from the short wavelength side to the long wavelength side in the used wavelength band.
[0052]
As shown in FIG. 10, the wavelength discrimination characteristics of the composite filter based on the first configuration example have a curved shape obtained by combining the wavelength transmission characteristics of the first filter and the second filter. In FIG. 10, an extreme value appears at the same position as in FIG. 8, but the transmittance of the extreme value decreases as the wavelength increases. That is, in FIG. 8, the transmittance at all extreme values is substantially the same, whereas in FIG. 10, the wavelength transmission characteristics of the second filter of FIG. The extreme transmittance gradually decreases toward the side. When configuring such a composite filter, it is necessary to arrange the first filter and the second filter in a positional relationship such that no interference occurs between them.
[0053]
The first filter can be configured using a short wavelength pass filter, in addition to the configuration using a band pass filter. In any case, a slope portion in which the transmittance decreases as the wavelength increases in the wavelength transmission characteristic may be set as the use wavelength band. On the other hand, in the wavelength transmission characteristic, a slope portion where the transmittance increases as the wavelength increases may be set as the use wavelength band. At this time, as the first filter, a long wavelength pass filter may be used, or a slope portion where the transmittance of the band pass filter is reduced may be set as the use wavelength band.
[0054]
Next, as a second configuration example related to the composite filter including the first filter and the second filter, the first filter is configured with a Fabry-Perot etalon having the wavelength transmission characteristics shown in FIG. A case will be described in which both the first filter and the second filter are configured by two different Fabry-Perot etalon. In the second configuration example, it is assumed that the same Fabry-Perot etalon as in the first configuration example is used as the second filter. FIG. 11 is a diagram showing the wavelength transmission characteristics of a Fabry-Perot etalon as the first filter. In FIG. 11, it can be seen that the extreme value as shown in FIG. 8 does not appear in the range of the used wavelength band, and the transmittance gradually decreases from the short wavelength side to the long wavelength side.
[0055]
As shown in FIG. 12, the wavelength discrimination characteristic of the composite filter based on the second configuration example has a curved shape obtained by synthesizing the wavelength transmission characteristics of the first filter and the second filter. In FIG. 12, an extreme value appears at the same position as in FIG. 8, but the transmittance of the extreme value decreases as the wavelength increases. That is, similar to the first configuration example described above, the wavelength transmittance of the first filter in FIG. 9 is reflected, and the extreme value transmittance gradually decreases. Thus, since both the first filter and the second filter are configured by Fabry-Perot etalon, the configuration of the composite filter can be simplified. Also in the second configuration example, when configuring the composite filter, it is necessary to arrange the first filter and the second filter so that no interference occurs between them.
[0056]
Next, a modification of the above embodiment will be described. In the semiconductor laser module according to the above embodiment, the beam splitter 31 is provided in the wavelength monitor 3, but in the semiconductor laser module according to the present modification, the configuration in the case where the beam splitter 31 is not provided in the wavelength monitor 3. Have. FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a semiconductor laser module according to this modification, and most of the components are the same as those in FIG. The difference between FIG. 13 and FIG. 1 is that the beam splitter 31 of FIG. 1 does not exist in FIG. 13, and the bandpass filter 38 of FIG. 13 has a function as an optical branching unit. In FIG. 13, the same components as those in FIG.
[0057]
In the above configuration, when the measurement light emitted from the semiconductor laser 1 is sent to the wavelength monitor 3, it directly enters the bandpass filter 38. The bandpass filter 38 is disposed obliquely with respect to the optical axis, and the incident end face has a function of reflecting laser light other than a predetermined wavelength band. Then, the transmitted light of the band pass filter 38 is received by the first photodiode 36 through the same path as in FIG. On the other hand, the reflected light of the bandpass filter 38 is received by the second photodiode 37 disposed on the optical axis. According to the configuration of such a modification, the basic operation is the same as that of the configuration of FIG. 1, but the number of parts can be reduced, which is suitable for downsizing of the semiconductor laser.
[0058]
The present invention described above is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, in the example of FIGS. 1 and 13, the case where the semiconductor laser 1 and the like are configured separately from the wavelength monitor 3 has been described. However, they may be configured integrally with the same housing. In this case, in addition to the case where the temperature control circuit 35 of the wavelength monitor 3 and the wavelength control circuit 2 of the semiconductor laser 1 are provided separately, they may be configured integrally.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to widen the wavelength capture range accompanying the wavelength control of the semiconductor laser as a countermeasure for temperature fluctuations, etc., and to effectively prevent wavelength shift and perform highly accurate wavelength control. Become. In particular, since the wavelength control is performed with the extreme value of the wavelength discrimination characteristic, the present invention is effective when using measurement light with a narrow channel interval of 50 GHz, 25 GHz, 12.5 GHz or less.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a semiconductor laser module as an embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a diagram illustrating wavelength transmission characteristics of a bandpass filter.
FIG. 3 is a diagram showing wavelength transmission characteristics of a Fabry-Perot etalon.
FIG. 4 is a diagram illustrating an output characteristic of a first photodiode reflecting a wavelength discrimination characteristic of a composite filter.
FIG. 5 is a diagram illustrating output characteristics of a second photodiode that does not pass through a composite filter;
FIG. 6 is a diagram illustrating wavelength discrimination characteristics corresponding to output ratios obtained by an arithmetic circuit.
FIG. 7 is a diagram illustrating a wavelength control method in the present embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating wavelength transmission characteristics of a Fabry-Perot etalon as a second filter in the first configuration example related to the composite filter.
FIG. 9 is a diagram illustrating the wavelength transmission characteristics of the first filter in the first configuration example related to the composite filter.
FIG. 10 is a diagram illustrating wavelength discrimination characteristics of the first configuration example related to the composite filter.
FIG. 11 is a diagram illustrating wavelength transmission characteristics of a Fabry-Perot etalon as a first filter in the second configuration example related to the composite filter.
FIG. 12 is a diagram illustrating wavelength discrimination characteristics of a second configuration example related to the composite filter.
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a semiconductor laser module according to a modified example of the embodiment.
FIG. 14 is a diagram for explaining a situation in which the oscillation wavelength of a semiconductor laser is controlled based on periodic wavelength discrimination characteristics in a conventional semiconductor laser module.
[Explanation of symbols]
1. Semiconductor laser
2. Wavelength control circuit
3. Wavelength monitor
4 ... Temperature adjustment circuit
5. Arithmetic circuit
31 ... Beam splitter
32, 38 ... band pass filter
33 ... Fabry-Perot etalon
34 ... Temperature sensor
35 ... Temperature controller
36: first photodiode
37. Second photodiode

Claims

An optical branching means for receiving a laser beam for wavelength monitoring and splitting the laser beam into a first branched light and a second branched light;
A wavelength discriminating means that transmits the first branched light and has a periodicity and imparts a wavelength discrimination characteristic having different extreme values;
First light quantity detection means for receiving the transmitted light of the wavelength discrimination means;
A wavelength monitor comprising: a second light quantity detection unit that receives the second branched light ;
The wavelength discriminating means is configured by combining a bandpass filter and a Fabry-Perot etalon, and the bandpass filter has a wavelength transmission characteristic having a gentler slope than the Fabry-Perot etalon in a used wavelength band. The Perot etalon has a wavelength transmission characteristic in which an extreme value periodically appears based on Fabry-Perot resonance, and has a steeper slope near the extreme value than the bandpass filter .

2. The wavelength monitor according to claim 1 , wherein a 6 dB transmission bandwidth of the bandpass filter is equal to or greater than a bandwidth of four cycles of a Fabry-Perot etalon.

The wavelength monitor according to claim 1 , wherein the band-pass filter is disposed obliquely with respect to the optical axis, and an incident end face that reflects a part of the laser beam functions as the optical branching unit.

The wavelength discriminating means includes a first filter having an inclined wavelength transmission characteristic in a used wavelength band, and an extreme value periodically appearing at a wavelength interval smaller than that of the first filter, and the first filter near the extreme value . The wavelength monitor according to claim 1, wherein the wavelength monitor is configured in combination with a second filter having a wavelength transmission characteristic whose inclination is steeper than that of the first filter .

Said first filter is a wavelength monitor according to claim 4, characterized in that it consists of a Fabry-Perot etalon having a wavelength transparently characteristics based on Fabry-Perot cavity.

A semiconductor laser capable of emitting laser light and controlling the oscillation wavelength;
An optical branching unit that splits the first branching light and the second branching light by entering the wavelength monitoring laser light out of the laser light emitted from the semiconductor laser;
A wavelength discriminating means that transmits the first branched light and has a periodicity and imparts a wavelength discrimination characteristic having different extreme values;
First light quantity detection means for receiving the transmitted light of the wavelength discrimination means;
Second light quantity detection means for receiving the second branched light;
A control means for controlling an oscillation wavelength of the semiconductor laser based on an output ratio of the first light quantity detection means and the second light quantity detection means ,
The wavelength discriminating means is configured by combining a band-pass filter and a Fabry-Perot etalon, and the band-pass filter has a wavelength transmission characteristic having a gentler slope than the Fabry-Perot etalon in a used wavelength band. The Perot etalon has a wavelength transmission characteristic in which an extreme value periodically appears based on Fabry-Perot resonance, and the slope is steeper than the bandpass filter in the vicinity of the extreme value .

7. The semiconductor laser module according to claim 6 , further comprising temperature control means for detecting the temperature of the wavelength discrimination means and controlling the wavelength discrimination means to maintain a constant temperature based on the detection result.

7. The semiconductor laser module according to claim 6 , wherein a 6 dB transmission bandwidth of the band-pass filter is equal to or greater than a wavelength bandwidth corresponding to four periods of a Fabry-Perot etalon.

The semiconductor laser module according to claim 6 , wherein the band-pass filter is disposed obliquely with respect to the optical axis, and an incident end face that reflects a part of the laser beam functions as the optical branching unit.

The wavelength discriminating means includes a first filter having an inclined wavelength transmission characteristic in a used wavelength band, and an extreme value periodically appearing at a wavelength interval smaller than that of the first filter, and the first filter near the extreme value . 7. The semiconductor laser module according to claim 6 , comprising a second filter having a wavelength transmission characteristic having a steeper slope than that of the first filter .

The first filter includes a semiconductor laser module according to claim 10, characterized in that it consists of a Fabry-Perot etalon having a wavelength transparently characteristics based on Fabry-Perot cavity.