JP5435447B2 - レーザ素子およびレーザモジュール - Google Patents

Description

この発明は、光通信用信号光源となるレーザ素子およびレーザモジュールに関し、特に、波長ロック制御が行われるレーザ素子およびレーザモジュールに関するものである。

従来から、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing；波長分割多重）光通信用デバイスとして、出力レーザ光の波長を可変とする波長可変レーザ装置が知られている。この波長可変レーザ装置のなかでも、波長選択型の波長可変レーザ装置は、波長安定性に優れ、動作温度を変化させることによって広帯域の波長可変特性が得られることから、注目されている（特許文献１参照）。

ここで、波長ロック制御を行う場合、可変波長レーザ素子から前方に出力されたレーザ光の一部を光軸上に設けた第１のビームスプリッタで分離し、出力モニタによってレーザ光の出力をモニタし、さらに光軸上に設けた第２のビームスプリッタでレーザ光の一部を分離し、この分離したレーザ光の所定波長成分をフィルタリングし、このフィルタリングした波長のレーザ光を波長モニタによってモニタし、出力モニタおよび波長モニタのモニタ結果をもとに波長ロックするようにしている（特許文献２参照）。

特開２００４−３４９６９２号公報 特開２００５−１０１０３９号公報

しかしながら、上述した波長可変レーザ素子に波長ロック制御機構が搭載された可変波長レーザモジュールを初めとする波長ロック制御機構が搭載されたレーザモジュールでは、光軸上に２つのビームスプリッタ（第１および第２のビームスプリッタ）を設けているため、波長ロック制御機構が占める容量が大きく、レーザモジュールが大型化してしまうとともに、この大型化によってペルチェ素子などの温度調整機構が大きくなり消費電力が大きくなるという問題点があった。

そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型化を促進することができるレーザ素子およびレーザモジュールを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかるレーザ素子は、レーザ部と、該レーザ部から出力される出力レーザ光あるいは前記レーザ部の出力レーザ光が出射される端面とは反対側の端面から出力される後方レーザ光の一部を分岐する分岐部とが集積され、該分岐部を介して前記出力レーザ光の一部と残りの出力レーザ光あるいは前記後方レーザ光の一部と残りの後方レーザ光とを異なる方向に出力することを特徴とする。

また、この発明にかかるレーザモジュールは、レーザ部と、該レーザ部から出力される出力レーザ光あるいは前記レーザ部の出力レーザ光が出射される端面とは反対側の端面から出力される後方レーザ光の一部を分岐する分岐部とが集積され、該分岐部を介して前記出力レーザ光の一部と残りの出力レーザ光あるいは前記後方レーザ光の一部と残りの後方レーザ光とを異なる方向に出力するレーザ素子と、前記分岐部から出力された前記残りの出力レーザ光あるいは後方レーザ光の一部を分岐する分岐手段と、前記分岐手段によって分岐された前記一部の出力レーザ光あるいは後方レーザ光のうちの所定波長をフィルタリングする波長フィルタと、前記波長フィルタによってフィルタリングされた波長成分をモニタする波長モニタと、前記分岐部から出力された前記一部の出力レーザ光あるいは後方レーザ光の出力をモニタする出力モニタと、を備え、前記波長モニタおよび前記出力モニタの測定結果をもとに前記レーザ素子の波長ロック制御を行うことを特徴とする。

この発明によれば、レーザ部と、該レーザ部から出力される出力レーザ光あるいは前記レーザ部の出力レーザ光が出射される端面とは反対側の端面から出力される後方レーザ光の一部を分岐する分岐部とが集積され、該分岐部を介して前記出力レーザ光の一部と残りの出力レーザ光あるいは前記後方レーザ光の一部と残りの後方レーザ光とを異なる方向に出力するようにしているので、一部の光を直接、出力モニタすることができ、波長モニタに必要な１つのビームスプリッタなどの光分岐手段のみでよく、光軸上に備える光学素子が減り、レーザモジュールの小型化を促進することができるとともに、ペルチェ素子などの温度調整機構の小型化が可能になり、消費電力を抑えることができる。さらに、光ファイバに導波するまでの光軸の長さを短くすることができ、光軸ずれを抑えることができる。また、ビームスプリッタなどの光学素子は高価であるが、この光学素子の数を減らすことができるので、安価なレーザモジュールを実現することができる。

以下、図面を参照して、この発明にかかる可変波長レーザ素子および可変波長レーザモジュールの好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態）
図１は、この発明の実施の形態である可変波長レーザ素子を含む可変波長レーザモジュールの構成を示す模式図である。図１において、この可変波長レーザモジュール１は、内部に可変波長レーザ素子１０を有する。可変波長レーザ素子１０は、可変波長レーザ光を出力する可変波長レーザ部１１と、この可変波長レーザ光を光増幅するＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier；半導体光増幅器）などによって実現される半導体光増幅部１２と、半導体光増幅部１２によって光増幅されたレーザ光を分離して異なる方向に出力する方向性結合器によって実現される分岐部１５とを有する。

可変波長レーザ部１１は、異なる発振波長を有する複数のＤＦＢ（Distributed Feedback；分布帰還）レーザがアレイ状に配置されたレーザアレイと、複数のレーザアレイから出力されたレーザ光を合流させるＭＭＩカプラなどの光カプラとを有し、複数のＤＦＢレーザの中から所望の波長を発振するＤＦＢレーザを選択して出力する。

なお、各ＤＦＢレーザは、ペルチェ素子やヒータなどによって素子温度が制御されることによって、１つのＤＦＢレーザあたり、３〜４ｎｍ程度の波長可変が可能である。この素子温度制御による波長の可変範囲の下限は、ペルチェ素子の消費電力の要因によって制限され、上限は温度上昇による光出力の低下、駆動電流の上昇、レーザの信頼性の要因によって制限される。各ＤＦＢレーザが有する回折格子は、各ＤＦＢレーザの発振波長が３〜４ｎｍ程度の間隔で並ぶように設計されている。そして、駆動するＤＦＢレーザの切り替えと素子温度の制御によって、単体のＤＦＢレーザよりも広帯域な連続した波長帯をカバーすることが可能となる。ここで、ＷＤＭ光通信用の波長帯域、たとえば１．５３〜１．５６μｍのＣバンドまたは１．５７〜１．６1μｍのＬバンドの全体を１つの可変波長レーザ素子１０でカバーするには、ＤＦＢレーザの素子数を大きくすることが考えられる。たとえば、素子温度の調整によってＤＦＢレーザ１つあたり３〜４ｎｍの波長変化が可能であるとすれば、このようなＤＦＢレーザを１０個以上集積化すれば、３０ｎｍ以上の波長範囲にわたって波長を可変とした可変波長レーザ素子１０とすることができる。

分岐部１５は、上述したように方向性結合器によって実現され、たとえば、主レーザ光を導波する導波路１３と、この導波路１３に近接して並行配置され、レーザ光の一部を所定の分岐比で分岐出力する導波路１４とを有する。導波路１３の出力端と導波路１４の出力端とからはそれぞれ異なる方向にレーザ光を出力する。

可変波長レーザ素子１０は、熱伝導性が良い基台２３上に配置され、この基台２３上に、導波路１４から出力されたレーザ光の出力をモニタする出力モニタＰＤ１が近接配置される。

一方、導波路１３から出力された主レーザ光は、集光レンズ２、アイソレータ３，ビームスプリッタ４を介して光ファイバ７に導波され、外部出力される。また、ビームスプリッタ４は、光軸上のレーザ光の一部を分岐し、分岐されたレーザ光は、エタロンによって実現される波長フィルタ５を介して、波長モニタＰＤ２に出力される。波長モニタＰＤ２は、波長フィルタ５によってフィルタリングされた波長のレーザ光の出力をモニタする。

集光レンズ２は、基台２３および集光レンズ２を配置する熱伝導性の良い基台２２上に配置され、この基台２２の下部にはペルチェ素子などによって実現される温度調整手段が配置される。アイソレータ３は、熱伝導性の良いベース２０上に配置される。ベース２０上にはさらに、熱伝導性の良い基台２１が配置され、この基台２１上には、ビームスプリッタ４、波長フィルタ５、波長モニタＰＤ２、およびサーミスタ６が配置される。なお、ベース２０の下部には、ペルチェ素子などによって実現される温度調整手段が配置される。

出力モニタＰＤ１、波長モニタＰＤ２、サーミスタ６の各モニタ結果は、可変波長レーザモジュール１の外部に設けられた制御部Ｃに出力される。制御部Ｃは、出力モニタＰＤ１および波長モニタＰＤ２の各モニタ結果をもとに、波長ロック制御を行う。すなわち、制御部Ｃは、可変波長レーザ部１１内のＤＦＢレーザの選択を行うとともに、基台２２下部に配置された温度調整手段の温度を調整する。また、制御部Ｃは、サーミスタ６のモニタ結果をもとに波長モニタの選択波長を変化させるため、ベース１０の下部に配置された温度調整手段の温度を調整する。また、制御部Ｃは、出力モニタＰＤ１のモニタ結果をもとに半導体光増幅部１２による光増幅率を制御する。

この実施の形態では、波長可変レーザ素子１０内に集積された分岐部１５によって分岐された一部のレーザ光の出力を出力モニタＰＤ１によって直接モニタしているため、波長モニタを行うために分岐手段である１つのビームスプリッタ４を光軸上に設けるのみでよいため、可変波長レーザモジュール１内に波長ロック制御を行うための光学素子の数および容積を小さくすることができ、可変波長レーザモジュール１の小型化を促進することができる。また、光軸上に１つのビームスプリッタ４を設けるのみでよいので、導波路１３から光ファイバ７の入力端までの光軸の長さを短くすることができ、光軸ずれを小さくすることができる。さらに、可変波長レーザモジュール１の小型化に伴って、ペルチェ素子などによって実現される温度調整手段の小型化が促進され、消費電力を抑えることができる。また、ビームスプリッタ４などの光学部品は高価であるため、安価な可変波長レーザモジュールを実現することができる。

なお、上述した実施の形態では、分岐部１５を方向性結合器を用いることにより実現していたが、これに限らず、たとえば図２に示す可変波長レーザ素子３０のように、ＭＭＩカプラ３５を用いて異なる導波路３４，３５に分岐出力するようにしてもよい。

さらに、上述した実施の形態では、可変波長レーザ素子が複数のＤＦＢレーザを選択するようにしていたが、これに限らず、可変波長レーザ部１１に変えて、１つの半導体レーザ４６を用いて可変波長出力するようにしてもよい。この場合、半導体レーザ４６はＤＢＲレーザのように可変波長部４７を設けるようにする。そして、この場合における波長制御は、可変波長部４７に対して行ってもよいし、温度調整手段によって波長制御を行うようにしてもよい。

また、上述した可変波長レーザ素子は、増幅部をもたない素子であってもよい。この場合の増幅率は、電流注入量の制御によって行う。また、この場合、図３に示すように半導体レーザ４６の後方から漏れるモニタ光に対して分岐部４５を設け、出力モニタ用の導波路４４と波長モニタ用の導波路４３とからそれぞれモニタ光を異なる方向に分岐出力するようにしてもよい。

この発明の実施の形態である可変波長レーザ素子を含む可変波長レーザモジュールの構成を示す模式図である。 可変波長レーザ素子の変形例を示す模式図である。 可変波長レーザ素子の他の変形例を示す模式図である。

符号の説明

１ 可変波長レーザモジュール
２ 集光レンズ
３ アイソレータ
４ ビームスプリッタ
５ 波長フィルタ
６ サーミスタ
７ 光ファイバ
１０，３０，４０ 可変波長レーザ素子
１１ 可変波長レーザ部
１２ 半導体光増幅部
１３，１４，３３，３４，４２，４３，４４ 導波路
１５，４５ 分岐部
２０ ベース
２１〜２３ 基台
３５ ＭＭＩカプラ
４６ 半導体レーザ
４７ 波長可変部
ＰＤ１ 出力モニタ
ＰＤ２ 波長モニタ
Ｃ 制御部

Claims (3)

1. レーザ部と、前記レーザ部が出力したレーザ光を光増幅する光増幅部と、 該レーザ部から出力され前記光増幅部で光増幅された、 出力レーザ光あるいは前記レーザ部の出力レーザ光が出射される端面とは反対側の端面から出力される後方レーザ光の一部を分岐する導波路からなる分岐部とが集積され、該分岐部を介して前記出力レーザ光の一部と残りの出力レーザ光あるいは前記後方レーザ光の一部と残りの後方レーザ光とを両者が互いに離れる異なる方向に出力するレーザ素子と、
   前記分岐部から出力された前記残りの出力レーザ光あるいは後方レーザ光の一部を分岐する分岐手段と、
   前記分岐手段によって分岐された前記一部の出力レーザ光あるいは後方レーザ光のうちの所定波長をフィルタリングする波長フィルタと、
   前記波長フィルタによってフィルタリングされた波長成分をモニタする波長モニタと、
   前記分岐部から出力された前記一部の出力レーザ光あるいは後方レーザ光の出力をモニタする前記レーザ素子に近接配置された出力モニタと、
   を備え、
   前記分岐部は、前記残りの出力レーザ光あるいは後方レーザ光を導波する第１の導波路と、前記第１の導波路に近接して並行配置され、前記一部の出力レーザ光あるいは後方レーザ光を所定の分岐比で分岐出力する第２の導波路と、を有し、前記第１の導波路および前記第２の導波路が、前記出力レーザ光の一部と残りの出力レーザ光あるいは前記後方レーザ光の一部と残りの後方レーザ光とを両者が互いに離れる異なる方向に出力するように構成されており、
   前記分岐手段によって分岐された前記一部の出力レーザ光あるいは後方レーザ光は、集光レンズを介して前記波長モニタにモニタされ、
   前記分岐部から出力された前記一部の出力レーザ光あるいは後方レーザ光は、直接前記出力モニタにモニタされ、
   前記波長モニタおよび前記出力モニタの測定結果をもとに前記レーザ素子の波長ロック制御を行うことを特徴とするレーザモジュール。
2. 前記分岐部は、前記残りのレーザ光を導波する第１の導波路と、
   前記第１の導波路に近接して並行配置され、前記一部のレーザ光を所定の分岐比で分岐出力する第２の導波路と、を有する方向性結合器からなることを特徴とする請求項１に記載のレーザモジュール。
3. 前記分岐部から出力された前記残りの出力レーザ光あるいは後方レーザ光が、前記レーザ素子の長手方向の軸に対して、前記分岐部から出力された前記一部の出力レーザ光あるいは後方レーザ光から離れる方向に傾斜して出力され、
   前記分岐部から出力された前記一部の出力レーザ光あるいは後方レーザ光は、前記レーザ素子の長手方向の軸に対して、前記分岐部から出力された前記残りの出力レーザ光あるいは後方レーザ光から離れる方向に傾斜して出力されることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザモジュール。

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