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JP2009147076A - External resonator type wavelength variable laser device - Google Patents

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JP2009147076A
JP2009147076A JP2007322292A JP2007322292A JP2009147076A JP 2009147076 A JP2009147076 A JP 2009147076A JP 2007322292 A JP2007322292 A JP 2007322292A JP 2007322292 A JP2007322292 A JP 2007322292A JP 2009147076 A JP2009147076 A JP 2009147076A
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健二 佐藤
Koji Kudo
耕治 工藤
Hisato Sakuma
寿人 佐久間
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NEC Corp
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NEC Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an external resonator type wavelength variable laser device having excellent stability in laser oscillation mode. <P>SOLUTION: The external resonator type wavelength variable laser device includes: an optical amplifier 2 for amplifying a laser beam; a wavelength controller 8 for controlling the wavelength of the laser beam by a liquid crystal driven by an alternating current voltage; and a phase adjustor 3 for adjusting the phase of the laser beam by changing a refractive index based on a modulation signal. The amplitude of the modulation signal changes based on the amplitude of the alternating current voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、外部共振器型波長可変レーザ装置に関する。   The present invention relates to an external resonator type wavelength tunable laser device.

近年、急速なインターネットの普及に伴い、通信トラフィックのさらなる大容量化が求められている。そのため、チャネル当たりの伝送速度の向上及び波長分割多重方式(WDM:Wavelength Division Multiplexing)による多チャネル化が進められている。WDMでは、異なる搬送波長(チャネル)に割り当てられる複数の光信号を同時に伝送することができる。すなわち、多チャネル化により通信容量を増大させることができる。例えば、1チャネルあたり10ギガビット/秒で十分に変調し、100チャネル分を1つの光ファイバで伝送することができる。これにより、通信容量は1テラビット/秒に達する。   In recent years, with the rapid spread of the Internet, there has been a demand for further increase in communication traffic capacity. Therefore, improvement of transmission rate per channel and multi-channelization by wavelength division multiplexing (WDM) are being promoted. In WDM, a plurality of optical signals assigned to different carrier wavelengths (channels) can be transmitted simultaneously. That is, the communication capacity can be increased by increasing the number of channels. For example, sufficient modulation can be performed at 10 gigabits / second per channel, and 100 channels can be transmitted by one optical fiber. As a result, the communication capacity reaches 1 terabit / second.

近年の中長距離光通信で用いられる波長帯としては、希土類元素エルビウムをドープした光ファイバ増幅器(EDFA:Erbium Doped Fiber Amplifier)で増幅可能なC帯(1530〜1570nm)が広く用いられている。通常、光通信で用いられる各標準チャネルの波長に応じたレーザ装置が必要となる。例えば、100チャネル分に対しては、100品種のレーザ装置が必要となる。そのため、EDFAで増幅できるC帯を1台のレーザ装置で全てカバーできる波長可変レーザ装置の実用化が求められている。   As a wavelength band used in medium-to-long distance optical communication in recent years, a C band (1530 to 1570 nm) that can be amplified by a rare earth element erbium-doped optical fiber amplifier (EDFA: Erbium Doped Fiber Amplifier) is widely used. Usually, a laser device corresponding to the wavelength of each standard channel used in optical communication is required. For example, for 100 channels, 100 types of laser devices are required. Therefore, there is a demand for practical use of a wavelength tunable laser device that can cover all the C band that can be amplified by the EDFA with a single laser device.

一方、トラフィックの増減や障害に応じて、動的にパス設定が可能となるような柔軟なネットワークの構築も求められている。そのため、より多様なサービスの提供を可能とするネットワークの基盤整備が待望されている。このような大容量で高機能、高信頼性のフォトニックネットワークを構築するためには、波長を自在に制御する技術が必要不可欠である。従って、波長可変レーザは極めて重要なシステムキーデバイスとなってきている。   On the other hand, there is also a demand for the construction of a flexible network that can dynamically set a path according to an increase or decrease in traffic or a failure. Therefore, there is a long-awaited development of a network infrastructure that can provide more diverse services. In order to construct such a large-capacity, high-function, high-reliability photonic network, a technology for freely controlling the wavelength is indispensable. Therefore, the wavelength tunable laser has become an extremely important system key device.

特許文献1には、複数の分布帰還型(DFB:Distributed Feedback)レーザを並列に並べた波長可変レーザが開示されている。この波長可変レーザでは、各DFBレーザの発振波長をあらかじめずらして設定しておき、レーザを切り替えることで波長を粗調整する。さらに、温度による屈折率変化を利用して微調整する。   Patent Document 1 discloses a wavelength tunable laser in which a plurality of distributed feedback (DFB) lasers are arranged in parallel. In this tunable laser, the oscillation wavelength of each DFB laser is set in advance and the wavelength is roughly adjusted by switching the laser. Further, fine adjustment is performed using the change in refractive index due to temperature.

しかしながら、特許文献1に開示された波長可変レーザでは、各DFBレーザの出力ポートを一つにする光結合器が必要である。そのため、DFBレーザの並列数を増加させると、光結合器での損失が増大する。すなわち、波長可変範囲と光出力とがトレードオフ関係にあるという問題があった。   However, the wavelength tunable laser disclosed in Patent Document 1 requires an optical coupler that combines one output port of each DFB laser. Therefore, when the number of parallel DFB lasers is increased, the loss in the optical coupler increases. That is, there is a problem that the wavelength variable range and the light output are in a trade-off relationship.

ただし、DFBレーザをベースとした波長可変レーザは、温度による微調整が可能なため、特許文献2に記載の波長ロッカと組み合わせることができるという利点がある。波長ロッカは、周波数軸上で周期的な透過振幅を持つエタロン型フィルタである。振幅の中心付近では、エタロン型フィルタの透過光強度がレーザ周波数に応じて敏感に変化する。そのため、透過光強度を光電変換素子のモニタ電流で検出することにより、所望のレーザ周波数にチューニングできる。このように、DFBレーザと波長ロッカの組み合わせは、標準チャネル波長に対して高精度にレーザ波長をロックするのに有効な手段である。   However, the wavelength tunable laser based on the DFB laser has an advantage that it can be combined with the wavelength locker described in Patent Document 2 because it can be finely adjusted by temperature. The wavelength locker is an etalon type filter having a periodic transmission amplitude on the frequency axis. Near the center of the amplitude, the transmitted light intensity of the etalon filter changes sensitively according to the laser frequency. Therefore, it is possible to tune to a desired laser frequency by detecting the transmitted light intensity with the monitor current of the photoelectric conversion element. Thus, the combination of the DFB laser and the wavelength locker is an effective means for locking the laser wavelength with high accuracy with respect to the standard channel wavelength.

一方、前記トレードオフ関係のない波長可変レーザとして、外部共振器型波長可変レーザが提案されている。外部共振器型波長可変レーザでは、半導体光増幅器(SOA:Semiconductor Optical Amplifier)と、外部反射鏡とを用いて外部共振器を形成する。そして、外部共振器内に波長可変ミラーや波長可変フィルタなどの波長制御器を挿入することにより波長選択特性を実現する。この外部共振器型波長可変レーザでは、比較的容易にC帯全てをカバーする波長可変幅が得られ、研究開発が盛んである。   On the other hand, an external resonator type tunable laser has been proposed as a tunable laser having no trade-off relationship. In the external resonator type wavelength tunable laser, an external resonator is formed by using a semiconductor optical amplifier (SOA) and an external reflecting mirror. Then, wavelength selection characteristics are realized by inserting a wavelength controller such as a wavelength tunable mirror or a wavelength tunable filter in the external resonator. In this external cavity type wavelength tunable laser, a wavelength tunable width that covers the entire C band can be obtained relatively easily, and research and development are thriving.

外部共振器型波長可変レーザでは、波長可変ミラーや波長可変フィルタにより、その基本特性の大部分が決まる。波長可変ミラーとしては、例えば、特許文献3に開示された、外部鏡そのものが波長可変特性を持つ電気制御型波長可変ミラーなどがある。波長可変フィルタとしては、例えば、特許文献4に開示されたエタロンを回転させるフィルタ、特許文献5に開示された回折格子を回転させるフィルタ、特許文献6に開示された音響工学フィルタや誘電体フィルタなどがある。   In the external cavity type tunable laser, most of the basic characteristics are determined by the tunable mirror and the tunable filter. As the wavelength tunable mirror, for example, there is an electrically controlled wavelength tunable mirror disclosed in Patent Document 3 in which the external mirror itself has a wavelength tunable characteristic. Examples of the wavelength tunable filter include a filter that rotates an etalon disclosed in Patent Document 4, a filter that rotates a diffraction grating disclosed in Patent Document 5, an acoustic engineering filter and a dielectric filter disclosed in Patent Document 6, and the like. There is.

このような波長可変フィルタや波長可変ミラーを用いた外部共振器型波長可変レーザは種々知られている。例えば、特許文献7には、半導体光増幅器、エタロン、波長可変フィルタを備える外部共振器型波長可変レーザが開示されている。波長可変フィルタは比較的広い透過帯域幅を有しており、それだけでレーザ共振器を構成してもレーザモードが安定しない。そこで、レーザ共振器内部に前記波長可変フィルタよりも狭い透過帯域幅を有するエタロンを挿入し、レーザモードを安定化させる。さらに、波長可変フィルタの透過帯域幅が広いため、その透過ピーク波長の精度には比較的鈍感となる。そのため、波長可変フィルタはオープンループ制御できる。すなわち、フィードバック制御を要しない。   Various external cavity type wavelength tunable lasers using such a wavelength tunable filter and wavelength tunable mirror are known. For example, Patent Document 7 discloses an external resonator type wavelength tunable laser including a semiconductor optical amplifier, an etalon, and a wavelength tunable filter. The wavelength tunable filter has a relatively wide transmission bandwidth, and the laser mode is not stable even if the laser resonator is configured by itself. Therefore, an etalon having a transmission bandwidth narrower than that of the wavelength tunable filter is inserted into the laser resonator to stabilize the laser mode. Furthermore, since the transmission bandwidth of the wavelength tunable filter is wide, the accuracy of the transmission peak wavelength is relatively insensitive. Therefore, the wavelength variable filter can be controlled by open loop. That is, feedback control is not required.

また、特許文献7のレーザ共振器内のエタロンは、周波数軸上で周期的な透過特性を有する波長選択フィルタ(以下、波長選択フィルタと略す)として動作する。この時、透過ピーク波長は固定されているため、レーザ発振モードを前記透過ピーク波長に合わせることができれば、前記波長選択フィルタでの透過率を最大にできる。すなわち、レーザ共振器内の光損失を最小にすることができる。同時に、副モードの透過率を最小にすることができるため、モード安定性も高めることができる。   Further, the etalon in the laser resonator of Patent Document 7 operates as a wavelength selection filter (hereinafter, abbreviated as a wavelength selection filter) having periodic transmission characteristics on the frequency axis. At this time, since the transmission peak wavelength is fixed, if the laser oscillation mode can be adjusted to the transmission peak wavelength, the transmittance of the wavelength selection filter can be maximized. That is, the optical loss in the laser resonator can be minimized. At the same time, since the submode transmittance can be minimized, the mode stability can also be improved.

このような、レーザ発振モードを波長選択フィルタのピーク波長に合わせるためには、レーザ共振器内において位相調整をすればよい。位相調整とは、レーザ共振器の光学長(屈折率n×実長L)を実効的に変化させることである。具体的には、半導体のように屈折率を変化させる物質をレーザ共振器内に配置させることにより、屈折率nを変化させる方法や、機械的な方法により、実際の光学長Lを変化させる方法が考えられる。   In order to adjust the laser oscillation mode to the peak wavelength of the wavelength selection filter, the phase may be adjusted in the laser resonator. The phase adjustment is to effectively change the optical length (refractive index n × actual length L) of the laser resonator. Specifically, a method for changing the refractive index n by arranging a substance that changes the refractive index, such as a semiconductor, in the laser resonator, or a method for changing the actual optical length L by a mechanical method. Can be considered.

半導体の屈折率を変化させる位相調整機構を付加した構成は、例えば、特許文献6や非特許文献1に開示されている。これらの構成では、特許文献7と同様に、波長選択フィルタとしてはエタロンが用いられている。しかしながら、波長可変フィルタの構成が特許文献7と異なっている。特許文献6では、波長可変フィルタとして音響光学フィルタと反射ミラーとを組み合わせた構成となっている。一方、非特許文献1では、液晶の屈折率変化を利用した電気制御型波長可変ミラーが用いられている。   A configuration to which a phase adjustment mechanism for changing the refractive index of a semiconductor is added is disclosed in Patent Document 6 and Non-Patent Document 1, for example. In these configurations, as in Patent Document 7, an etalon is used as the wavelength selection filter. However, the configuration of the wavelength tunable filter is different from Patent Document 7. In patent document 6, it is the structure which combined the acousto-optic filter and the reflective mirror as a wavelength variable filter. On the other hand, in Non-Patent Document 1, an electrically controlled wavelength tunable mirror using a change in the refractive index of liquid crystal is used.

このような外部共振器型波長可変レーザによる波長選択動作の原理を図8、図9A、図9B、図9C、図9Dを用いて簡単に説明する。図8は関連技術の外部共振器型波長可変レーザ装置の構成を示す側面図、図9A、図9B、図9C、図9Dは図8の外部共振器型波長可変レーザ装置のレーザ発振モードを説明するための図ある。図8の外部共振器型波長可変レーザ装置は、半導体素子51、半導体光増幅器52、低反射コート面53、無反射コート面54、コリメートレンズ55、エタロン56、波長可変フィルタ57、全反射ミラー58、サブキャリア59、温度コントローラ101を備える。低反射コート面53、半導体光増幅器52、無反射コート面54、コリメートレンズ55、エタロン56、波長可変フィルタ57及び全反射ミラー58から外部共振器が構成される。図9Aは波長可変フィルタ57の透過特性を、図9Bはエタロン56の透過特性を、図9Cは外部共振器のファブリーペローモードを、図9Dは外部共振器のレーザ発振モードを示す。   The principle of the wavelength selection operation by such an external resonator type wavelength tunable laser will be briefly described with reference to FIGS. 8, 9A, 9B, 9C, and 9D. FIG. 8 is a side view showing a configuration of a related art external resonator type tunable laser device, and FIGS. 9A, 9B, 9C, and 9D illustrate laser oscillation modes of the external resonator type tunable laser device of FIG. It is a figure for doing. 8 includes a semiconductor element 51, a semiconductor optical amplifier 52, a low reflection coating surface 53, a non-reflection coating surface 54, a collimator lens 55, an etalon 56, a wavelength tunable filter 57, and a total reflection mirror 58. A subcarrier 59 and a temperature controller 101. The low-reflection coating surface 53, the semiconductor optical amplifier 52, the non-reflection coating surface 54, the collimating lens 55, the etalon 56, the wavelength variable filter 57, and the total reflection mirror 58 constitute an external resonator. 9A shows the transmission characteristics of the tunable filter 57, FIG. 9B shows the transmission characteristics of the etalon 56, FIG. 9C shows the Fabry-Perot mode of the external resonator, and FIG. 9D shows the laser oscillation mode of the external resonator.

まず、利得媒質である半導体光増幅器52から出る光は、図9Cに示すように外部共振器全長に依存する多数のファブリーペローモード63を含んでいる。しかし、これらのモードのうち、波長選択フィルタであるエタロン56の周期的な透過帯域62(図9B)の周期と一致する複数のモードのみが選択され、波長選択フィルタを通過する。ここで、波長選択フィルタを透過できないファブリーペローモードは抑制される。そのため、ファブリーペローモードの周波数間隔が比較的狭い構成、すなわち外部共振器全長が比較的長い構成でも、容易にチャネル以外の副モードを抑圧できる。   First, the light emitted from the semiconductor optical amplifier 52, which is a gain medium, includes a number of Fabry-Perot modes 63 depending on the total length of the external resonator as shown in FIG. 9C. However, among these modes, only a plurality of modes that match the period of the periodic transmission band 62 (FIG. 9B) of the etalon 56 that is the wavelength selection filter are selected and pass through the wavelength selection filter. Here, the Fabry-Perot mode that cannot pass through the wavelength selection filter is suppressed. Therefore, even in a configuration in which the frequency interval of the Fabry-Perot mode is relatively narrow, that is, a configuration in which the overall length of the external resonator is relatively long, submodes other than the channel can be easily suppressed.

次に、図9Aのような透過特性61を示す波長可変フィルタ57により、波長選択フィルタを透過した複数のモードのうちの1つだけが選ばれ、波長可変フィルタ57を透過する。図9Dの64は波長可変フィルタ57を透過するモードを示している。波長可変フィルタ57を透過した光は全反射ミラー58で反射されて、最終的に半導体光増幅器52まで戻る。こうして、帰還ループが構成される。図8の構成によれば、比較的容易にモード安定性の高い波長可変レーザを実現することができる。また、比較的単純な制御で波長選択特性を実現することができる。   Next, only one of a plurality of modes transmitted through the wavelength selection filter is selected by the wavelength tunable filter 57 having the transmission characteristic 61 as shown in FIG. Reference numeral 64 in FIG. 9D denotes a mode that transmits through the wavelength tunable filter 57. The light transmitted through the wavelength tunable filter 57 is reflected by the total reflection mirror 58 and finally returns to the semiconductor optical amplifier 52. Thus, a feedback loop is configured. According to the configuration of FIG. 8, a wavelength tunable laser with high mode stability can be realized relatively easily. In addition, wavelength selection characteristics can be realized with relatively simple control.

図8の構成では、波長選択フィルタの周期的な波長は固定されており、その透過ピークの波長は光通信用の標準チャネルに一致している。図8の構成では外部共振器内部に波長選択フィルタが配置されている。そのため、波長可変DFBレーザには必要な波長ロッカを用いなくても、波長選択フィルタのチャネル精度内の波長精度が得られる。   In the configuration of FIG. 8, the periodic wavelength of the wavelength selection filter is fixed, and the wavelength of the transmission peak coincides with the standard channel for optical communication. In the configuration of FIG. 8, a wavelength selection filter is arranged inside the external resonator. Therefore, the wavelength accuracy within the channel accuracy of the wavelength selection filter can be obtained without using a wavelength locker necessary for the wavelength tunable DFB laser.

このタイプのレーザは、共振器内部のエタロンの透過ピーク波長があらかじめ標準チャネルに一致している。従って、位相調整によりレーザ発振波長をこのエタロン透過波長に一致させる制御が必要である。このエタロンは、搭載コンポーネントの中で最も劣化しにくい。そのため、レーザ波長を常にそのピークに一致させる位相調整を行えば、半導体が劣化しても、発振波長を一定に保つことができる。   In this type of laser, the transmission peak wavelength of the etalon inside the resonator matches the standard channel in advance. Therefore, it is necessary to control the laser oscillation wavelength to match the etalon transmission wavelength by phase adjustment. This etalon is the least prone to degradation among the on-board components. Therefore, if the phase adjustment is performed so that the laser wavelength always matches the peak, the oscillation wavelength can be kept constant even if the semiconductor deteriorates.

この制御は、通常、ディザー制御と呼ばれる。位相調整電流のDC成分(バイアス)に低周波数変調信号(ディザー)を重畳させ、レーザ光出力をモニタしながら、光出力の変調信号の振幅が最小になるよう位相電流のDC成分(バイアス)をフィードバック制御する。このような自動制御により、半導体素子が劣化しても常に正しい位相調整が行われる。また、波長可変ミラー又は波長可変フィルタの経年変化に対しても、AC駆動電圧の周波数と異なる周波数で、ディザーを重畳させたフィードバック制御が有効である。
特開2003−023208号公報 特開2001−257419号公報 米国特許第US6215928B1号明細書 特開平4−69987号公報 特開平5−48220号公報 特開2000−261086号公報 米国特許第US6526071B1 特願2007−084642号公報 J.De Merlier他著、「Full C-band external cavity wavelength tunable laser using a liquid-crystal-based tunable mirror」、IEEE Photonic Technology Letters、2005年、第17巻、p.681
This control is usually called dither control. While superimposing a low-frequency modulation signal (dither) on the DC component (bias) of the phase adjustment current and monitoring the laser light output, the DC component (bias) of the phase current is adjusted so that the amplitude of the modulation signal of the optical output is minimized. Feedback control. By such automatic control, correct phase adjustment is always performed even if the semiconductor element deteriorates. Also, feedback control in which dither is superimposed at a frequency different from the frequency of the AC drive voltage is also effective for aging of the wavelength tunable mirror or wavelength tunable filter.
JP 2003-023208 A JP 2001-257419 A US Patent No. US6215928B1 Japanese Patent Laid-Open No. 4-69987 Japanese Patent Laid-Open No. 5-48220 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-261086 US Patent No. US6526071B1 Japanese Patent Application No. 2007-084642 J. De Merlier et al., “Full C-band external cavity wavelength tunable laser using a liquid-crystal-based tunable mirror”, IEEE Photonic Technology Letters, 2005, Vol. 17, p. 681

非特許文献1や特許文献8に開示された外部共振器型波長可変レーザでは、液晶波長可変ミラー又は波長可変フィルタが、光のバンドパスフィルタとなっている。液晶の屈折率を変えることにより、その最大透過波長が変化して、波長可変レーザを実現している。しかしながら、液晶の屈折率変化を利用しているため、ある条件の下では、レーザ発振モードが不安定になるという問題があった。以下に、その詳細を述べる。   In the external resonator type wavelength tunable laser disclosed in Non-Patent Document 1 and Patent Document 8, the liquid crystal wavelength tunable mirror or wavelength tunable filter is an optical bandpass filter. By changing the refractive index of the liquid crystal, the maximum transmission wavelength is changed to realize a wavelength tunable laser. However, since the change in the refractive index of the liquid crystal is used, there is a problem that the laser oscillation mode becomes unstable under certain conditions. The details will be described below.

液晶波長可変ミラーにおいて、液晶に印加するAC駆動電圧の振幅が高くなっていくと、AC駆動電圧の周波数で液晶の屈折率が変調されて、レーザ発振モード不安定になる。この現象を、以下、液晶の自己位相変調効果という。なお、この自己位相変調効果は、液晶をAC電圧で駆動する以上、必ず存在する。   In the liquid crystal wavelength tunable mirror, when the amplitude of the AC drive voltage applied to the liquid crystal increases, the refractive index of the liquid crystal is modulated at the frequency of the AC drive voltage, and the laser oscillation mode becomes unstable. This phenomenon is hereinafter referred to as a liquid crystal self-phase modulation effect. This self-phase modulation effect always exists as long as the liquid crystal is driven with an AC voltage.

この自己位相変調効果の程度については、液晶の周波数応答により、説明することができる。液晶の周波数応答については、特許文献8に詳細に記載されている。特許文献8の図2において、液晶の周波数応答は、液晶の種類にもよるが、100Hzから1000Hz(=1kHz)に、共振ピークがある。通常は、この共振ピークから離れたところを使用する。ディスプレー等の用途では、自己位相変調が多少あったとしても、視認できないレベルであるため、問題とならない。   The degree of this self-phase modulation effect can be explained by the frequency response of the liquid crystal. The frequency response of the liquid crystal is described in detail in Patent Document 8. In FIG. 2 of Patent Document 8, the frequency response of the liquid crystal has a resonance peak from 100 Hz to 1000 Hz (= 1 kHz), depending on the type of liquid crystal. Usually, the part away from this resonance peak is used. In applications such as a display, even if there is some self-phase modulation, the level is not visible so that there is no problem.

しかしながら、光通信用のレーザにおいては、わずかな自己位相変調が問題となり得る。液晶の屈折率が変調されると、これを用いた外部共振器型レーザの発振モードの位相も変調されてしまう。ここで、液晶波長可変ミラーの液晶は、周波数ω[kHz]、AC駆動電圧振幅α[V]で駆動されているとすると、時間tでの屈折率n(t)は、初期屈折率n、自己位相変調度Δnを用いて下記の式(1)で表される。また、式(2)に示すように、初期屈折率n、自己位相変調度Δnはいずれもαに比例する。
n(t)=n+Δn・EXP(ωt) (1)
ここで、n∝αかつΔn∝α (2)
液晶波長可変ミラーの反射波長は、初期屈折率nで決定されるので、AC駆動電圧振幅αにより、反射波長を制御することができる。他方、同時に、AC駆動電圧振幅αに比例する自己位相変調度Δnが生じる。この意図しない自己位相変調度Δnは振幅αが大きい場合に顕著となり、これが発振モードに掛かることにより、以下の問題が発生する。
However, slight self-phase modulation can be a problem in lasers for optical communication. When the refractive index of the liquid crystal is modulated, the phase of the oscillation mode of the external resonator laser using the liquid crystal is also modulated. Here, assuming that the liquid crystal of the liquid crystal wavelength tunable mirror is driven at a frequency ω [kHz] and an AC drive voltage amplitude α [V], the refractive index n (t) at time t is the initial refractive index n 0. The self-phase modulation degree Δn is expressed by the following equation (1). Further, as shown in Expression (2), both the initial refractive index n 0 and the self-phase modulation degree Δn are proportional to α.
n (t) = n 0 + Δn · EXP (ωt) (1)
Here, n 0 ∝α and Δn∝α (2)
Since the reflection wavelength of the liquid crystal wavelength tunable mirror is determined by the initial refractive index n 0 , the reflection wavelength can be controlled by the AC drive voltage amplitude α. On the other hand, a self-phase modulation degree Δn proportional to the AC drive voltage amplitude α is generated at the same time. This unintended self-phase modulation degree Δn becomes prominent when the amplitude α is large, and the following problems occur when this is applied to the oscillation mode.

第1に、波長可変ミラーのAC駆動電圧及び位相調整電流をディザー制御するためのトレランスが縮小される。ディザー制御時には、波長可変ミラーのAC駆動電圧振幅も、位相調整電流も、レーザの発振モードがホップしない範囲内で変化させることが必要となる。しかし、そのレーザの発振モードがホップしない安定領域の範囲が縮小され得る。   First, the tolerance for dithering the AC drive voltage and phase adjustment current of the wavelength tunable mirror is reduced. At the time of dither control, it is necessary to change the AC drive voltage amplitude and the phase adjustment current of the tunable mirror within a range in which the laser oscillation mode does not hop. However, the range of the stable region where the laser oscillation mode does not hop can be reduced.

第2に、誘導ブリルアン散乱(SBS:Stimulated Brillouin Scattering)を抑制するためのディザーを掛ける場合、そのディザー振幅が制限される。超長距離光ファイバ伝送では、光ファイバ内で非線形効果が発生する程度の高出力のレーザ光を用いることがある。その場合、光ファイバ内の非線形効果として、SBSが発生することが知られている。このSBSの影響により、光ファイバ内に所望の光パワーが入力されない問題が生じる。このSBSの抑制方法としては、通常、レーザ光にFM変調を意図的に掛けることにより、線幅を増大させる方法が知られている。このSBS抑圧は、レーザのFM変調度が高い程、効果がある。そのため、レーザのモードが安定な範囲内でできる限り大きなFM変調を掛けたいが、その安定範囲が縮小されるという問題がある。   Second, when a dither is applied to suppress stimulated Brillouin scattering (SBS), the dither amplitude is limited. In ultra-long-distance optical fiber transmission, high-power laser light that causes nonlinear effects in the optical fiber may be used. In that case, it is known that SBS occurs as a nonlinear effect in the optical fiber. Due to the influence of the SBS, there arises a problem that desired optical power is not input into the optical fiber. As a method for suppressing SBS, a method of increasing the line width by intentionally applying FM modulation to laser light is generally known. This SBS suppression is more effective as the FM modulation degree of the laser is higher. Therefore, it is desired to apply FM modulation as much as possible within a stable range of the laser mode, but there is a problem that the stable range is reduced.

本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであり、レーザの発振モードの安定性に優れた外部共振器型波長可変レーザを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an external resonator type wavelength tunable laser excellent in stability of a laser oscillation mode.

本発明に係る外部共振器型波長可変レーザ装置は、レーザ光を増幅する光増幅器と、交流電圧で駆動する液晶を有し、前記レーザ光の波長を制御する波長制御器と、変調信号に基づいて屈折率が変化することにより前記レーザ光の位相を調節する位相調節器とを備え、前記変調信号の振幅は、前記交流電圧の振幅に基づいて変化するものである。   An external resonator type wavelength tunable laser device according to the present invention includes an optical amplifier that amplifies laser light, a liquid crystal that is driven by an AC voltage, a wavelength controller that controls the wavelength of the laser light, and a modulation signal. And a phase adjuster for adjusting the phase of the laser light by changing the refractive index, and the amplitude of the modulation signal changes based on the amplitude of the AC voltage.

本発明によれば、レーザの発振モードの安定性に優れた外部共振器型波長可変レーザを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the external resonator type | mold wavelength-variable laser excellent in the stability of the oscillation mode of a laser can be provided.

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。   Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiment. In addition, for clarity of explanation, the following description and drawings are simplified as appropriate.

[第1実施例]
図1は、本発明の第1実施例となる外部共振器型波長可変レーザ装置の構成を示すブロック図である。本実施例では、波長可変ミラーとして、液晶の屈折率変化を利用した電圧印加型であって、使用する波長帯域内で反射特性が周期的でないものを用いた。図1に示すように、本実施例の外部共振器型波長可変レーザ装置は、半導体光増幅器2を含む半導体素子1と、コリメートレンズ6と、エタロン7と、液晶波長可変ミラー8とから構成されている。半導体素子1は、能動素子である半導体光増幅器2に、受動素子である位相調整器3を集積したものである。液晶波長可変ミラー8へは、AC駆動電圧源11が接続され、位相調整器3には、バイアス用のDC電流源12及び変調信号源13が接続されている。以下にその詳細を述べる。
[First embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an external resonator type wavelength tunable laser device according to a first embodiment of the present invention. In this embodiment, the variable wavelength mirror is a voltage application type that utilizes a change in the refractive index of the liquid crystal, and has a reflection characteristic that is not periodic within the wavelength band to be used. As shown in FIG. 1, the external resonator type wavelength tunable laser device of this embodiment includes a semiconductor element 1 including a semiconductor optical amplifier 2, a collimator lens 6, an etalon 7, and a liquid crystal wavelength tunable mirror 8. ing. The semiconductor element 1 is obtained by integrating a phase adjuster 3 as a passive element in a semiconductor optical amplifier 2 as an active element. An AC drive voltage source 11 is connected to the liquid crystal wavelength variable mirror 8, and a bias DC current source 12 and a modulation signal source 13 are connected to the phase adjuster 3. The details are described below.

本実施例では、半導体光増幅器2の左端面からレーザ光が出力される。この半導体光増幅器2の左端面には、反射率が1〜10%の低反射コーティング4が施されている。一方、位相調整領域3の右端面には、反射率が1%以下の無反射コーティング5が施されている。これにより、低反射コーティング4と半導体光増幅器2と位相調整領域3と無反射コーティング5とコリメートレンズ6とエタロン7と液晶波長可変ミラー8とが外部共振器10を構成する。なお、本実施例では、位相調整器3と反対側の半導体光増幅器2の端面を光出力側としているが、半導体光増幅器2と反対側の位相調整領域3の端面を光出力側としてもよい。   In this embodiment, laser light is output from the left end face of the semiconductor optical amplifier 2. A low-reflection coating 4 having a reflectance of 1 to 10% is applied to the left end surface of the semiconductor optical amplifier 2. On the other hand, a non-reflective coating 5 having a reflectance of 1% or less is applied to the right end surface of the phase adjustment region 3. As a result, the low-reflection coating 4, the semiconductor optical amplifier 2, the phase adjustment region 3, the non-reflection coating 5, the collimator lens 6, the etalon 7, and the liquid crystal wavelength tunable mirror 8 constitute an external resonator 10. In this embodiment, the end face of the semiconductor optical amplifier 2 opposite to the phase adjuster 3 is used as the light output side. However, the end face of the phase adjustment region 3 opposite to the semiconductor optical amplifier 2 may be used as the light output side. .

能動素子である半導体光増幅器2は、多重量子井戸(MQW:Multiple Quantum Well)で構成されており、電流の注入に応じて光を発生・増幅するものである。受動素子である位相調整器3は、バルク組成又は多重量子井戸で構成され、レーザ発振光を吸収しない程度にバンドギャップが広く設定されている。電流の注入又は電圧の印加に応じて領域の屈折率が変化する。半導体光増幅器2と位相調整器3との形成には、公知のバットジョイント技術や選択成長技術を用いればよい。半導体光増幅器2と位相調整器3とは、1kΩ以上の十分な分離抵抗により、電気的に絶縁されている。   The semiconductor optical amplifier 2, which is an active element, is composed of multiple quantum wells (MQW), and generates and amplifies light in response to current injection. The phase adjuster 3, which is a passive element, is composed of a bulk composition or multiple quantum wells, and has a wide band gap that does not absorb laser oscillation light. The refractive index of the region changes in response to current injection or voltage application. The semiconductor optical amplifier 2 and the phase adjuster 3 may be formed using a known butt joint technique or selective growth technique. The semiconductor optical amplifier 2 and the phase adjuster 3 are electrically insulated by a sufficient separation resistance of 1 kΩ or more.

半導体素子1の光出力の反対側には、コリメートレンズ6が配置されている。コリメートレンズ6は、半導体素子1からの光ビームを平行光14に変換する。そして、コリメートレンズ6で平行になったビームは次に液晶波長可変ミラー8にあたって反射され、もとの半導体素子1にフィードバックされる。液晶波長可変ミラー8は、電圧を印加して液晶の屈折率を変化させて、反射ピーク波長を可変にできるものを用いている。このようなタイプの波長可変ミラーは、例えば、特許文献3に記載されている。   A collimating lens 6 is disposed on the side opposite to the light output of the semiconductor element 1. The collimating lens 6 converts the light beam from the semiconductor element 1 into parallel light 14. The beam collimated by the collimating lens 6 is then reflected by the liquid crystal wavelength variable mirror 8 and fed back to the original semiconductor element 1. The liquid crystal wavelength tunable mirror 8 uses a mirror that can vary the reflection peak wavelength by applying a voltage to change the refractive index of the liquid crystal. Such a type of tunable mirror is described in Patent Document 3, for example.

コリメートレンズ6と、波長可変ミラー8の間には、エタロン7が配置されている。エタロン7は、使用する波長域において、波長に対して周期的な透過特性を有するものである。本実施例においては、エタロンのフリースペクトルレンジ(FSR)は、50GHzのものを用いており、すなわち透過ピーク波長の間隔が50GHzである。   An etalon 7 is disposed between the collimating lens 6 and the wavelength variable mirror 8. The etalon 7 has periodic transmission characteristics with respect to the wavelength in the wavelength range to be used. In this embodiment, the free spectral range (FSR) of the etalon is 50 GHz, that is, the transmission peak wavelength interval is 50 GHz.

以上の外部共振器型レーザ10を構成する各要素は、光線が直線的に進行するように、図1には記載していないが、共通のサブキャリア上に配置されている。その他、温度モニタ用のサーミスタ等が適切な位置に配置されている。さらに、前記サブキャリアが温度コントローラ(TEC:Thermo-Electric Cooler)上に搭載され、前記サーミスタ温度をモニタすることにより一定温度に制御されている。   Although not shown in FIG. 1, the elements constituting the external cavity laser 10 are arranged on a common subcarrier so that the light beam travels linearly. In addition, a thermistor for temperature monitoring is arranged at an appropriate position. Further, the subcarrier is mounted on a temperature controller (TEC: Thermo-Electric Cooler) and is controlled to a constant temperature by monitoring the thermistor temperature.

本外部共振器型波長可変レーザの動作原理の詳細は、前記のように従来技術の通りで、液晶波長可変ミラー8が、光のバンドパスフィルタとなっており、液晶の屈折率を変えることによって、その最大透過波長が変化して、波長可変レーザを実現するものである。   The details of the operating principle of this external resonator type wavelength tunable laser are as described above, and the liquid crystal wavelength tunable mirror 8 is a light band-pass filter, and by changing the refractive index of the liquid crystal. The tunable laser is realized by changing the maximum transmission wavelength.

ここで、液晶波長可変ミラー8に、周波数ω[kHz]、振幅α[V]のAC駆動電圧を加えると、αの値に応じて、液晶波長可変ミラー8の反射ピーク波長が変化する。このとき同時に、振幅αに比例して、液晶の屈折率変化起因の自己位相変調が生じる。その自己位相変調とαの関係を図2に示す。本発明では、図1に示すように、位相調整器3へは、位相制御のためのバイアス電流をDC電流源12から供給し、さらに加えて、変調信号源13から、振幅βの交流成分を重畳させる。このβの値を、αの値に対して、係数γを用いて下記の(3)式を満足するように選ぶことで、液晶波長可変ミラーの自己位相変調を打ち消すことができる。
β=γ×α (3)
Here, when an AC driving voltage having a frequency ω [kHz] and an amplitude α [V] is applied to the liquid crystal wavelength tunable mirror 8, the reflection peak wavelength of the liquid crystal wavelength tunable mirror 8 changes according to the value of α. At the same time, self-phase modulation caused by the change in the refractive index of the liquid crystal occurs in proportion to the amplitude α. The relationship between the self-phase modulation and α is shown in FIG. In the present invention, as shown in FIG. 1, a bias current for phase control is supplied from the DC current source 12 to the phase adjuster 3, and in addition, an AC component having an amplitude β is supplied from the modulation signal source 13. Superimpose. By selecting the value of β so as to satisfy the following expression (3) using the coefficient γ with respect to the value of α, the self-phase modulation of the liquid crystal wavelength tunable mirror can be canceled.
β = γ × α (3)

図3Aには、式(3)を満たす場合のβを表す図を示し、図3Bには、その結果、レーザの発振モードが受ける位相変調の大きさを示す。さらに、αとβの位相関係を説明するために、時間軸上で示したのが図4である。図4に、時間軸上で、ω[kHz]で変調された液晶の自己位相変調の様子と、位相調整器3へ交流信号を注入したことによってレーザに生じる位相変調の様子を示す。図5に示すように、実効的にレーザの発振モードが受ける位相変調を打ち消すことができる。   FIG. 3A shows a diagram representing β when Expression (3) is satisfied, and FIG. 3B shows the magnitude of the phase modulation that the laser oscillation mode receives as a result. Furthermore, in order to explain the phase relationship between α and β, FIG. 4 shows on the time axis. FIG. 4 shows a state of self-phase modulation of the liquid crystal modulated at ω [kHz] on the time axis and a state of phase modulation generated in the laser by injecting an AC signal into the phase adjuster 3. As shown in FIG. 5, it is possible to effectively cancel the phase modulation that the laser oscillation mode receives.

ただし、位相として逆相の関係を満たすのであるから、液晶波長可変ミラー8のAC駆動電圧の位相と、位相調整器3の変調電流の位相は、同相とするのが良い。この理由は、液晶波長可変ミラー8のAC駆動電圧が高い程、レーザ発振モードの受ける位相値は高くなるが、位相調整器3の位相電流が高い程、レーザ発振モードの受ける位相が小さくなるためである。この位相変化と電圧、電流値との関係を図4の右軸に示す。したがって、外見上、AC駆動電源11の位相と、変調信号源13の位相は同相になっている。   However, since the opposite phase relationship is satisfied as the phase, the phase of the AC drive voltage of the liquid crystal wavelength variable mirror 8 and the phase of the modulation current of the phase adjuster 3 are preferably in phase. This is because the phase value received by the laser oscillation mode increases as the AC drive voltage of the liquid crystal wavelength tunable mirror 8 increases, but the phase received by the laser oscillation mode decreases as the phase current of the phase adjuster 3 increases. It is. The relationship between this phase change, voltage, and current value is shown on the right axis of FIG. Therefore, in appearance, the phase of the AC drive power supply 11 and the phase of the modulation signal source 13 are in phase.

なお、上記の例では、位相調整器3を集積した半導体素子1を用いたが、本発明によれば、その他に、周波数ω[kHz]で変調でき、位相を制御できるコンポーネントであれば、どのようなコンポーネントでも、共振器内に導入することで、液晶波長可変ミラー8の自己位相変調を相殺させることができる。   In the above example, the semiconductor element 1 in which the phase adjuster 3 is integrated is used. However, according to the present invention, any other component that can be modulated at the frequency ω [kHz] and can control the phase can be used. By introducing such a component into the resonator, the self-phase modulation of the liquid crystal wavelength tunable mirror 8 can be canceled.

さらに、非特許文献1にあるように、本実施例においても、液晶波長可変ミラー8の電圧をディザー制御するために、ωと異なる周波数で駆動される交流電源や、位相電流のバイアス値をディザー制御するために、ωと異なる周波数の交流電流源を追加して、レーザの波長を制御することができる。その場合には、出力レーザ光9は、ビームスプリッタ等によって、ディザー信号を含めた一部の光パワーを、光出力モニタ用として分岐させて光出力モニタ用のフォトディテクタにて受信させることができる。これにより、ビームスプリッタの分岐比から、出力レーザ光9の光パワーを知ることができ、ディザー制御が可能となる。   Further, as described in Non-Patent Document 1, also in this embodiment, in order to dither control the voltage of the liquid crystal wavelength tunable mirror 8, an alternating current power source driven at a frequency different from ω or a bias value of the phase current is dithered. To control, the wavelength of the laser can be controlled by adding an alternating current source having a frequency different from ω. In this case, the output laser light 9 can be received by a photodetector for optical output monitoring by splitting a part of the optical power including the dither signal for optical output monitoring by a beam splitter or the like. Thereby, the optical power of the output laser beam 9 can be known from the branching ratio of the beam splitter, and dither control becomes possible.

また、SBS抑圧のために、レーザの発振モードに位相変調(FM変調)をかけることができる。そのためには、位相調整器3に、ωと異なる周波数の変調信号源を追加することができる。   Further, in order to suppress SBS, phase modulation (FM modulation) can be applied to the laser oscillation mode. For this purpose, a modulation signal source having a frequency different from ω can be added to the phase adjuster 3.

[第2実施例]
次に、本発明の第2の実施例について説明する。図5は、本発明の第2の実施例となる外部共振器型波長可変レーザ装置と制御装置の構成を示すブロック図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の外部共振器型波長可変レーザ装置は、半導体光増幅器2を含む半導体素子1と、コリメートレンズ6と、エタロン7と、波長可変ミラー8から構成されている。半導体素子1には、利得領域2と位相調整器3が集積されており、位相調整器3には、通常は直流電流をかけることにより位相調整を行うが、本実施例においては、位相調整器3及び液晶波長可変ミラー8へは、同一のAC駆動電圧源16が接続され、液晶波長可変ミラー8へは、AC電圧が供給され、位相調整器3には、途中、可変抵抗15によって電流へ変換された後に、AC電流が供給されている。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of an external cavity type wavelength tunable laser device and a control device according to a second embodiment of the present invention, and the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. . The external resonator type wavelength tunable laser device of this embodiment includes a semiconductor element 1 including a semiconductor optical amplifier 2, a collimator lens 6, an etalon 7, and a wavelength tunable mirror 8. The semiconductor device 1 has a gain region 2 and a phase adjuster 3 integrated therein, and the phase adjuster 3 is normally adjusted by applying a direct current. In this embodiment, the phase adjuster is used. 3 and the liquid crystal wavelength tunable mirror 8 are connected to the same AC drive voltage source 16, an AC voltage is supplied to the liquid crystal wavelength tunable mirror 8, and a current is supplied to the phase adjuster 3 by a variable resistor 15 on the way. After conversion, AC current is supplied.

前記図1の実施例においては、液晶波長可変ミラー8と位相調整器3では、別々のω[kHz]交流電源を用いており、周波数ωがそれぞれで、わずかに異なっている可能性がある。わずかに異なると、長時間使用した後には、信号の位相がずれてしまい、液晶の自己位相変調を打ち消すことができなくなる。そこで、全く同一の周波数とするために、本実施例では、一つのAC駆動電源16から分岐させて制御する構成となっている。また、本実施例では、AC駆動電圧源16から位相調整器3までの間に、可変抵抗15が配置されており、前記可変抵抗15を調整することにより、式(3)の関係を満たすことができる。   In the embodiment of FIG. 1, the liquid crystal wavelength variable mirror 8 and the phase adjuster 3 use separate ω [kHz] AC power supplies, and the frequencies ω may be slightly different from each other. If it is slightly different, the phase of the signal will shift after a long period of use, making it impossible to cancel the self-phase modulation of the liquid crystal. Therefore, in this embodiment, control is performed by branching from one AC drive power supply 16 in order to set the same frequency. In the present embodiment, the variable resistor 15 is disposed between the AC drive voltage source 16 and the phase adjuster 3, and the relationship of Expression (3) is satisfied by adjusting the variable resistor 15. Can do.

また、同一の交流駆動電圧源から分岐させているため、波長可変ミラー8へ供給されるAC駆動電圧と、位相調整器3へ供給されるAC変調信号電流は、同相の関係を満たしている。以上より、液晶の自己位相変調効果を打ち消す構成となり、前記実施例よりも制御回路を簡略化しつつも、前記実施例より高精度に位相を打ち消すことができる。   Since the same AC drive voltage source is branched, the AC drive voltage supplied to the wavelength variable mirror 8 and the AC modulation signal current supplied to the phase adjuster 3 satisfy the in-phase relationship. As described above, the self-phase modulation effect of the liquid crystal is canceled, and the phase can be canceled with higher accuracy than in the embodiment while simplifying the control circuit as compared with the embodiment.

さらに、非特許文献1にあるように、本実施例においても、液晶波長可変ミラー8の電圧をディザー制御するために、ωと異なる周波数で駆動される交流電源や、位相電流のバイアス値をディザー制御するために、ωと異なる周波数の交流電流源を追加して、レーザの波長を制御することができる。   Further, as described in Non-Patent Document 1, also in this embodiment, in order to dither control the voltage of the liquid crystal wavelength tunable mirror 8, an alternating current power source driven at a frequency different from ω or a bias value of the phase current is dithered. To control, the wavelength of the laser can be controlled by adding an alternating current source having a frequency different from ω.

また、SBS抑圧のために、レーザの発振モードに位相変調(FM変調)をかけることができる。そのためには、位相調整器3に、ωと異なる周波数の変調信号源を追加することができる。   Further, in order to suppress SBS, phase modulation (FM modulation) can be applied to the laser oscillation mode. For this purpose, a modulation signal source having a frequency different from ω can be added to the phase adjuster 3.

[第3実施例]
次に、本発明の第3実施例について説明する。本発明の第3の実施例の構成は、前記第1の実施例及び前記第2の実施例いずれかと同一にすることができるが、前記実施例と異なるのは、位相調整器3へ供給される変調電流の振幅βの値である。前記実施例においては、式(3)にあるように、位相電流の振幅βは、波長可変ミラー8へのAC電圧振幅αに比例していた。本実施例においては、係数σを用いて、下記(4)式の関係とする。
β=σ÷α (4)
これによって、別途SBS抑圧のために位相変調をかける必要がなくなる。以下にその詳細を述べる。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The configuration of the third embodiment of the present invention can be the same as that of either the first embodiment or the second embodiment, but the difference from the above embodiment is supplied to the phase adjuster 3. This is the value of the amplitude β of the modulation current. In the above embodiment, as shown in the equation (3), the amplitude β of the phase current is proportional to the AC voltage amplitude α to the wavelength variable mirror 8. In the present embodiment, the following equation (4) is established using the coefficient σ.
β = σ ÷ α (4)
This eliminates the need to separately apply phase modulation for SBS suppression. The details are described below.

本実施例においては、液晶波長可変ミラー8における自己位相変調効果を利用することによって、SBS抑圧も同時に実現することができる。液晶の自己位相変調効果により、波長可変ミラー8のAC駆動電圧の周波数αで、本レーザは位相変調されている。これはすなわち、SBS抑圧のためのFM変調がレーザにかけられているのと同一である。   In this embodiment, SBS suppression can be realized at the same time by utilizing the self-phase modulation effect in the liquid crystal wavelength tunable mirror 8. Due to the self-phase modulation effect of the liquid crystal, this laser is phase-modulated at the frequency α of the AC drive voltage of the wavelength variable mirror 8. This is the same as FM modulation applied to the laser for SBS suppression.

ただし、液晶の自己位相変調効果は、AC駆動電圧αに比例するため、αが大きい場合にしか効果が現れない。そこで、式(4)のように、位相調整器3への変調電流振幅βを、αに反比例するように設定する。図7Aに示すように、αが小さい場合、βが大きくなり、αが大きい場合、βが小さくなる。その結果、αの値によらず一定の位相変調がレーザにかけられることになる。その効果を図7Bに示す。これを可能とするのは、位相変調電流の周波数もαと同一であるためである。以上により、液晶の自己位相変調を打ち消すのではなく、積極的に利用することができる。   However, since the self-phase modulation effect of the liquid crystal is proportional to the AC drive voltage α, the effect appears only when α is large. Therefore, as shown in Expression (4), the modulation current amplitude β to the phase adjuster 3 is set to be inversely proportional to α. As shown in FIG. 7A, when α is small, β increases, and when α is large, β decreases. As a result, a constant phase modulation is applied to the laser regardless of the value of α. The effect is shown in FIG. 7B. This is possible because the frequency of the phase modulation current is also the same as α. As described above, the self-phase modulation of the liquid crystal is not canceled but can be actively used.

本実施例により、別途、SBS抑圧のための回路を追加することなく、実質的にSBS抑圧のための位相変調を、レーザにかけることができ、レーザ光源の制御回路を簡略化することができる。なお、第1実施例〜第3実施例では、波長可変ミラーに代えて、波長可変フィルタと、全反射ミラーとを組み合わせた構成にすることもできる。その場合のAC駆動電源の構成は、図1又は図6における構成と同等であり、その場合においても、第1実施例〜第3実施例のように、位相調整器3へ変調信号を入力することにより、前記と同様の効果を得ることができる。   According to the present embodiment, it is possible to substantially apply phase modulation for SBS suppression to the laser without adding a separate circuit for SBS suppression, and the control circuit of the laser light source can be simplified. . In the first to third embodiments, a configuration in which a wavelength tunable filter and a total reflection mirror are combined instead of the wavelength tunable mirror may be employed. The configuration of the AC drive power supply in that case is the same as the configuration in FIG. 1 or FIG. 6, and even in that case, the modulation signal is input to the phase adjuster 3 as in the first to third embodiments. Thus, the same effect as described above can be obtained.

本発明によれば、液晶の屈折率変化を利用した波長可変ミラー又は波長可変フィルタの駆動の際、発生する液晶の自己位相変調を、制御回路によって、実用上無視できる程度まで低減することができる。すなわち、実用上十分な波長制御安定範囲を提供することができ、以下のような効果が得られる。   According to the present invention, when the wavelength tunable mirror or wavelength tunable filter using the change in the refractive index of the liquid crystal is driven, the self-phase modulation of the liquid crystal generated can be reduced to a practically negligible level by the control circuit. . That is, a practically sufficient wavelength control stable range can be provided, and the following effects can be obtained.

第1に、温度変化などの周囲の環境変化に対して、レーザの発振モードが安定化する。第2に、構成する素子の経年変化に対しても、レーザの発振モードが安定化する。第1及び第2の効果の理由は、波長制御パラメータである液晶駆動電圧や、位相調整電流の変化に対して、レーザの発振モードの安定な範囲が拡大するからである。第3に、超長距離光伝送が可能となる。これは、レーザの発振モードを安定な状態に維持したまま、光ファイバ内SBS抑圧のためのFM変調度を高くすることができるからである。本発明は、以上の第1〜第3の効果により、環境変化や経年変化に対してレーザの発振モードが安定で、超長距離通信が可能な外部共振器型波長可変レーザ装置を実現することができる。   First, the oscillation mode of the laser is stabilized against changes in the surrounding environment such as temperature changes. Second, the laser oscillation mode is stabilized even with respect to the aging of the constituent elements. The reason for the first and second effects is that the stable range of the laser oscillation mode is expanded with respect to changes in the liquid crystal driving voltage and the phase adjustment current, which are wavelength control parameters. Third, ultra-long distance optical transmission is possible. This is because the FM modulation degree for suppressing SBS in the optical fiber can be increased while maintaining the laser oscillation mode in a stable state. The present invention achieves an external resonator type wavelength tunable laser device capable of performing ultra-long distance communication with a stable laser oscillation mode with respect to environmental changes and secular changes by the first to third effects described above. Can do.

第1実施例に係る外部共振器型波長可変レーザ装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the external resonator type | mold wavelength-tunable laser apparatus which concerns on 1st Example. 液晶の屈折率変化を利用した波長可変ミラー又は波長可変フィルタにおけるAC駆動電圧振幅に対する自己位相変調振幅を示す図である。It is a figure which shows the self phase modulation amplitude with respect to AC drive voltage amplitude in the wavelength variable mirror or wavelength variable filter using the refractive index change of a liquid crystal. 第1実施例での、液晶へのAC駆動電圧振幅に対する、位相調整器による位相変調振幅を示す図である。It is a figure which shows the phase modulation amplitude by a phase adjuster with respect to the AC drive voltage amplitude to a liquid crystal in 1st Example. 第1実施例での、液晶へのAC駆動電圧振幅に対する、レーザ発振モードの受ける位相変調振幅を示す図である。It is a figure which shows the phase modulation amplitude which a laser oscillation mode receives with respect to the AC drive voltage amplitude to a liquid crystal in 1st Example. 時間軸上における、液晶の自己位相変調と、位相調整器による位相変調との関係を示す図である。同時に、それぞれの変調起因である液晶駆動電圧振幅と、位相変調電流との関係も示す図である。It is a figure which shows the relationship between the self phase modulation of the liquid crystal on the time axis, and the phase modulation by the phase adjuster. At the same time, it is a diagram showing the relationship between the liquid crystal driving voltage amplitude and the phase modulation current that are caused by the respective modulations. 時間軸上における、位相調整器に加えられた位相変調によりレーザの発振モードが受ける全位相変調を示す図である。It is a figure which shows all the phase modulations which a laser oscillation mode receives by the phase modulation added to the phase adjuster on a time axis. 第2実施例に係る外部共振器型波長可変レーザ装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the external resonator type | mold wavelength-tunable laser apparatus which concerns on 2nd Example. 第3実施例での、液晶へのAC駆動電圧振幅に対する、位相調整器による位相変調振幅を示す図である。It is a figure which shows the phase modulation amplitude by a phase adjuster with respect to the AC drive voltage amplitude to a liquid crystal in 3rd Example. 第3実施例での、液晶へのAC駆動電圧振幅に対する、レーザ発振モードの受ける位相変調振幅を示す図である。It is a figure which shows the phase modulation amplitude which a laser oscillation mode receives with respect to the AC drive voltage amplitude to a liquid crystal in 3rd Example. 関連技術の外部共振器型波長可変レーザ装置を示す側面図である。It is a side view which shows the external resonator type | mold wavelength-tunable laser apparatus of related technology. 図8の波長可変レーザ装置の波長可変フィルタの透過特性を示す図である。It is a figure which shows the transmission characteristic of the wavelength variable filter of the wavelength variable laser apparatus of FIG. 図8の波長可変レーザ装置のエタロンの透過特性を示す図である。It is a figure which shows the transmission characteristic of the etalon of the wavelength tunable laser apparatus of FIG. 図8の波長可変レーザ装置の外部共振器のファブリーペローモードを示す図である。It is a figure which shows the Fabry-Perot mode of the external resonator of the wavelength tunable laser apparatus of FIG. 図8の波長可変レーザ装置の外部共振器のレーザ発振モードを示す図である。It is a figure which shows the laser oscillation mode of the external resonator of the wavelength tunable laser apparatus of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体素子
2 半導体光増幅器
3 位相調整器
4 低反射コーティング
5 無反射コーティング
6 コリメートレンズ
7 エタロン
8 波長可変ミラー
9 出力レーザ光
10 外部共振器型レーザ
11、16 AC駆動電源
12 DC電流源
13 変調信号源
14 平行光
15 可変抵抗
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor element 2 Semiconductor optical amplifier 3 Phase adjuster 4 Low reflection coating 5 Nonreflection coating 6 Collimating lens 7 Etalon 8 Wavelength variable mirror 9 Output laser beam 10 External resonator type lasers 11 and 16 AC drive power supply 12 DC current source 13 Modulation Signal source 14 Parallel light 15 Variable resistance

Claims (6)

レーザ光を増幅する光増幅器と、
交流電圧で駆動する液晶を有し、前記レーザ光の波長を制御する波長制御器と、
変調信号に基づいて屈折率が変化することにより前記レーザ光の位相を調節する位相調節器とを備え、
前記変調信号の振幅は、前記交流電圧の振幅に基づいて変化する外部共振器型波長可変レーザ装置。
An optical amplifier for amplifying laser light;
A wavelength controller having a liquid crystal driven by an AC voltage and controlling the wavelength of the laser beam;
A phase adjuster that adjusts the phase of the laser beam by changing the refractive index based on a modulation signal;
An external resonator type wavelength tunable laser device in which the amplitude of the modulation signal changes based on the amplitude of the AC voltage.
前記変調信号の周波数と、前記交流電圧の周波数とが実質的に同一であることを特徴とする請求項1に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置。   2. The external resonator type wavelength tunable laser device according to claim 1, wherein the frequency of the modulation signal and the frequency of the AC voltage are substantially the same. 前記変調信号による前記位相調節器の屈折率変化は、前記交流電圧による前記液晶の屈折率変化と逆相であることを特徴とする請求項2に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置。   3. The external resonator type wavelength tunable laser device according to claim 2, wherein a change in the refractive index of the phase adjuster due to the modulation signal is opposite in phase to a change in the refractive index of the liquid crystal due to the AC voltage. 前記変調信号の振幅は、前記交流電圧の振幅に比例して変化することを特徴とする請求項2又は3に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置。   4. The external resonator type wavelength tunable laser device according to claim 2, wherein the amplitude of the modulation signal changes in proportion to the amplitude of the AC voltage. 前記変調信号の振幅は、前記交流電圧の振幅に反比例して変化することを特徴とする請求項2又は3に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置。   4. The external resonator type wavelength tunable laser device according to claim 2, wherein the amplitude of the modulation signal changes in inverse proportion to the amplitude of the AC voltage. 前記変調信号を発生させる電源と、前記交流電圧を発生させる電源とが、同一であることを特徴とする請求項2〜5のいずれか一項に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置。   6. The external resonator type wavelength tunable laser device according to claim 2, wherein a power source that generates the modulation signal and a power source that generates the AC voltage are the same.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP4756379B2 (en) * 2004-07-15 2011-08-24 日本電気株式会社 External cavity tunable laser
JP2008198725A (en) * 2007-02-09 2008-08-28 Fibest Ltd Wavelength variable light source

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015198472A1 (en) * 2014-06-27 2015-12-30 パイオニア株式会社 Measurement device and measurement method

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