JP2001230486A - 半導体レーザの波長制御方法および光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 定常状態の測定で得られた制御電流と熱応答
関数をもとに、半導体レーザの光周波数を高速かつ高精
度に制御できるようにする。 【解決手段】 光周波数掃引光源や、注入同期フィル
タ、波長切替光源において、電流もしくは電圧制御によ
り半導体レーザ７の波長を制御する場合、波長切替時の
熱応答の伝達関数を用い、熱の時定数よりも短い時間刻
みで制御電流もしくは電圧を直接制御して、過渡応答成
分の補正を行う。この熱過渡応答成分の補正は、光分波
器１０、時間分解光スペクトラム測定装置１１、処理装
置１２および制御電流データベース１３が用いて達成で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザの波長
制御方法および光装置（例えば、光周波数掃引光源、注
入同期フィルタ、波長切替光源）に関する。

【０００２】

【従来の技術】将来の波長多重（ＷＤＭ）通信システム
では、伝送容量増大の要求に応えるため、波長の多重数
並びに波長多重の密度が増し、ＷＤＭチャネルの波長間
隔が狭くなると考えられる。また、波長選択性を有する
素子（例えば、アレイ導波路格子）を用いることで、波
長によるキャリア光の行路（光パス）切替が実現され、
効率的な通信システムの構築が可能となる。チャネル波
長間隔の減少並びに波長を用いた光パス切替を実現する
ためには、チャネル光波長（光周波数）の厳密な制御が
ますます重要となるため、光源波長の厳密な制御が不可
欠となる。

【０００３】これまでに、高精度な任意光周波数の発生
手段として、光リング回路を用いたＷＤＭ用光源の研究
開発（例えば、「K. Shimizu et al., "Frequency tran
slation of light waves by propagation around an op
tical ring circuit containing a frequency shifter:
I. Experiment," Appl. Opt. 32, 6718-6726(199
3).」）が行われてきている。この方法は、基準とする
光源の光を、繰り返し周波数変換することで多くの波長
（光周波数）の光を得る方法であり、周波数変換器によ
って周波数変換された光を再び周波数変換器に戻すため
にリング状の光回路を組んでいることから、光リング回
路と呼ばれる（図４参照）。また、出力光の周波数が、
光リング回路の周回時間間隔毎に受ける周波数シフトの
回数に比例して変化するため、光周波数スイーパ（掃引
器）とも呼ばれる。

【０００４】上記の方法では、出力光の周波数精度は、
基準光源が持つ光周波数の絶対精度と、周波数変換器が
持つ変換周波数の精度により決定される。ここで使用さ
れる基準光源は、非常に高精度な波長基準となるガスの
吸収線を用いて波長安定化をはかることで、高い精度が
実現されている。一方、周波数変換器は、電気的なフィ
ードバック制御により、非常に高い周波数変換精度を有
している。これらを用いることで、光リング回路では、
非常に高い光周波数精度を有した光を作り出すことが可
能となるのである。

【０００５】図４に光周波数掃引光源の従来例を示す。
この光源は、基準光源１、光スイッチ３、光合分波器
４、光周波数シフタ５、帯域通過型光フィルタ１４、光
増幅器１５、光遅延線８及びこれらを結合する光ファイ
バ２からなる。

【０００６】図４において、基準光源１からの光は光ス
イッチ３で切り出され、光合分波器４を通じて光リング
回路に導入される。光リング回路は光周波数シフタ５、
帯域通過型光フィルタ１４、光増幅器１５、光遅延線８
及び光ファイバ２を含む。光リング回路に導入された光
は、光周波数シフタ５により或る量の周波数シフトを受
ける。周波数シフト受けた光は、帯域通過型光フィルタ
１４を介して光増幅器１５で増幅された後、光遅延線８
において遅延時間を与えられる。その後、光合分波器４
を通じて、一部は光リング回路外に出力され、残りは再
び光リング回路中を周回することになる。光リング回路
中を周回する光は、再び光周波数シフタ５で周波数シフ
トを受け、光リング回路を周回する。

【０００７】しかしながら、図４のように、光リング回
路中の損失補償にファイバーアンプ等の光増幅器１５を
用いると、光増幅器１５から発生する増幅された自然放
出光雑音が光の周回につれて蓄積し、出力光の信号／雑
音強度比（Ｓ／Ｎ比）が劣化するという問題があった。

【０００８】この自然放出光雑音蓄積の問題を解決する
方法として、図４のように、帯域通過型光フィルタ１４
が用いられてきた。帯域通過型光フィルタ１４には、狭
帯域性、高速波長可変性という特性が求められる。

【０００９】これら狭帯域性、高速波長可変性という要
求を満たし、さらには増幅特性をも兼備する帯域通過型
光フィルタとして、特願平１１−４３３６８号で提案し
たように、波長可変レーザへの注入同期現象を利用した
増幅・フィルタ機構（以下、注入同期フィルタ）が用い
られるようになってきた（図５参照、詳細後述）。

【００１０】同期注入とは、図６（ａ）のように或る自
走周波数(f_FR) で発振しているレーザに、図６（ｂ）の
ように自走周波数近傍(f_ML) の光を入射すると、レーザ
の発振周波数が入射光周波数(f_in) に引き込まれてこれ
に一致する現象である。このように、発振しているレー
ザを用いることから、注入同期フィルタは、狭帯域、定
出力光強度、定偏波という特性を実現している。

【００１１】図５に示す注入同期を応用した光リング回
路型光源を説明する。これは、基準光源１、光スイッチ
３、光合分波器４、光周波数シフタ５、レンズ６、半導
体レーザ７、レンズ６、光遅延線８及びこれらを結合す
る光ファイバ２からなる。

【００１２】図５において、基準光源１からの光は、光
スイッチ３で切り出され、光合分波器４を通じて光リン
グ回路に導入される。光リング回路は光周波数シフタ
５、レンズ６、半導体レーザ７、光遅延線８及び光ファ
イバ２を含む。光リング回路に導入された光は、光周波
数シフタ５により或る量の周波数シフトを受ける。周波
数シフト受けた光は、レンズ６を介して半導体レーザ７
に入射される。半導体レーザ７は、制御装置（図示省
略）により予め入射光周波数付近に周波数制御されてお
り、入射光に注入同期される。この半導体レーザ７の出
力光は、レンズ６を経て光遅延線８を通過した後、光合
分波器４を通じて、一部は光リング回路外に出力され、
残りは再び光リング回路中を周回することになる。光リ
ング回路中を周回する光は、再び光周波数シフタ５で周
波数シフトを受け、光リング回路を周回する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、注入同期が起
こるために許容される周波数誤差、すなわち、自走発振
時の光周波数 f_FRと入射光周波数 f_inとの差は、数ＧHz
と狭い範囲に限られる。そのため、注入同期を受ける半
導体レーザ７の自走周波数 f_FRは、光リング回路中を周
波数シフトしながら周回する信号光周波数に対して、常
に許容周波数誤差の範囲を保つように追従制御する必要
がある。

【００１４】半導体レーザ７の光周波数制御の方法とし
ては、キャリア密度変動に起因する屈折率変化を利用す
るもの、あるいは、温度による屈折率変化を利用するも
の等があるが、応答速度と制御のしやすさの点から、電
流注入によりキャリア密度を変化させて光周波数制御を
行う前者の方法（電流注入法）が便利である。

【００１５】しかし、電流注入法による光周波数制御
は、同時に半導体レーザ７に発熱状態の変化をもたら
し、温度による周波数変化（遅い変化）をも引き起こし
てしまうという問題を有している。そのため、キャリア
密度変動に伴う光周波数切替が完了して後も、熱平衡状
態に達するまでの間は光周波数のドリフトが継続し、最
終的な光周波数安定までの時間は、熱平衡状態までの時
定数で支配されていた。

【００１６】上記では２波長（光周波数）間での光周波
数切替に関して議論してきたが、次々と光周波数が切り
替えられてゆく注入同期フィルタ中の半導体レーザ７に
ついて、以下に検討する。 (1) 光周波数切替の間隔が温度変化の時定数に比べて短
いため、注入同期フィルタ中の半導体レーザ７は常に熱
的に見て過渡状態にある。 (2) このため、継続的な注入同期を実現するためには、
熱的な影響を考慮に入れて半導体レーザ７の自走周波数
を制御する必要がある。 (3) しかしながら、光周波数の瞬時厳密測定は困難であ
るため、光周波数の制御に用いられる電流値は、定常状
態での制御電流−光周波数特性の測定結果を用いて決定
されていた。 (4) したがって、半導体レーザ７の自走周波数に熱応答
による遅れが生じ、許容される周波数誤差範囲から外れ
てしまう。その結果、注入同期の継続が阻害されるとい
う問題を有していた。

【００１７】本発明の目的は、定常状態の測定で得られ
た制御電流と熱応答関数をもとに、半導体レーザの光周
波数を高速かつ高精度に制御することができる、半導体
レーザの波長制御方法および光装置を提供することにあ
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は上
記目的を達成する半導体レーザの波長制御方法であり、
半導体レーザの光周波数制御電極に複数の周波数成分を
含む電流または電圧の信号 i_ref (t) を印加して、この
印加信号 i_ref (t) に対する出力光周波数の応答 f_ref
(t) を測定し、前記印加信号 i_ref (t) と、前記応答 f
_ref (t) との間の熱応答成分の伝達関数Ｈ_tran（ω）を
求める第１工程と、ｋ回目の処理におけるターゲット光
周波数変化関数 f_target,k(t) を、所望とする光周波数
変化 f_{ta rget}(t) とｋ−１回目の処理で得られた光周波
数誤差 f_error,k-1 (t) より求め、前記ターゲット周波
数変化関数 f_target,k(t) を与える制御データ列 i
_k (t)を、定常状態における光周波数と制御信号との関
係に基づいて作成する第２工程と、ｋ回目の処理で得ら
れた前記制御データ列 i_k (t) に対応する光周波数の変
化 f_k (t) を、前記伝達関数Ｈ_tran（ω）と同制御デー
タ列 i_k (t) より求める第３工程と、ｋ回目の処理にお
ける光周波数誤差 f_error,k (t) を、ｋ回目の処理で得
られた前記光周波数変化 f_k (t) とｋ−１回目の処理で
得られた前記光周波数誤差 f_error,k-1 (t) より求める
第４工程とを含み、ｋ回目の処理で得られた前記光周波
数誤差 f_error,k (t) が所定範囲内であればｋ回目の処
理で得られた前記制御データ列 s_k (t) を制御パラメー
タとして、前記光周波数制御電極に制御信号を印加し、
所定範囲内でなければ前記第２工程、第３工程および第
４工程によりｋ＋１回目の処理を行うことを特徴とす
る。

【００１９】この場合、請求項２記載の発明のように、
前記半導体レーザの熱応答の時定数より短い時間間隔
で、波長制御を行うこと、あるいは、請求項３記載の発
明のように、前記第１工程では、前記印加信号 i
_ref (t) と前記応答 f_ref (t) のうち熱的に過渡的な成
分 f_ref,tran(t) をそれぞれスペクトル関数Ｉ
_ref （ω) とＦ_ref,tran（ω) にフーリエ変換し、各周
波数成分毎に前記スペクトル関数Ｆ_ref,tran（ω) を前
記スペクトル関数Ｉ_ref （ω) で除算することにより、
前記伝達関数Ｈ_tran（ω）を求めること、あるいは、請
求項４記載の発明のように、前記第１工程では、前記印
加信号 i _ref (t) と、前記応答 f_ref (t) と、前記応答
f_ref (t) のうち熱的に定常状態の成分 f_ref,stat(t)
をそれぞれスペクトル関数Ｉ_ref （ω) と、Ｆ
_ref （ω)と、Ｆ_ref,stat（ω) にフーリエ変換し、各
周波数成分毎に、前記スペクトル関数Ｆ_ref （ω) と前
記スペクトル関数Ｆ_ref,stat（ω) との差を前記スペク
トル関数Ｉ_ref （ω) で除算することにより、前記伝達
関数Ｈ_tran（ω）を求めること、あるいは、請求項５記
載の発明のように、前記第４工程では、前記伝達関数Ｈ
_tran（ω）と、前記制御データ列 i_k (t) のスペクトル
関数Ｉ_k （ω) と、ｋ−１回目の処理で得られる前記光
周波数誤差 f_error,k-1 (t) のスペクトル関数Ｆ
_error,k-1 （ω）から、Ｆ_error,k （ω）＝Ｈ
_tran（ω）・Ｉ_ref （ω) −Ｆ_{er ror,k-1} （ω）の計算
によりスペクトル関数Ｆ_error,k （ω）を求め、このス
ペクトル関数Ｆ_error,k （ω）を逆フーリエ変換するこ
とにより、ｋ回目の処理における光周波数誤差 f
_error,k (t) を求めることが可能である。

【００２０】請求項６に係る発明は上記目的を達成する
半導体レーザの波長制御方法であり電流もしくは電圧制
御による半導体レーザの波長制御方法において、波長切
替時の熱応答の伝達関数を用い、熱の時定数よりも短い
時間刻みで制御電流もしくは電圧を直接制御して、過渡
応答成分の補正を行うことを特徴とする。

【００２１】請求項７に係る発明の光装置は上記目的を
達成する光周波数掃引光源であり、光合波手段、光周波
数を変換する光周波数変換手段、半導体レーザおよび時
間遅延手段がリング状に接続されてなる光リング回路
と、基準光源と、前記基準光源と前記光合波手段の間に
接続される光スイッチ手段と、前記半導体レーザの光周
波数制御電極に制御信号を印加する制御電源と、前記制
御電源の制御信号を変化させて前記半導体レーザの波長
を制御する波長制御手段を具備すること、前記波長制御
手段は、前記光リング回路から前記光合波手段を通して
取り出される光を入射する光分波手段と、前記光分波手
段に接続された時間分解光スペクトル測定手段と、処理
手段を有すること、前記処理手段は、前記制御電源を制
御して前記光周波数制御電極に複数の周波数成分を含む
電流または電圧の信号 i_ref (t) を印加させ、この印加
信号 i_ref (t) に対する出力光周波数の応答 f_ref (t)
を前記時間分解光スペクトル測定手段から入力し、前記
印加信号 i_ref (t) と、前記応答 f_ref (t) との間の熱
応答成分の伝達関数Ｈ_tran（ω）を求める第１手段と、
ｋ回目の処理におけるターゲット光周波数変化関数 f
_target,k(t) を、所望とする光周波数変化 f_target(t)
とｋ−１回目の処理で得られた光周波数誤差 f_er
ror,k-1 (t) より求め、前記ターゲット周波数変化関数
f_target,k(t) を与える制御データ列 i_k (t) を、定常
状態における光周波数と制御信号との関係に基づいて作
成する第２手段と、ｋ回目の処理で得られた前記制御デ
ータ列 i_k (t) に対応する光周波数の変化 f_k (t) を、
前記伝達関数Ｈ_tran（ω）と同制御データ列 i_k (t) よ
り求める第３手段と、ｋ回目の処理における光周波数誤
差 f_{error, k} (t) を、ｋ回目の処理で得られた前記光周
波数変化 f_k (t) とｋ−１回目の処理で得られた前記光
周波数誤差 f_error,k-1 (t) より求める第４手段とを含
み、ｋ回目の処理で得られた前記光周波数誤差 f
_error,k (t) が所定範囲内であればｋ回目の処理で得ら
れた前記制御データ列 s_k (t) を制御パラメータとし
て、前記制御電源から光周波数制御電極に制御信号を印
加させ、所定範囲内でなければ前記第２手段、第３手段
および第４手段によりｋ＋１回目の処理を行うものであ
ることを特徴とする。

【００２２】請求項８に係る発明の光装置は上記目的を
達成する同期フィルタであり、外部光を入射する半導体
レーザと、この半導体レーザの光周波数制御電極に制御
信号を印加する制御電源と、前記制御電源の制御信号を
変化させて前記半導体レーザの波長を制御する波長制御
手段を具備すること、前記波長制御手段は、前記半導体
レーザの出力光を入射する光分波手段と、この光分波手
段に接続された時間分解光スペクトル測定手段と、処理
手段を有すること、前記処理手段は、前記制御電源を制
御して前記光周波数制御電極に複数の周波数成分を含む
電流または電圧の信号 i_ref (t) を印加させ、この印加
信号 i_ref (t) に対する出力光周波数の応答 f_ref (t)
を前記時間分解光スペクトル測定手段から入力し、前記
印加信号i_ref (t) と、前記応答 f_ref (t) との間の熱
応答成分の伝達関数Ｈ_tran（ω）を求める第１手段と、
ｋ回目の処理におけるターゲット光周波数変化関数 f
_{targ et,k}(t) を、所望とする光周波数変化 f_target(t)
とｋ−１回目の処理で得られた光周波数誤差 f
_error,k-1 (t) より求め、前記ターゲット周波数変化関
数 f_{ta rget,k}(t) を与える制御データ列 i_k (t) を、定
常状態における光周波数と制御信号との関係に基づいて
作成する第２手段と、ｋ回目の処理で得られた前記制御
データ列 i_k (t) に対応する光周波数の変化 f_k (t)
を、前記伝達関数Ｈ_tran（ω）と同制御データ列 i
_k (t) より求める第３手段と、ｋ回目の処理における光
周波数誤差 f_error,k (t) を、ｋ回目の処理で得られた
前記光周波数変化 f_k (t) とｋ−１回目の処理で得られ
た前記光周波数誤差 f_error,k-1 (t) より求める第４手
段とを含み、ｋ回目の処理で得られた前記光周波数誤差
f_error,k (t) が所定範囲内であればｋ回目の処理で得
られた前記制御データ列 s_k (t) を制御パラメータとし
て、前記制御電源から光周波数制御電極に制御信号を印
加させ、所定範囲内でなければ前記第２手段、第３手段
および第４手段によりｋ＋１回目の処理を行うものであ
ることを特徴とする。

【００２３】請求項９に係る発明の光装置は上記目的を
達成する波長切替光源であり、半導体レーザと、この半
導体レーザの光周波数制御電極に制御信号を印加する制
御電源と、前記制御電源の制御信号を変化させて前記半
導体レーザの波長を制御する波長制御手段を具備するこ
と、前記波長制御手段は、前記半導体レーザの出力光を
入射する光分波手段と、この光分波手段に接続された時
間分解光スペクトル測定手段と、処理手段を有するこ
と、前記処理手段は、前記制御電源を制御して前記光周
波数制御電極に複数の周波数成分を含む電流または電圧
の信号 i_ref (t)を印加させ、この印加信号 i_ref (t)
に対する出力光周波数の応答 f_ref (t) を前記時間分解
光スペクトル測定手段から入力し、前記印加信号 i_ref
(t) と、前記応答 f_ref (t) との間の熱応答成分の伝達
関数Ｈ_tran（ω）を求める第１手段と、ｋ回目の処理に
おけるターゲット光周波数変化関数 f_target,k(t) を、
所望とする光周波数変化 f_target(t) とｋ−１回目の処
理で得られた光周波数誤差 f _error,k-1 (t) より求め、
前記ターゲット周波数変化関数 f_target,k(t) を与える
制御データ列 i_k (t) を、定常状態における光周波数と
制御信号との関係に基づいて作成する第２手段と、ｋ回
目の処理で得られた前記制御データ列 i_k (t)に対応す
る光周波数の変化 f_k (t) を、前記伝達関数Ｈ
_tran（ω）と同制御データ列 i_k (t) より求める第３手
段と、ｋ回目の処理における光周波数誤差 f
_{erro r,k} (t) を、ｋ回目の処理で得られた前記光周波数
変化 f_k (t) とｋ−１回目の処理で得られた前記光周波
数誤差 f_error,k-1 (t) より求める第４手段とを含み、
ｋ回目の処理で得られた前記光周波数誤差 f
_error,k (t) が所定範囲内であればｋ回目の処理で得ら
れた前記制御データ列 s_k (t) を制御パラメータとし
て、前記制御電源から光周波数制御電極に制御信号を印
加させ、所定範囲内でなければ前記第２手段、第３手段
および第４手段によりｋ＋１回目の処理を行うものであ
ることを特徴とする。

【００２４】請求項１０に係る発明の光装置は上記光周
波数掃引光源あるいは同期注入フィルタあるいは波長切
替光源光装置において、前記第２手段は定常状態の下で
測定した光周波数と制御信号とのマップ、あるいは、定
常状態下での測定を基に作成された光周波数と制御信号
との変換テーブル、あるいは、定常状態における光周波
数と制御信号との関係の近似式基づいて、前記制御デー
タ列 i_k (t) を作成することを特徴とし、請求項１１に
係る発明の光装置は上記光周波数掃引光源あるいは同期
注入フィルタあるいは波長切替光源光装置において、前
記波長制御手段は定常状態における光周波数と制御信号
との関係を記述したデータベースを有すること、前記第
２手段は前記データベースの内容に基づいて、前記制御
データ列 i_k (t) を作成することに基づいて作成するこ
とを特徴とし、請求項１２に係る発明の光装置は上記光
周波数掃引光源あるいは同期注入フィルタあるいは波長
切替光源光装置において、前記半導体レーザは光周波数
領域として位相調整領域と分布ブラッグ反射器（ＤＢ
Ｒ）領域を有する分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）レーザ
であり、前記制御電源は位相調整領域と分布ブラッグ反
射器（ＤＢＲ）領域の両方の光周波数制御電極に制御信
号を印加するものであり、前記波長制御手段は位相調整
領域と分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）領域の両方につい
て前記制御電源の制御信号を変化させるものであること
を特徴とする。

【００２５】請求項１３に係る発明の光装置は上記目的
を達成する同期注入フィルタであり、電流もしくは電圧
制御により波長が制御され、外部光が入射される半導体
レーザと、前記半導体レーザの波長切替時の熱応答の伝
達関数を用い、熱の時定数よりも短い時間刻みで制御電
流もしくは電圧を直接制御して過渡応答成分の補正を行
う手段を具備し、前記半導体レーザの出力光周波数が前
記外部光の光周波数に同期することを特徴とし、請求項
１４に係る発明の光装置は上記目的を達成する光周波数
掃引光源であり、請求項１３に係る発明の同期注入フィ
ルタと、この同期注入フィルタの半導体レーザ、光合波
手段、光周波数を変換する光周波数変換手段および時間
遅延手段がリング状に接続されてなる光リング回路と、
基準光源と、この基準光源と前記光合波手段の間に接続
される光スイッチ手段を具備することを特徴とする。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明では、以下の手段を講じ
る。 電流制御もしくは電圧制御による波長切替光源（波長
切替半導体レーザ）及びその制御法においては、波長切
替時の熱応答の伝達関数を用い、熱の時定数よりも短い
時間刻みで、制御電流もしくは制御電圧を直接制御して
過渡応答成分の補正を行う。 また、注入同期フィルタ及びその制御法においては、
上記の制御法で制御される波長切替半導体レーザに外
部からの入射光を導入し、その注入光周波数に出力光を
同期させる。 更に、光周波数掃引光源及びその制御法においては、
上記の制御法で制御される注入同期フィルタを光リン
グ回路中に備えて、自然放出光雑音蓄積の問題を解決す
る。

【００２７】以下に説明する本発明の実施の形態では、
前提として、下記の２つの条件を仮定する。 (1) 光周波数を注入電流により制御する場合は、扱う制
御電流の範囲内では、熱による影響が制御電流の変化分
に比例すると仮定する。すなわち、発熱が電流に比例
し、かつ、温度と光周波数の変化分とが比例すると考え
て差し支えない。 (2) 光周波数制御を印加電圧で行う場合は、扱う印加電
圧の範囲内では、熱による影響が印加電圧の変化分に比
例すると仮定する。すなわち、発熱が電圧に比例し、か
つ、温度と光周波数の変化分とが比例すると考えて差し
支えない。

【００２８】以下の説明では、注入電流による光周波数
制御の場合について記載しているが、電圧制御の場合に
も、単に、電流を電圧と読み替えることで、同様の議論
が可能となる。

【００２９】［第１実施形態例：半導体レーザの波長制
御方法］図９に概略を示すように、熱過度応答補正の流
れは、以下の工程〜のようになる。 レーザの熱応答関数の測定・計算（図９中、ステップ
Ｓ１）。 定常状態における光周波数−制御電流のテーブル等を
用いた、定常状態における制御電流データ列の作成（図
９中、ステップＳ２）。 熱過度応答の計算（図９中、ステップＳ３）。 周波数誤差の見積り（図９中、ステップＳ４）。

【００３０】これらの各工程について、以下、
順を追って説明する。

【００３１】［工程：レーザの熱応答関数の測定・計
算］最初に、レーザの熱応答関数の測定・計算を行う工
程を説明する。まず、半導体レーザの周波数制御電流電
極に、ステップ関数またはインパルス等、多くの周波数
成分を含む電流を周期的に印加し、印加電流に対する出
力光周波数の応答を測定する。

【００３２】ここで、印加電流の時間関数を i_ref (t）
と表記し、この印加電流に対する出力光周波数の応答の
時間関数をｆ_ref (t）と表記する。また、これらの時間
関数ｉ_ref (t）、ｆ_ref (t）をフーリエ変換して得られ
る周波数スペクトルをそれぞれＩ_ref （ω）、Ｆ
_ref （ω）と表記する。

【００３３】これらの周波数スペクトルから、当該制御
電流に対する光周波数誤差の伝達関数Ｈ（ω）は式(1)
のように求められる。 Ｈ（ω）＝Ｆ_ref （ω）／Ｉ_ref （ω） …式(1)

【００３４】さらに、目的とする光周波数の時間変化を
ｆ_target(t）と、そのスペクトル関数をＦ_target（ω）
と表記すると、このスペクトル関数Ｆ_target（ω）は、
所望の周波数変化を与える制御電流のスペクトル関数Ｉ
_target（ω）、および、前式(1) と同じ伝達関数Ｈ
（ω）を用いて、式(2) と書ける。 Ｆ_target（ω）＝Ｈ（ω）・Ｉ_target（ω） …式(2)

【００３５】したがって、所望の周波数変化を与える制
御電流のスペクトル関数Ｉ_target（ω）は式(3) と表さ
れ、これを逆フーリエ変換することにより、所望の周波
数変化を与える制御電流の時間関数ｉ_target(t）が求め
られる。 Ｉ_target（ω）＝Ｆ_target（ω）／Ｈ（ω） …式(3)

【００３６】しかしながら、周波数制御電流の増分と光
周波数の変化量とは線形関係にないため、前式(3) から
求まる電流では、所望の周波数制御を実現できない。こ
れは、注入キャリア量とそれに伴う周波数変化が比例し
ないことに起因している。

【００３７】そこで、印加電流に対する出力光周波数の
応答ｆ_ref (t）を、熱的に安定な状態すなわち定常状態
での周波数ｆ_ref,stat (t)と、過渡的な成分ｆ_ref,tran
(t)とに分け、影響を分離して考える。検討する時間領
域において、過渡的な成分は熱に依っている。さらに、
熱による非定常項は、前提条件として挙げたように注入
電流に対して線形であるから、過渡的な成分 f_ref ,
_tran(t)は注入電流に対し線形応答を示す。

【００３８】このとき、印加電流ｉ_ref (t）に対する出
力光周波数の応答ｆ_ref (t）と、この応答ｆ_ref (t）の
うち、定常状態での周波数ｆ_ref,stat(t) と、過渡的な
成分ｆ_ref,tran(t) との関係は、式(4a)となる。また、
定常状態での周波数成分ｆ_{re f,stat}(t) のスペクトル関
数をＦ_ref,stat（ω）と表記し、過渡的な成分ｆ_ref,
tran(t) のスペクトル関数をＦ_ref,tran（ω）と表記す
ると、印加電流に対する出力光周波数のスペクトル関数
Ｈ_ref （ω）は式(4b)となる。 ｆ_ref (t）＝ｆ_ref,stat (t)＋ｆ_ref,tran(t) …式(4a) Ｈ_ref （ω）＝Ｆ_ref,stat（ω）＋Ｆ_ref,tran（ω） …式(4b)

【００３９】したがって、伝達関数Ｈ（ω）は、式(5)
に示されるように、定常項Ｈ_statと、非定常項Ｈ
_tran（ω）に分解できる。 Ｈ（ω）＝Ｈ_ref （ω）／Ｉ_ref （ω） ＝｛Ｆ_ref,stat（ω）＋Ｆ_ref,tran（ω）｝／Ｉ_ref （ω） ＝｛Ｆ_ref,stat（ω）／Ｉ_ref （ω）｝ ＋｛Ｆ_ref,tran（ω）／Ｉ_ref （ω）｝ ＝Ｈ_stat＋Ｈ_tran（ω） …式(5) ただし、Ｈ_stat＝Ｆ_ref,stat（ω）／Ｉ_ref （ω）、Ｈ
_tran（ω）＝Ｆ_ref,tran（ω）／Ｉ_ref （ω）である。

【００４０】なお、伝達関数Ｈ（ω）の定常項Ｈ_statは
厳密にはキャリア効果等の非線形応答を除外して考えな
ければならないが、ここでは、形式的に非線形項も含め
た定常項として用いる。

【００４１】ここで、前式(5) 中の伝達関数Ｈ
_tran（ω）は伝達関数Ｈ（ω）の非定常項であるから、
式(6) により、伝達関数の非定常項Ｈ_tran（ω）が求め
られる。 Ｈ_tran（ω）＝Ｈ（ω）｜ω≠０ …式(6)

【００４２】また、非定常項Ｈ_tran（ω）は、前式(4b)
よりＦ_ref,tran（ω）＝Ｈ_ref （ω）−Ｆ
_ref,stat（ω）であるので、式(7) と表される。この式
(7) より、非定常項Ｈ_tran（ω）を、周波数の過渡応答
項の測定結果ｆ_ref,tran(t) から、求めることも可能で
ある。 Ｈ_tran（ω）＝Ｆ_ref,tran（ω）／Ｉ_ref （ω） ＝｛Ｆ_ref （ω）−Ｆ_ref,stat（ω）｝／Ｉ_ref （ω）…式(7)

【００４３】以上により求めた伝達関数を用いて、必要
精度が得られるまで、の工程の操作を整数ｋ回
（ｋ＝１，２，３，…）繰り返す。

【００４４】ここで、所望とする光周波数の時間変化を
ｆ_target(t）と表記し、ｋ回目（ｋ＝１，２，３，…）
の計算においてターゲット（目的）とする光周波数の時
間変化をｆ_target,k(t）と表記し、定常状態においてこ
の時間変化ｆ_target,k(t）を与える制御データをｉ
_k (t）と表記する。

【００４５】この制御データｉ_k (t）を用いて半導体レ
ーザを駆動した時の出力光周波数の時間変化をｆ_k (t）
と表記し、ターゲットとする光周波数の時間変化ｆ
_target(t）に対するこの時間変化ｆ_k (t）の誤差ｆ
_error,k (t）を式(8) で定義する。 ｆ_error,k (t）＝ｆ_k (t）−ｆ_target(t） …式(8) ここで、ｋ＝０のときは誤差０、つまり、ｆ
_error,k (t）｜_k=0 ＝０である。

【００４６】［工程：定常状態における制御電流デー
タ列の作成］次に、定常状態における光周波数−制御電
流テーブルを用いて、制御電流データ列の作成を行う工
程を説明する。

【００４７】この工程では、ｋ回目の計算におけるター
ゲット周波数変化関数ｆ_target,k(t）を決定する。この
ターゲット周波数変化関数ｆ_target,k(t）は、所望とす
る周波数変化ｆ_target(t）とｋ−１回目の計算における
周波数誤差ｆ_error,k-1 (t）とを用いて、式(9) で表さ
れる。 ｆ_error,k (t）＝ｆ_target(t）−ｆ_error,k-1 ｆ(t） …式(9)

【００４８】そして、定常状態の下で測定した光周波数
−制御電流のマップや、測定を基に作成した光周波数か
ら制御電流への変換テーブル、あるいは、光周波数と制
御電流との関係の近似式等を用いて、所望の光周波数変
化ｆ_target(t）を与える制御電流データ列ｉ_k (t）を生
成する。

【００４９】この電流制御データ列ｉ_k (t）を用いて、
次に、熱過渡応答の計算を行う。

【００５０】［工程：熱過渡応答の計算］次に、熱過
渡応答の計算を行う工程を説明する。

【００５１】制御電流データ列ｉ_k (t）とそれによって
実現される光周波数変化ｆ_k (t）に関して、それぞれの
スペクトル関数Ｉ_k （ω）、Ｆ_k （ω）の間には式(10)
が成り立つ。 Ｆ_k （ω）＝Ｈ（ω）・Ｉ_k （ω） ＝｛Ｈ_stat＋Ｈ_tran（ω）｝・Ｉ_k （ω） ＝Ｈ_stat・Ｉ_k （ω）＋Ｈ_tran（ω）・Ｉ_k （ω） ≡Ｆ_stat,k（ω）＋Ｆ_tran,k（ω） …式(10)

【００５２】ここで、ｉ_k (t）は定常状態においてｆ
_target,k(t）を与える制御電流であるから、式(11)が成
り立つ。 Ｆ_stat,k（ω）＝Ｆ_target,k（ω） …式(11)

【００５３】したがって、前式(10)は、式(12)となる。 Ｆ_k （ω）＝Ｆ_target,k（ω）＋Ｆ_tran,k（ω） …式(12)

【００５４】［工程：周波数誤差の見積り］次に、光
周波数誤差の見積りを行う工程を説明する。

【００５５】前式(8) をフーリエ変換して求められる出
力光周波数の誤差スペクトルＦ_{erro r,k} （ω）は、前式
(9) と前式(12)を用いて、式(13)で表される。 Ｆ_error,k （ω）＝Ｆ_k （ω）−Ｆ_target,k（ω） ＝｛Ｆ_target,k（ω）＋Ｆ_tran,k（ω）｝ −｛Ｆ_target,k（ω）＋Ｆ_error,k-1 （ω）｝ ＝Ｆ_tran,k（ω）−Ｆ_error,k-1 （ω） ＝Ｈ_tran（ω）・Ｉ_k （ω）−Ｆ_error,k-1 （ω）…式(13)

【００５６】この誤差スペクトルＦ_error,k （ω）を逆
フーリエ変換することにより、光周波数誤差ｆ_error,k
(t）が式(14)のように求められる。 ｆ_error,k (t）＝ｆ_tran,k (t ）−ｆ_error,k-1 ｆ(t） …式(14)

【００５７】光周波数誤差ｆ_error,k (t）が制御の繰り
返し周期内の全ての期間において、所定の範囲内であれ
ば、制御電流データｉ_k (t）を制御パラメータとして採
用し、レーザに電流を印加する。一方、所定の範囲を超
える場合には、計算回数ｋに１を加え、上述の［工程
：定常状態における制御電流データ列の作成］に戻
り、光周波数誤差の絶対値が所定の範囲以下となるま
で、工程〜の操作を繰り返す。

【００５８】［第２実施形態例：光周波数掃引光源］図
１に本発明の第２実施形態例に係る光装置として、光周
波数掃引光源の構成例を示し、これを説明する。

【００５９】本例の光周波数掃引光源は、等時間間隔で
光周波数が変化する基準参照光を作り出す部分と、系の
熱応答を測定して注入電流または印加電圧のデータを補
正する部分からなる。本例では、光リング回路を用いた
光周波数掃引光源が実現されている。光リング回路は、
光合分波器４、光周波数シフタ（光周波数変換手段）
５、レンズ６、半導体レーザ７、レンズ６、光遅延線８
およびそれらを結合する光ファイバ２からなる。等時間
間隔で光周波数が変化する出力光は、前記の光リング回
路と、基準光源１と、同基準光源１の制御を行う光スイ
ッチ３とで作られる。符号９は半導体レーザ７の制御電
源である。図１〜図３中の各構成要素において、同符号
を付したものは、同じ構成を示している。

【００６０】図１において、基準光源１からの光は、光
スイッチ３で光リング回路を１周するのに要する時間
（以下、周回時間Δt)以下の時間幅で切り出され、光合
分波器４を通じて光リング回路に導入される。光リング
回路に導入された光は、光周波数シフタ５により或る一
定周波数（Δf とする）の周波数シフトを受ける。周波
数シフト受けた光は、レンズ６を介して半導体レーザ７
に入射される。半導体レーザ７は、制御電流のデータに
基づいて制御電源９により予め入射光周波数付近に周波
数制御されており、入射光に注入同期される。この半導
体レーザ７の出力光はレンズ６を通して光遅延線８に入
射され、この光遅延線８で時間遅延を与えられた後、光
合分波器４を通じて、一部は光リング回路外に出力さ
れ、残りは再び光リング回路中を周回することになる。
光リング回路を周回する光は、再び光周波数シフタ５で
Δｆの周波数シフトを受け、光リング回路中を周回す
る。

【００６１】以上のように、光リング回路中を光が繰り
返し周回することにより、等周波数間隔（Δｆ）かつ等
時間間隔（Δｔ）を持った基準参照光が生成される。

【００６２】一方、系の熱応答を測定し、制御データの
補正を行う部分は、光分波器１０、時間分解光スペクト
ル測定装置１１、処理装置１２および制御電流データベ
ース１３からなる。本例では、処理装置１２および制御
電流データベース１３として、パーソナルコンピュータ
を用いている。

【００６３】波長制御のために処理装置１２から制御電
源９に制御電流データが送られるが、熱応答の補正が可
能となるように、処理装置１２は熱応答の時定数に比べ
て十分短い時間間隔で電流を制御するように設定してい
る。

【００６４】処理装置１２は、図示しないが、基本的に
は、制御電源９を制御して半導体レーザ７の光周波数制
御電極に複数の周波数成分を含む電流または電圧の信号
i_ref (t) を印加させ、この印加信号 i_ref (t) に対す
る出力光周波数の応答 f_ref (t) を時間分解光スペクト
ル測定装置１１から入力し、印加信号 i_ref (t) と、応
答 f_ref (t) との間の熱応答成分の伝達関数Ｈ
_tran（ω）を求める第１工程を処理する第１機能部と、
ｋ回目の処理におけるターゲット光周波数変化関数 f
_target,k(t) を、所望とする光周波数変化 f_target(t)
とｋ−１回目の処理で得られた光周波数誤差 f_erro
r,k-1 (t) より求め、前記ターゲット周波数変化関数 f
_target,k(t) を与える制御データ列 i_k (t) を、定常状
態における光周波数と制御信号との関係に基づいて作成
する第２工程を処理する第２機能部と、ｋ回目の処理で
得られた制御データ列 i_k (t) に対応する光周波数の変
化 f_k (t) を、伝達関数Ｈ_tran（ω）と同制御データ列
i_k (t) より求める第３工程を処理する第３機能部と、
ｋ回目の処理における光周波数誤差 f_error,k (t) を、
ｋ回目の処理で得られた光周波数変化 f_k (t) とｋ−１
回目の処理で得られた光周波数誤差 f_error,k-1(t) よ
り求める第４工程を処理する第４機能部とを含んでお
り、ｋ回目の処理で得られた光周波数誤差 f
_error,k (t) が所定範囲内であればｋ回目の処理で得ら
れた制御データ列 s_k (t) を制御パラメータとして、制
御電源９から光周波数制御電極に制御信号を印加させ、
所定範囲内でなければ第２機能部、第３機能部および第
４機能部によりｋ＋１回目の処理を行うものである。

【００６５】以下では、半導体レーザ７として、光周波
数制御領域を２つ有する３電極分布ブラッグ反射器（Ｄ
ＢＲ）レーザの場合を例として説明する。３電極分布ブ
ラッグ反射器（ＤＢＲ）レーザの場合は、出力光周波数
は、位相調整領域とＤＢＲ（分布ブラッグ反射器）領域
に加えられる２電流の組によって決定される。そこで、
処理装置１２は位相調整領域における熱過渡応答補正と
ＤＢＲ領域における熱過渡応答補正の双方を加味して行
い、双方の補正後の光周波数誤差 f_error,k (t) が所定
範囲内であればそのときの各領域に対する制御データ列
s_k (t) を制御パラメータとして、制御電源９から各領
域の光周波数制御電極に制御信号を印加させる。

【００６６】以下、図１において、系の熱応答を測定
し、制御データの補正を行う部分の説明を行う。

【００６７】［第１機能部：レーザの熱応答関数測定
・計算］初めに、位相調整領域とＤＢＲ領域に対する熱
過渡応答の伝達関数を求める。まず、処理装置１２によ
り、半導体レーザ７の制御電源９に、多周波数成分を含
む電流として、図７（ａ）に例示したようなステップ状
の繰り返し電流を加える。このときの電流値は、半導体
レーザ７への印加電流値範囲中から任意に選択する。

【００６８】上記電流条件において駆動した半導体レー
ザ７の出力光は、光分波器１０を経て時間分解光スペク
トル測定装置１１で測定され、その測定データは処理装
置１２に集録される。その１例を、図７（ｂ）に示す。

【００６９】ここで、位相調整領域への印加電流をｉ
_PC,ref (t)と表記し、この印加電流に対するレーザ出力
光の周波数とその過渡応答成分をそれぞれ、ｆ_PC,ref
(t)、Δｆ_PC,ref (t)と表記する。また、これらをフー
リエ変換したスペクトル関数をそれぞれＩ
_PC,ref（ω）、Ｆ_PC,ref（ω）、ΔＦ_PC,ref（ω）と表
記する。

【００７０】このとき、前式(8) から、位相調整領域に
おける熱応答の伝達関数の過渡応答項は、式(15)の関係
を満たしている。 Ｈ_PC,tran （ω）＝ΔＦ_PC,ref（ω）／Ｉ_PC,ref（ω） …式(15)

【００７１】そこで、測定した出力光周波数の過渡応答
成分Δｆ_PC,ref (t)と、印加した電流ｉ_PC,ref (t)とを
処理装置１２で高速フーリエ変換（ＦＦＴ）し、各周波
数成分について式(15)のように除算し、伝達関数Ｈ
_PC,tran （ω）を求めている。

【００７２】同様に、ＤＢＲ領域についても、ＤＢＲ領
域への印加電流をｉ_DBR,ref (t) と表記し、この印加電
流に対するレーザ出力光の周波数とその過渡応答成分を
それぞれ、ｆ_DBR,ref (t) 、Δｆ_DBR,ref (t) と表記
し、これらをフーリエ変換したスペクトル関数をそれぞ
れＩ_DBR,ref （ω）、Ｆ_DBR,ref （ω）、ΔＦ_DBR,ref
（ω）と表記すれば、ＤＢＲ領域における熱応答の伝達
関数の過渡応答項は、式(16)の関係を満たしている。 Ｈ_DBR,tran（ω）＝ΔＦ_DBR,ref （ω）／Ｉ_DBR,ref （ω） …式(16)

【００７３】そこで、測定した出力光周波数の過渡応答
成分Δｆ_DBR,ref (t) と、印加した電流ｉ_DBR,ref (t)
とを処理装置１２で高速フーリエ変換し、各周波数成分
について式(16)のように除算し、伝達関数Ｈ
_DBR,tran（ω）を求めている。

【００７４】以上の処理により求めた伝達関数Ｈ
_PC,tran （ω）、Ｈ_DBR,tran（ω）を用いて、必要な精
度が達成されるまで、整数ｋ（ｋ＝１，２，３…）に対
して以下の処理〜の操作を繰り返す。

【００７５】［第２機能部：定常状態における光周波
数−制御電流テーブルを用いた制御電流データ列の作
成］次に、処理装置１２は、定常状態における半導体レ
ーザ７の制御電流と出力光周波数との関係をテーブル化
して記述した制御電流データベース１３を基に、ターゲ
ットとする光周波数の列に対する制御電流のデータ列を
作成する。

【００７６】ｋ回目の計算におけるターゲット光周波数
ｆ_target,k(t）は、前式(9) より、ｆ_target,k(t）＝ｆ
_target(t）−ｆ_error,k-1 ｆ(t）と書ける。ここで、こ
こで、ｋ＝１のときはｆ_target,0(t）＝０であるから、
ｆ_target,1(t）＝ｆ_target(t）である。

【００７７】処理装置１２は、データベース１３からデ
ータを抽出し、このターゲット光周波数ｆ_target,k(t）
を定常状態において満足する制御電流のデータ列を位相
調整領域とＤＢＲ領域それぞれについて作成する。ここ
で作成された、位相調整領域とＤＢＲ領域への印加電流
をそれぞれｉ_PC,k (t)、ｉ_DBR,k (t) とし、それぞれの
スペクトル関数をＩ_PC,k（ω）、Ｉ_DBR,k （ω）とす
る。

【００７８】［第３機能部：熱過渡応答の計算］次
に、位相調整領域、ＤＢＲ領域に加える電流入力に対す
る出力光周波数の過渡応答スペクトルを計算する。つま
り、位相調整領域とＤＢＲ領域に加える電流による出力
光周波数の過渡応答成分ｆ_tran,k (t ）を求める。

【００７９】この過渡応答成分ｆ_tran,k (t)のフーリエ
スペクトルＦ_tran,k（ω）は、前式(15)、(16)で求めた
伝達関数の過渡応答項Ｈ_PC,tran （ω）、Ｈ
_DBR,tran（ω）を用いて、式(17)により計算される。 Ｆ_tran,k（ω）＝Ｈ_PC,tran （ω）・Ｉ_PC,k（ω） ＋Ｈ_DBR,tran（ω）・Ｉ_DBR,k （ω） …式(17)

【００８０】処理装置１２は、式(17)によりＦ
_tran,k（ω）を得、これを逆高速フーリエ変換して、出
力光周波数の過渡応答成分ｆ_tran,k (t)を得ている。

【００８１】［第４機能部：周波数誤差の見積り］最
後に、処理装置１２は、出力光周波数誤差の見積りを行
い、次にすべき処理を決定する。

【００８２】即ち、処理装置１２は、前式(14)を用い
て、出力光周波数の誤差ｆ_error,k (t) を計算し、その
値が制御の繰り返し周期内の全ての期間において、予め
規定した範囲内であれば、〜のループ処理から抜け
出す。誤差周波数が規定範囲内にない場合は、処理に
戻り、〜のループ処理を実行する。

【００８３】このようにして、誤差周波数が規定範囲内
となるように作成された制御電流データｉ_PC,k (t)、ｉ
_DBR,k (t) を、処理装置１２は制御パラメータとして採
用して制御電源９に送り、ＤＢＲレーザ７を周波数制御
する。

【００８４】これによって、光リング回路内部を周回す
る信号光の周波数に追従した、ＤＢＲレーザ７の自走光
周波数出力が実現される。従って、信号光と自走周波数
光との周波数誤差が注入同期の許容範囲内に収まり、安
定かつ広波長域での光周波数掃引が可能となった。

【００８５】図８に、熱の補正を行わなかった場合
（ａ）と、補正した場合（ｂ）のそれぞれにおける、制
御電流およびそれに対応する出力光周波数の時間スペク
トルを示す。熱補正を行っていない図８（ａ）では、各
制御電流は単一セグメントにおいて単調減少している。
そして、位相調整領域での電流の不連続点（ＤＢＲレー
ザのモード切替点）において、出力光周波数に大きな不
連続が生じている。これに対し、熱補正を行った図８
（ｂ）では、制御電流は、熱応答の遅れを補正するため
に、不連続点の立ち上がりを鈍らせた形となっている。
この補正を加えることにより、出力光周波数は制御電流
の不連続点においても疑似連続的に接続されている。

【００８６】本第２実施形態例においてはフーリエ変換
等の計算を行う処理装置１２および光周波数−制御電流
の変換データを保存しているデータベース１３としてパ
ーソナルコンピュータを用いているとしてが、処理装置
１２としてマイコン（マイクロコンピュータ）を用いた
り、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の計算やその逆変換等
にディジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）を用い
たり、データベース１３として変換テーブルを書き込ん
だＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶装置を使用することも可能で
ある。また、本例においては、波長可変のレーザ７とし
て３電極のＤＢＲレーザを用いているが、他の半導体レ
ーザ、例えば、より波長可変領域の広い超周期グレーテ
ィングＤＢＲレーザ（ＳＳＧ−ＤＢＲレーザ）を用いた
構成も可能である。

【００８７】［第３実施形態例：注入同期フィルタ］図
２に本発明の第３実施形態例の光装置として、注入同期
フィルタの構成例を示し、これを説明する。図２中の各
構成要素において、図１と同符号を付したものは、同じ
要素である。

【００８８】本例の注入同期フィルタは、外部からの入
力光周波数に追従した周波数の出力光を出射する部分
（ＤＢＲ半導体レーザ７と、制御電源９および入出射側
各レンズ６）と、系の熱応答を測定して注入電流または
印加電圧のデータを補正する部分（光分波器１０、時間
分解光スペクトル測定装置１１、処理装置１２および制
御電流データベース１３）からなる。２は接続用光ファ
イバを示す。

【００８９】図２において、ＤＢＲ半導体レーザ７に
は、外部から、予め決まってい入力光周波数がレンズ６
を介して入射される。このＤＢＲレーザ７は、制御電流
のデータに基づいて制御電源９により予め入射光周波数
付近に周波数制御されており、入射光に注入同期され
る。このＤＢＲレーザ７の出力光はレンズ６を通して外
部に出力される。つまり、ターゲットとなる光周波数ｆ
_target(t) が外部からの入射光周波数である。

【００９０】一方、系の熱応答を測定し、制御データの
補正を行う部分は、光分波器１０、時間分解光スペクト
ル測定装置１１、処理装置１２および制御電流データベ
ース１３からなる。この測定・補正部分は、図１に示し
たものに比べ、光分波器１０が光リング回路からではな
く、ＤＢＲレーザ７の出力光の一部を取り出す点が異な
り、他は構成、制御動作とも同様である。従って、重複
する説明は省略する。また同様に、波長制御のために処
理装置１２から制御電源９に制御電流データが送られる
が、熱応答の補正が可能となるように、処理装置１２は
熱応答の時定数に比べて十分短い時間間隔で電流を制御
するように設定している。

【００９１】従って、図２に示す注入同期フィルタで
は、熱の影響を補正したことにより、予め決まっている
入力光周波数に追従したＤＢＲレーザ７の自走周波数制
御が可能となり、継続的なフィルタ機能が実現された。

【００９２】［第４実施形態例：波長切替光源］図３に
本発明の第４実施形態例の光装置として、波長切替光源
の構成例を示し、これを説明する。図３中の各構成要素
において、図１、図２と同符号を付したものは、同じ要
素である。

【００９３】本例の波長切替光源は、所望とする出力光
周波数を出射する部分（ＤＢＲ半導体レーザ７と、制御
電源９および出射側レンズ６）と、系の熱応答を測定し
て注入電流または印加電圧のデータを補正する部分（光
分波器１０、時間分解光スペクトル測定装置１１、処理
装置１２および制御電流データベース１３）からなる。
２は接続用光ファイバを示す。

【００９４】図３において、ＤＢＲ半導体レーザ７は、
ターゲットとなる光周波数ｆ_target(t) が外部からの入
力光周波数ではなく、制御電流のデータに基づいて制御
電源９を介して所望の出力光周波数に変更することがで
きるものであり、レンズ６を介して外部に出力される。

【００９５】一方、系の熱応答を測定し、制御データの
補正を行う部分は、光分波器１０、時間分解光スペクト
ル測定装置１１、処理装置１２および制御電流データベ
ース１３からなる。この測定・補正部分は、図２に示し
たものと同じ構成、制御動作であり、また、図１に示し
たものに比べれば、光分波器１０が光リング回路からで
はなく、ＤＢＲレーザ７の出力光の一部を取り出す点が
異なり、他は構成、制御動作とも同様である。従って、
重複する説明は省略する。また同様に、波長制御のため
に処理装置１２から制御電源９に制御電流データが送ら
れるが、熱応答の補正が可能となるように、処理装置１
２は熱応答の時定数に比べて十分短い時間間隔で電流を
制御するように設定している。

【００９６】従って、図３に示す波長切替光源では、熱
の影響を補正した、任意の高速な光周波数切替が実現さ
れた。

【００９７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、波
長切替レーザの熱過渡応答によって生じる出力光周波数
の誤差を補正し、高速な光周波数切替が実現される。ま
た、注入同期フィルタを用いるレーザでは、自走周波数
の設定誤差が補正されて継続的な注入同期が実現でき、
光波長領域で安定な多光周波数光源が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態例として、光リング回路型の
光周波数掃引光源を示す図。

【図２】本発明の実施形態例として、注入同期フィルタ
を示す図。

【図３】本発明の実施形態例として、波長切替光源を示
す図。

【図４】光リング回路型光源の従来例を示す図。

【図５】注入同期フィルタを応用した光リング回路を示
す図。

【図６】注入同期の模式図。

【図７】制御電流と出力光周波数応答の関係を示す図。

【図８】熱補正の効果を示すタイムチャート。

【図９】半導体レーザの波長制御を示すフローチャー
ト。

【符号の説明】

１ 基準光源 ２ 光ファイバ ３ 光スイッチ ４ 光合分波器 ５ 光周波数シフタ ６ レンズ ７ 半導体レーザ ８ 光遅延線 ９ 制御電源 １０ 光分波器 １１ 時間分解光スペクトル測定装置 １２ 処理装置 １３ 制御電流データベース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉國 裕三 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 5F073 AA62 AB21 AB25 AB28 EA02 5K002 AA01 BA05 BA13 CA05 CA11 DA02 EA05

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザの光周波数制御電極に複数
   の周波数成分を含む電流または電圧の信号 i_ref (t) を
   印加して、この印加信号 i_ref (t) に対する出力光周波
   数の応答 f_ref (t) を測定し、前記印加信号 i_ref (t)
   と、前記応答f_ref (t) との間の熱応答成分の伝達関数
   Ｈ_tran（ω）を求める第１工程と、ｋ回目の処理におけ
   るターゲット光周波数変化関数 f_target,k(t) を、所望
   とする光周波数変化 f_target(t) とｋ−１回目の処理で
   得られた光周波数誤差 f_{erro r,k-1} (t) より求め、前記
   ターゲット周波数変化関数 f_target,k(t) を与える制御
   データ列 i_k (t) を、定常状態における光周波数と制御
   信号との関係に基づいて作成する第２工程と、ｋ回目の
   処理で得られた前記制御データ列 i_k (t) に対応する光
   周波数の変化 f _k (t) を、前記伝達関数Ｈ_tran（ω）と
   同制御データ列 i_k (t) より求める第３工程と、ｋ回目
   の処理における光周波数誤差 f_error,k (t) を、ｋ回目
   の処理で得られた前記光周波数変化 f_k (t) とｋ−１回
   目の処理で得られた前記光周波数誤差 f_{er ror,k-1} (t)
   より求める第４工程とを含み、ｋ回目の処理で得られた
   前記光周波数誤差 f_error,k (t) が所定範囲内であれば
   ｋ回目の処理で得られた前記制御データ列 s_k (t) を制
   御パラメータとして、前記光周波数制御電極に制御信号
   を印加し、所定範囲内でなければ前記第２工程、第３工
   程および第４工程によりｋ＋１回目の処理を行うことを
   特徴とする半導体レーザの波長制御方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記半導体レーザの
   熱応答の時定数より短い時間間隔で、波長制御を行うこ
   とを特徴とする半導体レーザの波長制御方法。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記第１工程では、
   前記印加信号 i_ref (t) と前記応答 f_ref (t) のうち熱
   的に過渡的な成分 f_ref,tran(t) をそれぞれスペクトル
   関数Ｉ_ref （ω) とＦ_{ref,tr an}（ω) にフーリエ変換
   し、各周波数成分毎に前記スペクトル関数Ｆ
   _ref,tran（ω) を前記スペクトル関数Ｉ_ref （ω) で除
   算することにより、前記伝達関数Ｈ _tran（ω）を求める
   ことを特徴とする半導体レーザの波長制御方法。
4. 【請求項４】 請求項１において、前記第１工程では、
   前記印加信号 i_ref (t) と、前記応答 f_ref (t) と、前
   記応答 f_ref (t) のうち熱的に定常状態の成分 f
   _ref,stat(t) をそれぞれスペクトル関数Ｉ_ref （ω)
   と、Ｆ_ref （ω) と、Ｆ_ref,stat（ω) にフーリエ変換
   し、各周波数成分毎に、前記スペクトル関数Ｆ
   _ref （ω) と前記スペクトル関数Ｆ_{ref, stat}（ω) との
   差を前記スペクトル関数Ｉ_ref （ω) で除算することに
   より、前記伝達関数Ｈ_tran（ω）を求めることを特徴と
   する半導体レーザの波長制御方法。
5. 【請求項５】 請求項１において、前記第４工程では、
   前記伝達関数Ｈ_tran（ω）と、前記制御データ列 i
   _k (t) のスペクトル関数Ｉ_k （ω) と、ｋ−１回目の処
   理で得られる前記光周波数誤差 f _error,k-1 (t) のスペ
   クトル関数Ｆ_error,k-1 （ω）から、Ｆ_error,k （ω）
   ＝Ｈ_tran（ω）・Ｉ_ref （ω) −Ｆ_error,k-1 （ω）の
   計算によりスペクトル関数Ｆ_error,k （ω）を求め、こ
   のスペクトル関数Ｆ_error,k （ω）を逆フーリエ変換す
   ることにより、ｋ回目の処理における光周波数誤差 f
   _error,k (t) を求めることを特徴とする半導体レーザの
   波長制御方法。
6. 【請求項６】 電流もしくは電圧制御による半導体レー
   ザの波長制御方法において、波長切替時の熱応答の伝達
   関数を用い、熱の時定数よりも短い時間刻みで制御電流
   もしくは電圧を直接制御して、過渡応答成分の補正を行
   うことを特徴とする半導体レーザの波長制御方法。
7. 【請求項７】 光合波手段、光周波数を変換する光周波
   数変換手段、半導体レーザおよび時間遅延手段がリング
   状に接続されてなる光リング回路と、基準光源と、前記
   基準光源と前記光合波手段の間に接続される光スイッチ
   手段と、前記半導体レーザの光周波数制御電極に制御信
   号を印加する制御電源と、前記制御電源の制御信号を変
   化させて前記半導体レーザの波長を制御する波長制御手
   段を具備すること、 前記波長制御手段は、前記光リング回路から前記光合波
   手段を通して取り出される光を入射する光分波手段と、
   前記光分波手段に接続された時間分解光スペクトル測定
   手段と、処理手段を有すること、 前記処理手段は、前記制御電源を制御して前記光周波数
   制御電極に複数の周波数成分を含む電流または電圧の信
   号 i_ref (t) を印加させ、この印加信号 i_ref(t) に対
   する出力光周波数の応答 f_ref (t) を前記時間分解光ス
   ペクトル測定手段から入力し、前記印加信号 i_ref (t)
   と、前記応答 f_ref (t) との間の熱応答成分の伝達関数
   Ｈ_tran（ω）を求める第１手段と、ｋ回目の処理におけ
   るターゲット光周波数変化関数 f_target,k(t) を、所望
   とする光周波数変化 f_target(t)とｋ−１回目の処理で
   得られた光周波数誤差 f_error,k-1 (t) より求め、前記
   ターゲット周波数変化関数 f_target,k(t) を与える制御
   データ列 i_k (t) を、定常状態における光周波数と制御
   信号との関係に基づいて作成する第２手段と、ｋ回目の
   処理で得られた前記制御データ列 i_k (t) に対応する光
   周波数の変化 f_k (t) を、前記伝達関数Ｈ_tran（ω）と
   同制御データ列 i_k (t) より求める第３手段と、ｋ回目
   の処理における光周波数誤差 f_error,k (t) を、ｋ回目
   の処理で得られた前記光周波数変化 f_k (t) とｋ−１回
   目の処理で得られた前記光周波数誤差f_error,k-1 (t)
   より求める第４手段とを含み、ｋ回目の処理で得られた
   前記光周波数誤差 f_error,k (t) が所定範囲内であれば
   ｋ回目の処理で得られた前記制御データ列 s_k (t) を制
   御パラメータとして、前記制御電源から光周波数制御電
   極に制御信号を印加させ、所定範囲内でなければ前記第
   ２手段、第３手段および第４手段によりｋ＋１回目の処
   理を行うものであることを特徴とする光装置。
8. 【請求項８】 外部光を入射する半導体レーザと、この
   半導体レーザの光周波数制御電極に制御信号を印加する
   制御電源と、前記制御電源の制御信号を変化させて前記
   半導体レーザの波長を制御する波長制御手段を具備する
   こと、 前記波長制御手段は、前記半導体レーザの出力光を入射
   する光分波手段と、この光分波手段に接続された時間分
   解光スペクトル測定手段と、処理手段を有すること、 前記処理手段は、前記制御電源を制御して前記光周波数
   制御電極に複数の周波数成分を含む電流または電圧の信
   号 i_ref (t) を印加させ、この印加信号 i_ref(t) に対
   する出力光周波数の応答 f_ref (t) を前記時間分解光ス
   ペクトル測定手段から入力し、前記印加信号 i_ref (t)
   と、前記応答 f_ref (t) との間の熱応答成分の伝達関数
   Ｈ_tran（ω）を求める第１手段と、ｋ回目の処理におけ
   るターゲット光周波数変化関数 f_target,k(t) を、所望
   とする光周波数変化 f_target(t)とｋ−１回目の処理で
   得られた光周波数誤差 f_error,k-1 (t) より求め、前記
   ターゲット周波数変化関数 f_target,k(t) を与える制御
   データ列 i_k (t) を、定常状態における光周波数と制御
   信号との関係に基づいて作成する第２手段と、ｋ回目の
   処理で得られた前記制御データ列 i_k (t) に対応する光
   周波数の変化 f_k (t) を、前記伝達関数Ｈ_tran（ω）と
   同制御データ列 i_k (t) より求める第３手段と、ｋ回目
   の処理における光周波数誤差 f_error,k (t) を、ｋ回目
   の処理で得られた前記光周波数変化 f_k (t) とｋ−１回
   目の処理で得られた前記光周波数誤差f_error,k-1 (t)
   より求める第４手段とを含み、ｋ回目の処理で得られた
   前記光周波数誤差 f_error,k (t) が所定範囲内であれば
   ｋ回目の処理で得られた前記制御データ列 s_k (t) を制
   御パラメータとして、前記制御電源から光周波数制御電
   極に制御信号を印加させ、所定範囲内でなければ前記第
   ２手段、第３手段および第４手段によりｋ＋１回目の処
   理を行うものであることを特徴とする光装置。
9. 【請求項９】 半導体レーザと、この半導体レーザの光
   周波数制御電極に制御信号を印加する制御電源と、前記
   制御電源の制御信号を変化させて前記半導体レーザの波
   長を制御する波長制御手段を具備すること、 前記波長制御手段は、前記半導体レーザの出力光を入射
   する光分波手段と、この光分波手段に接続された時間分
   解光スペクトル測定手段と、処理手段を有すること、 前記処理手段は、前記制御電源を制御して前記光周波数
   制御電極に複数の周波数成分を含む電流または電圧の信
   号 i_ref (t) を印加させ、この印加信号 i_ref(t) に対
   する出力光周波数の応答 f_ref (t) を前記時間分解光ス
   ペクトル測定手段から入力し、前記印加信号 i_ref (t)
   と、前記応答 f_ref (t) との間の熱応答成分の伝達関数
   Ｈ_tran（ω）を求める第１手段と、ｋ回目の処理におけ
   るターゲット光周波数変化関数 f_target,k(t) を、所望
   とする光周波数変化 f_target(t)とｋ−１回目の処理で
   得られた光周波数誤差 f_error,k-1 (t) より求め、前記
   ターゲット周波数変化関数 f_target,k(t) を与える制御
   データ列 i_k (t) を、定常状態における光周波数と制御
   信号との関係に基づいて作成する第２手段と、ｋ回目の
   処理で得られた前記制御データ列 i_k (t) に対応する光
   周波数の変化 f_k (t) を、前記伝達関数Ｈ_tran（ω）と
   同制御データ列 i_k (t) より求める第３手段と、ｋ回目
   の処理における光周波数誤差 f_error,k (t) を、ｋ回目
   の処理で得られた前記光周波数変化 f_k (t) とｋ−１回
   目の処理で得られた前記光周波数誤差f_error,k-1 (t)
   より求める第４手段とを含み、ｋ回目の処理で得られた
   前記光周波数誤差 f_error,k (t) が所定範囲内であれば
   ｋ回目の処理で得られた前記制御データ列 s_k (t) を制
   御パラメータとして、前記制御電源から光周波数制御電
   極に制御信号を印加させ、所定範囲内でなければ前記第
   ２手段、第３手段および第４手段によりｋ＋１回目の処
   理を行うものであることを特徴とする光装置。
10. 【請求項１０】 請求項７または８または９記載の光装
    置において、前記第２手段は定常状態の下で測定した光
    周波数と制御信号とのマップ、あるいは、定常状態下で
    の測定を基に作成された光周波数と制御信号との変換テ
    ーブル、あるいは、定常状態における光周波数と制御信
    号との関係の近似式基づいて、前記制御データ列 i
    _k (t) を作成することを特徴とする光装置。
11. 【請求項１１】 請求項７または８または９記載の光装
    置において、前記波長制御手段は定常状態における光周
    波数と制御信号との関係を記述したデータベースを有す
    ること、前記第２手段は前記データベースの内容に基づ
    いて、前記制御データ列 i_k (t)を作成することに基づ
    いて作成することを特徴とする光装置。
12. 【請求項１２】 請求項７または８または９記載の光装
    置において、前記半導体レーザは光周波数領域として位
    相調整領域と分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）領域を有す
    る分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）レーザであり、前記制
    御電源は位相調整領域と分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）
    領域の両方の光周波数制御電極に制御信号を印加するも
    のであり、前記波長制御手段は位相調整領域と分布ブラ
    ッグ反射器（ＤＢＲ）領域の両方について前記制御電源
    の制御信号を変化させるものであることを特徴とする光
    装置。
13. 【請求項１３】 電流もしくは電圧制御により波長が制
    御され、外部光が入射される半導体レーザと、前記半導
    体レーザの波長切替時の熱応答の伝達関数を用い、熱の
    時定数よりも短い時間刻みで制御電流もしくは電圧を直
    接制御して過渡応答成分の補正を行う手段を具備し、前
    記半導体レーザの出力光周波数が前記外部光の光周波数
    に同期することを特徴とする光装置。
14. 【請求項１４】 請求項１３記載の光装置と、前記光装
    置の半導体レーザ、光合波手段、光周波数を変換する光
    周波数変換手段および時間遅延手段がリング状に接続さ
    れてなる光リング回路と、基準光源と、この基準光源と
    前記光合波手段の間に接続される光スイッチ手段を具備
    することを特徴とする光装置。