JP2004146523A - Semiconductor laser apparatus, method of stabilizing wavelength/intensity of semiconductor laser output beam and control program of the same - Google Patents

Semiconductor laser apparatus, method of stabilizing wavelength/intensity of semiconductor laser output beam and control program of the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser apparatus which can economically realize reduction in size of an optical module and a method of stabilizing wavelength/intensity of the semiconductor laser output beam. <P>SOLUTION: The semiconductor laser apparatus 101 comprises a semiconductor laser 101 to which an output beam thereof is incident resulting in the periodical peak in the optical transmittivity for the wavelength of the incident light, a Fabry-Perot filter 102 which is set to provide a free spectrum range corresponding to the wavelength interval of channel in the optical communication of the wavelength-division multiplex system, a photodiode 103 for detecting the light beam outputted from the filter 102, and a microprocessor unit 105 to control the wavelength and intensity of the output light beam of the semiconductor laser to the predetermined value on the basis of the detected output of the photodiode 103. With such structure, the wavelength and intensity of the output light beam of the semiconductor laser 101 can be stabilized in a simplified structure. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ装置、半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化方法およびおよびその制御プログラムに係り、特に入力レーザ光の波長に対して光透過率が周期的なピークを有する周期的フィルタを用いた半導体レーザ装置、半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化方法に関するもので、例えば波長分割多重方式の光通信に使用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
インターネットの普及によりネットワークの大容量化が急務となっている。この解決手段として、波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ；　ＷＤＭ）を用いた光波ネットワークは、伝送容量を飛躍的に向上させ、しかも、柔軟性の高いネットワーク構築が可能であり、大いに注目されている。
【０００３】
このようなネットワークでは、周波数の有効利用の観点から光信号を波長（もしくは光周波数）軸上で高密度に多重を行うため、レーザ光源の波長制御もしくは監視は必須の技術である。また、レーザ光源の光出力も予め設定された値で安定していることも要求されるため、出力光の波長および強度の安定化が図られている。
【０００４】
図１２は、従来の半導体レーザ装置の一例を示すブロック図である。
【０００５】
図１２において、３０１　は電流もしくは温度で発振周波数が可変できる半導体レーザである。この半導体レーザの両端面の出力光のうち、一方の端面から図中左方に進行する光は、信号伝送用の光ファイバ（図示せず）に入力されて光信号の伝送に供され、他方の端面から図中右方に進行する光は、ビームスプリッタ（Ｂｅａｍ　Ｓｐｌｉｔｔｅｒ　、以下、ＢＳと呼ぶ。）３０２　に入射されて２分岐される。
【０００６】
このように２分岐された一方の光は、第１光検出器（ＰＤ１）３０３に入射されて光電変換により検出され、他方の光は、ファブリペロー（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ；　ＦＰ）フィルタ３０４　を介して第２光検出器（ＰＤ２）３０５に入射されて光電変換により検出される。
【０００７】
上記第１光検出器（ＰＤ１）３０３の検出出力（半導体レーザ３０１　の出力光強度のモニタ出力）は制御手段３０６　の強度制御部３０６−１　に入力し、この強度制御部３０６−１　によって半導体レーザ３０１　へ電流制御を行うことにより、上記モニタ出力（電流）が一定値になるように、つまり、半導体レーザ３０１　の出力光が設定された光強度となるように制御する。
【０００８】
図１３は、図１２中のＦＰフィルタ３０４　の特性の一例を示す。
【０００９】
このＦＰフィルタの特性は、入力光の波長に対して周期的なピークを有するので、第２光検出器３０５　の検出出力も入力光の波長に対して周期的なピークを有する。そこで、第２光検出器３０５　の検出出力は制御手段３０６　の波長制御部３０６−２　に入力し、この波長制御部３０６−２　によって半導体レーザ３０１　への温度制御を行うことにより、第２光検出器３０５　の出力電流が一定値になるように、つまり、半導体レーザ３０１　の発振波長が設定波長に固定されるように制御する。
【００１０】
このような波長制御系において、半導体レーザの立ち上げ時の発振波長に対して波長制御部３０６−２　が所望の波長に安定化することができる波長範囲を引込範囲と称する。この引込範囲は、図１３に示すように、ＦＰフィルタ３０２　のフリースペクトラムレンジ（Ｆｒｅｅ　Ｓｐｅｃｔｒａｌ　Ｒａｎｇｅ；　ＦＳＲ）毎に透過率が同一の値となるので、ＦＳＲ　によって決定される。なお、図１３に示すように、ＦＰフィルタ３０２　のＦＳＲ　は、ＷＤＭ　方式におけるチャンネル（ｃｈ）の波長間隔に設定されているものとする。
【００１１】
また、図１４に示すように、ＦＰフィルタ３０２　のＦＳＲ　をＤＷＤＭ方式におけるｃｈの波長間隔の２倍に相当するように設定し、ｃｈの奇遇によって制御方向を逆に設定しても良い。この場合、各ｃｈの引込範囲は、図示するように各ｃｈの波長間隔の２倍となり、より高い安定性が得られる。
【００１２】
ところで、従来例においては、レーザ出力光の波長および強度をモニタするために、２つの光検出器としてそれぞれフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ、以下、ＰＤと呼ぶ。）を必要としている。そのため、図１２中に示す破線で囲まれた部品および温度検出器、レンズ系（図示せず）で構成される光モジュールが大型化し、高価になる。
【００１３】
なお、特許文献１には、レーザの出力光を光学共振器に入射し、光学共振器の透過ピーク波長にレーザの波長を制御するレーザの波長安定化方法において、光学共振器の温度を変調する点、半導体レーザチップマウント用の第１のヒートシンクとは別の第２のヒートシンクに光学共振器をマウントする点、光学共振器の透過光強度が一定となるようにレーザを制御することにより、レーザの波長安定化と同時に光出力強度安定化を行う点が開示されている。
【００１４】
【特許文献１】
特開平６−３３８６５２号公報（第２−４頁、図１）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように従来の半導体レーザ装置は、光モジュールが大型化し、高価になるという問題があった。
【００１６】
本発明は上記の問題点を解決すべくなされたもので、光モジュールを小型化し、安価に実現し得る半導体レーザ装置、半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化方法を提供することを目的とする。
【００１７】
また、本発明の他の目的は、半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化制御を行う際、電子回路の直流ドリフト等のドリフトに強く、長期的に波長を安定化させることが可能になる半導体レーザ装置、半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の半導体レーザ装置は、半導体レーザと、前記半導体レーザの素子温度を調節する温度調節部と、前記半導体レーザの出力光が入射され、入力光の波長に対して光透過率が周期的なピークを有し、フリースペクトラムレンジが波長分割多重方式の光通信におけるチャンネルの波長間隔あるいはその２倍に相当するように設定された周期的フィルタと、前記周期的フィルタから出力された光を検出して電気信号に変換する光検出器と、前記光検出器の検出出力に基づいて前記温度調節部および前記半導体レーザの電流を制御することにより、前記半導体レーザの出力光の波長および強度を所望値に制御する制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１９】
前記制御手段は、制御開始時または前記半導体レーザの出力光が前記周期的フィルタを通過した後の光強度が変化したことを検出した際に、前記半導体レーザの駆動電流および素子温度に微少変化を与え、この微少変化の前後の前記光検出器による検出値に基づいて前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記温度調節部に供給するための波長制御信号を生成した後、前記半導体レーザの電流閾値および電流光変換効率を検出し、前記出力光の光強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御するための強度制御信号を生成することを特徴とする。
【００２０】
本発明の第２の半導体レーザ装置は、半導体レーザと、前記半導体レーザの素子温度を調節する温度調節部と、前記半導体レーザの出力光が入射され、入力光の波長に対して光透過率が周期的なピークを有し、フリースペクトラムレンジが波長分割多重方式の光通信におけるチャンネルの波長間隔に相当するように設定された周期的フィルタと、前記周期的フィルタから出力された光を検出して電気信号に変換する光検出器と、前記光検出器の検出出力に基づいて前記温度調節部および前記半導体レーザの電流を制御することにより、前記半導体レーザの出力光の波長および強度を所望値に制御する制御手段とを具備し、前記制御手段は、前記半導体レーザの素子温度に微少変化を与え、この微少変化の前後の前記光検出器による検出値に基づいて前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記温度調節部に供給するための波長制御信号を生成した後、前記出力光の光強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御するための強度制御信号を生成することを特徴とする。
【００２１】
本発明の第３の半導体レーザ装置は、半導体レーザと、前記半導体レーザの素子温度を調節する温度調節部と、前記半導体レーザの出力光に微少な周波数変調をかけるように前記半導体レーザの注入電流に対してそれよりも充分に小さい交流信号を加算する加算器と、前記交流信号を発生する発振器と、前記半導体レーザの出力光が入射され、入力光の波長に対して光透過率が周期的なピークを有し、フリースペクトラムレンジが波長分割多重方式の光通信におけるチャンネルの波長間隔に相当するように設定された周期的フィルタと、前記周期的フィルタを通過した透過光を検出して電気信号に変換する光検出器と、前記半導体レーザの注入電流に加算される交流信号と前記光検出器で検出した信号との間で同期検波する同期検波部と、前記同期検波部より得られる信号を誤差信号として当該誤差信号が小さくなるように前記温度調節部に供給するための波長制御信号を生成する波長制御手段と、前記光検出器で検出した信号の平均値に基づいて強度制御信号を生成し、前記加算器を介して前記半導体レーザに供給する強度制御手段とを具備することを特徴とする。
【００２２】
本発明の第１の半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化方法は、半導体レーザの出力光が周期的フィルタを通過した後の光強度が変化したことを検出するステップと、前記半導体レーザの駆動電流および素子温度に微少変化を与えるように制御するステップと、前記素子温度に微少変化を与えた前後の前記周期的フィルタから出力された光の強度が検出された結果に基づいて前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記半導体レーザの温度調節部を制御するステップと、この後、前記半導体レーザの電流閾値および電流光変換効率を検出するステップと、前記電流閾値および電流光変換効率を検出した結果に基づいて前記半導体レーザの出力光の強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御するステップとを具備することを特徴とする。
【００２３】
本発明の第２の半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化方法は、半導体レーザの駆動電流および素子温度に微少変化を与えるように制御するステップと、前記素子温度に微少変化を与えた前後における前記半導体レーザの出力光が周期的フィルタを通過した後の光強度が検出された結果に基づいて前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記半導体レーザの温度調節部を制御するステップと、この後、前記半導体レーザの電流閾値および電流光変換効率を検出するステップと、前記電流閾値および電流光変換効率を検出した結果に基づいて前記半導体レーザの出力光の強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御するステップとを具備することを特徴とする。
【００２４】
本発明の第３の半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化方法は、半導体レーザに発振器の出力で周波数変調をかけるステップと、前記半導体レーザの出力光が周期的フィルタを通過した後の光強度を光検出器で検出して電気信号に変換するステップと、前記光検出器の出力信号の交流成分を前記発振器の出力との間で同期検波して波長誤差信号を生成するステップと、前記波長誤差信号に基づいて前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記半導体レーザの温度調節部を制御すると同時に、前記光検出器の出力の平均値に基づいて前記半導体レーザの出力光の強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御するステップとを具備することを特徴とする。
【００２５】
本発明の第１の半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化制御プログラムは、半導体レーザの出力光が周期的フィルタを通過した後の光強度が変化したことを検出する機能と、前記半導体レーザの駆動電流および素子温度に微少変化を与えるように制御する機能と、前記素子温度に微少変化を与えた前後の前記周期的フィルタから出力された光の強度が検出された結果に基づいて前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記半導体レーザの温度調節部を制御する機能と、この後、前記半導体レーザの電流閾値および電流光変換効率を検出する機能と、前記電流閾値および電流光変換効率を検出した結果に基づいて前記半導体レーザの出力光の強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御する機能を実現させることを特徴とする。
【００２６】
本発明の第２の半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化制御プログラムは、半導体レーザの駆動電流および素子温度に微少変化を与えるように制御する機能と、前記素子温度に微少変化を与えた前後における前記半導体レーザの出力光が周期的フィルタを通過した後の光強度が検出された結果に基づいて前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記半導体レーザの温度調節部を制御する機能と、この後、前記半導体レーザの電流閾値および電流光変換効率を検出する機能と、前記電流閾値および電流光変換効率を検出した結果に基づいて前記半導体レーザの出力光の強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御する機能を実現させることを特徴とする。
【００２７】
本発明の第３の半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化制御プログラムは、発振器の出力で周波数変調をかけられた半導体レーザの出力光が周期的フィルタを通過した後の光強度を検出した出力信号の交流成分を前記発振器の出力との間で同期検波して生成された波長誤差信号に基づいて、前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記半導体レーザの温度調節部を制御すると同時に、前記光強度を検出した出力信号の平均値に基づいて前記半導体レーザの出力光の強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御する機能を実現させることを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２９】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置を示すブロック図である。
【００３０】
図１において、１０１　は電流もしくは温度で発振周波数が可変できる半導体レーザである。この半導体レーザの両端面の出力光のうち、一方の端面から図中左方に進行する光は、信号伝送用の光ファイバ（図示せず）に入力されて光信号の伝送に供され、他方の端面から図中右方に進行する光は、ＦＳＲ　がＷＤＭ　方式におけるｃｈの波長間隔に設定された光学共振器であるファブリペロー（ＦＰ）フィルタ１０２を透過し、光検出器（ＰＤ）１０３　に入射し、光電変換により検出される。
【００３１】
なお、前記ＦＰフィルタ１０２　は、図１３に示した特性のように入力光の波長に対して光透過率が周期的なピークを有するので、前記光検出器（ＰＤ）１０３　の出力も入力光の波長に対して周期的なピークを有する。
【００３２】
上記光検出器（ＰＤ）１０３　の出力（半導体レーザ３０１　の出力光強度のモニタ出力電流）は、電流／電圧変換器（Ｉ／Ｖ）１０４を介してマイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ）１０５　に内蔵されたＡ／Ｄ変換器（以下、Ａ／Ｄと称する）１０５−１　へ入力され、デジタル信号に変換される。
【００３３】
このＭＰＵ　１０５　は、以下に説明する半導体レーザの出力波長および光強度の安定化方法を実現するための制御プログラムに基づいて、半導体レーザの出力波長および光強度を直流的に制御する機能を有するための波長制御信号と光強度制御信号を生成する。
【００３４】
上記波長制御信号は、Ｄ／Ａ変換器（以下、Ｄ／Ａと称する）１０５−２　を介して半導体レーザ１０１　の温度調節部、例えばＴＥＣ　（Ｔｈｅｒｍｏ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｃｏｏｌｅｒ）であるペルチェ素子１０６　に入力される。このように半導体レーザ１０１　の温度制御を行うことにより、前記光検出器（ＰＤ）１０３　の出力電流が一定値になるように、つまり、半導体レーザ１０１　の発振波長が設定波長に固定されるように制御する。
【００３５】
また、前記光強度制御信号は、Ｄ／Ａ１０５−３　を介して半導体レーザ１０１　の注入電流入力端子に入力される。このように半導体レーザ１０１　へ電流制御を行うことにより、前記光検出器（ＰＤ）１０３　のモニタ出力（電流）が一定値になるように、つまり、半導体レーザ１０１　の出力光が設定された光強度となるように制御する。
【００３６】
なお、図１中、破線で囲まれた半導体レーザ１０１　、ＦＰフィルタ１０２　、ＰＤ１０３　、ペルチェ素子１０６　および温度検出器、レンズ系（図示せず）は、モジュール化されることにより、動作の安定化、小型化が図られている。
【００３７】
以下、図１の構成による半導体レーザ１０１　の出力光の波長・強度の安定化方法について説明する。
【００３８】
ＦＰフィルタ１０２　の出射光の強度Ｐｏｕｔ　は、次式によって現される。
【００３９】
Ｐｏｕｔ　＝Ｆ（λ）η（Ｉｂ　−Ｉｔｈ）　　　　　　　　　　　　　　…（１）
但し、Ｆ（λ）はＦＰフィルタ１０２　の透過率、ηは電流変換効率、Ｉｂ　は半導体レーザ１０１　の駆動電流、Ｉｔｈは半導体レーザの閾値電流である。ここで、Ｆ（λ）を固定して、Ｉｂ　にだけΔＩｂ　の変化を与えると、その時の出射光の強度変化ΔＰｏｕｔ　は次式によって表される。
【００４０】
ΔＰｏｕｔ　＝Ｆ（λ）ηΔＩｂ　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（２）
次に、Ｉｂ　を固定し、半導体レーザの素子温度を微少変化させてＦ（λ）にだけΔＦ（λ）の変化を与えると、その時の出射光の強度変化ΔＰｏｕｔ’は次式によって表される。
【００４１】
ΔＰｏｕｔ’＝ΔＦ（λ）η（Ｉｂ　−Ｉｔｈ）　　　　　　　　　　　　…（３）
上式（１）、（２）、（３）により、
Ｉｔｈ＝Ｉｂ　−（Ｐｏｕｔ　／ΔＰｏｕｔ　）ΔＩｂ　　　　　　　　　　　　…（４）
ΔＦ（λ）／Ｆ（λ）＝ΔＰｏｕｔ’・ΔＩｂ　／［（Ｉｂ　−Ｉｔｈ）・ΔＰｏｕｔ　］（５）
ΔＦ（λ）／Ｆ（λ）＝ΔＰｏｕｔ’／Ｐｏｕｔ　　　　　　　　　　　　…（６）
が得られる。
【００４２】
上式（５）、（６）にはηは存在しないので、上式（５）、（６）によって計算された値はＦＰフィルタだけの特性で決まる。
【００４３】
そこで、本発明では、図１中のＦＰフィルタの特性として、図２に示すように、Ｆ（λ）およびΔＦ（λ）／Ｆ（λ）と波長λの関係を適切にフィネスを設定しておき、半導体レーザ１０１　の出力光波長を安定化させるためにΔＦ（λ）／Ｆ（λ）のボトム値またはピーク値を目標値として制御することにより、出力光波長が所定波長λｏ　に安定化された後にηを次式によって求めることができる。
【００４４】
η＝Ｐｏｕｔ　／Ｆｏ　（Ｉｂ　−Ｉｔｈ）　　　　　　　　　　　　　　　…（７）
但し、Ｆｏ　は所定波長λｏ　に対するＦＰフィルタの透過率である。
【００４５】
したがって、半導体レーザの出力光強度を一定に制御するために適切な駆動電流Ｉｂ　は次式によって得られる。
【００４６】
Ｉｂ　＝（Ｐｏ　／Ｆｏ　・η）＋Ｉｔｈ　　　　　　　　　　　　　　　…（８）
ここで、Ｐｏ　は半導体レーザの出力光強度の目標値である。
【００４７】
しかし、前式（２）を得るために、駆動電流Ｉｂ　にΔＩｂ　の変化を与えた結果、駆動電流Ｉｂ　の変化にしたがって半導体レーザの発振波長が変化してしまい、ＦＰフィルタの透過率Ｆ（λ）も変化してしまうので、例えば以下に説明するような方法により発振波長の変化を補償する。
【００４８】
図３は、図１中の半導体レーザの発振波長の変化を補償する方法の一例を説明するために示す特性図である。
【００４９】
図３において、縦軸は半導体レーザの温度（℃）、横軸は半導体レーザの駆動電流Ｉｂ（ｍＡ）、右下がりの線は等波長線を表している。
【００５０】
今、図中のＸ点で駆動されている半導体レーザの駆動電流が−ΔＩ（ｍＡ）変化してＹ点に移行したものとする。この時、波長の電流係数をＫ（ｎｍ／ｍＡ）　とすると、波長変化は−ΔＩＫ（ｎｍ）となる。したがって、波長の温度係数をＱ（ｎｍ／℃）　とすると、半導体レーザの温度をΔＩＫ／Ｑ（℃）上昇させてＺ点に移行させることによって、Ｘ点における波長と同じ波長を得ることができ、波長変化の補償が可能になる。
【００５１】
また、半導体レーザの駆動電流がΔＩ（ｍＡ）増大してＸ点からＷ点に移行した場合には、半導体レーザの温度をΔＩＫ／Ｑ（℃）低下させてＶ点に移行させることによって、上記と同様にして波長変化を補償することができる。
【００５２】
図４は、図１中の半導体レーザの出力光の波長・強度の安定化方法を実現するために制御用ＭＰＵ　内に格納された制御プログラムに基づいて制御用ＭＰＵ　が行う制御開始時の制御手順の一例を示すフローチャートである。
【００５３】
本例の制御フローでは、まず、ΔＦ（λ）／Ｆ（λ）を計算し、目標値である−ΔＦ（λ）／Ｆｏ　と差があれば、半導体レーザの素子温度にΔＴ　だけの微少変化を与えた前後のΔＦ（λ）／Ｆ（λ）を比較した結果に応じて出力光の波長を制御する。この後、半導体レーザの駆動電流を制御し、これに伴う波長変化を補償する。
【００５４】
以下、図４を参照して第１の実施形態における半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化方法の一例について詳細に説明する。
【００５５】
ＤＷＤＭ方式光通信システムを統括するシステム制御装置（図示せず）によって制御用ＭＰＵ　の電源が投入されると、この制御用ＭＰＵ　内に格納されたプログラムがスタートし、ステップＳ１で半導体レーザの電源を投入して初期化する。
【００５６】
ステップＳ２で半導体レーザに対するｃｈの発振要求があったか否かを判断処理する。要求がない場合には、要求があるまで上記判断処理を繰り返す。要求があった場合、例えばｃｈ２　を発振する要求があった場合には、ステップＳ３で半導体レーザの温度およびｃｈ２　に対応する駆動電流を設定し、半導体レーザに制御信号を送信する。この制御信号によって、半導体レーザ（波長可変レーザ）は立ち上り波長で発振を開始する。
【００５７】
そして、ステップＳ４からＳ１０　までのサブルーチンを呼び出してΔＦ（λ）／Ｆ（λ）を計算し、この計算値と目標値である−ΔＦ（λ）／Ｆｏ　の差が許容値以内であるか否かをステップＳ１２　で判断する。
【００５８】
上記判断の結果、許容値以上である場合（ＮＯ）には、ステップＳ１３　で素子温度にΔＴ１の変化を与え、再びステップＳ４からＳ１０　までのサブルーチンを呼び出してΔＦ（λ）／Ｆ（λ）を計算し、温度変化前後のΔＦ（λ）／Ｆ（λ）を比較することにより、ステップＳ１５　で現時点の出力光波長は所定波長より長いか短いかを判断する。
【００５９】
上記ステップＳ１５　による判断の結果、現在の発振波長が所望の波長より長い場合（ＹＥＳ）　には、ステップＳ１６　で素子温度を減少させ、再びステップＳ４からＳ１０　までのサブルーチンを呼び出してΔＦ（λ）／Ｆ（λ）を計算し、この計算値と目標値である−ΔＦ（λ）／Ｆｏ　の差が許容値以内であるか否かをステップＳ１８　で判断し、許容値以下となるまでステップＳ１６　に戻り、素子温度を減少させる。
【００６０】
前記判断の結果、上記とは逆に、現在の発振波長が所望の波長より短い場合（ＮＯ）には、ステップＳ１９　で素子温度を増大させ、再びステップＳ４からＳ１０　までのサブルーチンを呼び出してΔＦ（λ）／Ｆ（λ）を計算し、この計算値と目標値である−ΔＦ（λ）／Ｆｏ　の差が許容値以内であるか否かをステップＳ２１　で判断し、許容値以下となるまでステップＳ１９　に戻り、許容値以下となるまで素子温度を増大させる。
【００６１】
前記ステップＳ１２　による判断の結果、許容値以下である場合（ＹＥＳ）　、あるいは、前記ステップＳ１８　あるいはステップＳ２１　で許容値内に入ったと判断した場合（ＹＥＳ）　には、ステップＳ２２　でηを計算し、目標とする駆動電流Ｉｂを計算により求めた値に駆動電流を設定する。このようにＩｂを設定した後に、波長変化を補償するために、ステップＳ２３　で駆動電流および素子温度を修正設定して終了（エンド）する。
【００６２】
図５は、図４の手順で半導体レーザの駆動電流および素子温度が設定された後に、環境温度変化や経年変化によって半導体レーザの発光特性が変化した場合に制御用ＭＰＵ　が行う制御手順の一例を示すフローチャートである。
【００６３】
この制御手順は、図４に示したフローチャートと比べて、ステップＳ１からＳ３が異なり、ステップＳ４以降は同じである。ステップＳ２５　でスタートすると、まず、ステップＳ２６　で光強度Ｐを計測し、その計測値Ｐｍと目標の光強度Ｐｏ　の差が許容値以内であるか否かをステップＳ２７　で判断する。
【００６４】
上記判断の結果、許容値以内下でない場合（ＮＯ）、つまり、許容値以内下でなくなった時点で前記ステップＳ４からＳ１０　までのサブルーチンを呼び出してΔＦ（λ）／Ｆ（λ）を計算した後、ステップＳ１１　に戻り、前述した制御手順と全く同じ制御手順を行う。
【００６５】
＜第１の実施形態の変形例＞
図１４に示したように、ＦＰフィルタのＦＳＲ　をＷＤＭ　におけるｃｈの波長間隔の２倍に相当するように設定し、前述した第１の実施形態と同様の制御を行う。この際、ｃｈの奇遇によって波長制御の方向およびその目標値の符号を逆に設定して制御を行う。
【００６６】
この場合には、各ｃｈの引込範囲は、図１４中に示したように各ｃｈの波長間隔の２倍となるので、半導体レーザの出力光の波長の安定性をより向上させることが可能になる。
【００６７】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の全体構成は、図１を参照して前述した第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の全体構成と同様であるが、図１に示した半導体レーザ装置と比べて、ＦＰフィルタ１０２　は、ｃｈの波長は光透過率がピークとなる波長に一致するように配置されている点、制御用ＭＰＵ１０５に格納されている制御プログラムの内容が異なり、その他は同じである。
【００６８】
図６は、第２の実施形態におけるＦＰフィルタ１０２　の透過特性と波長配置の関係を示す特性図である。
【００６９】
このＦＰフィルタの特性は、ＦＳＲ　がＷＤＭ　方式におけるｃｈの波長間隔に設定されており、各ｃｈの波長は光透過率がピークとなる波長に一致するように配置されている。これに対して、従来例では、図１３に示したように光透過率の周期特性のスロープ部分に配置されている。
【００７０】
図７は、第２の実施形態における半導体レーザの出力波長および光強度の安定化方法を実現するために制御用ＭＰＵ１０５内に格納された制御プログラムに基づいて制御用ＭＰＵ１０５が行う制御手順の一例を示すフローチャートである。
【００７１】
本例の制御フローでは、まず、半導体レーザの素子温度にΔＴ　だけの微少変化を与えた前後の光強度Ｐを比較した結果に応じて出力光の波長を制御する。この後、光強度Ｐが目標値Ｐｏ　となるように制御し、これに伴う波長変化を補償する。この場合、制御用ＭＰＵ　に対してＤＣ的な制御を行う。
【００７２】
以下、図６および図７を参照して第２の実施形態における半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化方法の一例について詳細に説明する。
【００７３】
ＤＷＤＭ方式光通信システムを統括するシステム制御装置（図示せず）によって制御用ＭＰＵ　の電源が投入されと、この制御用ＭＰＵ　内に格納されたプログラムがスタートし、ステップＳ１で半導体レーザの電源を投入して初期化する。
【００７４】
ステップＳ２で半導体レーザに対するｃｈの発振要求があったか否かを判断処理する。要求がない場合には、要求があるまで上記判断処理を繰り返す。要求があった場合、例えばｃｈ２　を発振する要求があった場合には、ステップＳ３で半導体レーザの温度およびｃｈ２　に対応する駆動電流を設定し、半導体レーザに制御信号を送信する。この制御信号によって、半導体レーザ（波長可変レーザ）は立ち上り波長で発振を開始する。
【００７５】
ステップＳ４で光強度Ｐを計測し、ステップＳ５で素子温度にΔＴ　だけの微少変化を与え、ステップＳ６で再び光強度Ｐを計測し、ステップＳ７で上記温度変化の前後の光強度を比較することにより、現時点の出力光波長は所定波長より長いか短いか（許容値ε以内であるか否か）を判断する。
【００７６】
上記判断の結果、現在の発振波長が所望の波長より長い場合（正方向の許容値εを越えている場合）は、ステップＳ８で素子温度を減少させ、ステップＳ９で再び光強度Ｐを計測し、ステップＳ１０　で上記温度変化の前後の光強度を比較することにより、許容値ε以内になったか否かを判断する。上記ステップＳ１０　による判断の結果、許容値を越えている場合（ＮＯ）には、前記ステップＳ８に戻って素子温度を減少させる処理を許容値ε以内になるまで繰り返す。
【００７７】
前記ステップＳ７による判断の結果、許容値を越え、現在の発振波長が所望の波長より短い場合（負方向の許容値である−εを越えている場合）には、ステップＳ１２　で素子温度を増大させ、ステップＳ１３　で再び光強度Ｐを計測し、ステップＳ１４　で上記温度変化の前後の光強度を比較することにより、許容値（−ε）以内になったか否かを判断する。上記ステップＳ１４　による判断の結果、許容値（−ε）を越えている場合（ＮＯ）には、前記ステップＳ１２　に戻って素子温度を増大させる処理を許容値（−ε）以内になるまで繰り返す。
【００７８】
前記ステップＳ１０　による判断の結果、または、前記ステップＳ１５　による判断の結果、または、前記ステップＳ７による判断の結果、許容値以内であった場合にはそれぞれ素子温度を戻し、ステップＳ１７　で光強度Ｐの計測値と目標値Ｐｏ　の差が最終的な許容値ε２　以内であるか否かを判断する。
【００７９】
上記判断の結果、最終的な許容値ε２　以内でない場合（ＮＯ）には、ステップＳ２０でバイアス電流（駆動電流）Ｉｂ　をステップパルス電流ΔＩｂ分だけを徐々に増大あるいは減少させた後、ステップＳ２１　で光強度Ｐを計測し、ステップＳ２２　で光強度Ｐの計測値と目標値Ｐｏ　の差が許容値ε以内であるか否かを判断する。
【００８０】
上記ステップＳ２２　による判断の結果、許容値以内でない場合（ＮＯ）には、再びステップＳ２０　に戻ってΔＩｂ分だけ増減させる処理をＰの計測値と目標値Ｐｏ　の差が許容値以内になるまで繰り返す。
【００８１】
上記したような半導体レーザの電流Ｉｂ　を増減させることにより、少しではあるがレーザ光の発振波長が所望の波長からずれてしまう（電流に対する波長の変化率は０．００８ｎｍ／ｍＡ）ので、前記ステップＳ２２　による判断の結果、Ｐの計測値と目標値Ｐｏ　の差が許容値以下になった場合（ＹＥＳ）　には、再び波長制御を行うために処理を前記ステップＳ４に戻す。
【００８２】
そして、前記ステップＳ１７　による判断の結果が許容値ε２　以下になった場合（ＹＥＳ）　には、ステップＳ１８　で強度制御を一旦終了する。そして、ステップＳ１９　で所定時間待機した後、再びステップＳ１７　に戻り、判断の結果が再び許容値ε２　以下になった場合（ＹＥＳ）　には強度制御を終了し、ステップＳ２３　で半導体レーザの電源を遮断する。
【００８３】
＜第３の実施形態＞
前記第１の実施形態および第２の実施形態では、ＤＣ的に波長制御を行うので、電子回路の直流ドリフト等のドリフトに弱く、長期的に波長を安定化させることが困難になるおそれがあり、この点を改善した第３の実施形態を以下に説明する。
【００８４】
図８は、本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置を示すブロック図である。
【００８５】
図８において、発振器１１１　からのディザ（Ｄｉｔｈｅｒ）信号（微小な低周波の例えばパルス信号あるいは正弦波信号）は加算器１１０　の一方の入力となり、この加算器１１０　の出力は半導体レーザ１０１　の注入電流入力端子に入力され、その出力光を周波数変調する。この半導体レーザ１０１　は電流もしくは温度で発振周波数が可変できるものであり、この半導体レーザの両端面の出力光のうち、一方の端面から図中左方に進行する光は、信号伝送用の光ファイバ（図示せず）に入力されて光信号の伝送に供され、他方の端面から図中右方に進行する光は、ＦＳＲ　がＷＤＭ　方式におけるｃｈの波長間隔に設定された光学共振器であるＦＰフィルタ１０２　を透過し、光検出器（ＰＤ）１０３　に入射し、光電変換により検出される。
【００８６】
図９（ａ）は、図８中のＦＰフィルタ１０２　の透過特性と波長配置の関係を示す特性図である。
【００８７】
このＦＰフィルタ１０２　は、ＦＳＲ　がＷＤＭ　方式におけるｃｈの波長間隔に設定されており、各ｃｈの波長は光透過率がピークとなる波長に一致するように配置されている。これに対して、従来例では、図１３に示したように光透過率の周期特性のスロープ部分に配置されている。
【００８８】
前記光検出器（ＰＤ）１０３　の出力（半導体レーザ３０１　の出力光強度のモニタ出力電流）は、電流／電圧変換器（Ｉ／Ｖ）１０４を介して２つの経路に分岐される。そのうちの一方は、コンデンサ１１２　を介して交流（ＡＣ）成分のみが取り出され、この交流成分は前記発振器１１１　の出力とともに乗算器１０５　へ入力され、乗算される。この乗算器１０５　の出力は、それに含まれる不要な高周波成分を除去するためのローパスフィルタ（Ｌｏｗ　Ｐａｓｓ　Ｆｉｌｔｅｒ；ＬＰＦ　）１０６　により取り出される。
【００８９】
この場合、前記ＦＰフィルタ１０２　の透過特性は、ローレンツ関数やガウス関数などで近似できる透過ピークを持つので、前記電流／電圧変換器（Ｉ／Ｖ）１０４の出力がコンデンサを介して取り出された交流（ＡＣ）成分が前記乗算器１０５　、ＬＰＦ１０６で構成された同期検波部で同期検波されて、その出力は図９（ｂ）に示すように透過ピーク波形の一次微分波形となる。
【００９０】
図９（ｂ）は、同期検波による波長誤差信号と波長配置の関係に示す特性図である。
【００９１】
この同期検波出力は、ＦＰフィルタ１０２　の透過ピークの近辺では、透過ピーク波長と入射する半導体レーザ１０１　の出力光波長の差に近似的に比例するので、波長誤差信号として利用でき、制御装置１０７　の波長制御部１０７−１　に供給される。
【００９２】
この波長制御部１０７−１　は、ＴＥＣ　（Ｔｈｅｒｍｏ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｃｏｏｌｅｒ）であるペルチェ素子１０９　を制御し、波長誤差信号が零になるように半導体レーザ１０１　の動作温度を制御することにより、半導体レーザ１０１　の出力光波長がＦＰフィルタ１０２　の光透過特性のピークとなる波長に安定化される。
【００９３】
一方、前記電流／電圧変換器（Ｉ／Ｖ）１０４の出力が２つの経路に分岐された他方の信号は、スイッチ回路（ＳＷ）１０８　に入力される。このＳＷ１０８　は、半導体レーザ１０１の立ち上げ時からＬＰＦ１０６の出力（波長誤差信号）が初めて零になった時点で、初期状態のオープンからクローズに切り換わる。上記ＳＷ１０８　がクローズ状態になった時に、電流／電圧変換器（Ｉ／Ｖ）１０４の出力のＤＣ成分が制御装置１０７　の強度制御部１０７−２　に入力する。この強度制御部１０７−２　は、電流／電圧変換器（Ｉ／Ｖ）１０４の出力の平均値に基づいて強度制御信号を生成する。なお、前記ＳＷ１０８　は、強度制御部１０７−２　の入／出力どちらにあってもよい。
【００９４】
強度制御部１０７−２　の出力は、加算器１１０　の他方の入力となり、この加算器１１０を介して半導体レーザ１０１　の注入電流入力端子に入力される。これにより、電流／電圧変換器（Ｉ／Ｖ）１０４の出力の平均値が設定された値になるように半導体レーザ１０１　の注入電流が制御される。
【００９５】
なお、図８中、破線で囲まれた半導体レーザ１０１　、ＦＰフィルタ１０２　、ＰＤ１０３　、ペルチェ素子１０９　および温度検出器、レンズ系（図示せず）は、モジュール化されることにより、動作の安定化、小型化が図られている。
【００９６】
＜第４の実施形態＞
前述した第３の実施形態では、同期検波を利用するので、常時、半導体レーザ１０１　の出力光をディザ信号で周波数変調しているが、第４の実施形態では、半導体レーザ１０１　の出力光の波長または強度がずれた時だけにディザ信号を印加することにより両方（波長および強度）を制御できるようにする。
【００９７】
図１０は、本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザ装置を示すブロック図である。
【００９８】
この半導体レーザ装置は、図８を参照して前述した第３の実施形態に係る半導体レーザ装置と比べて、（１）制御装置１０７　として、後述するような内容の制御プログラムが格納されている制御用ＭＰＵ２０１が用いられている点、（２）発振器１１１　は、制御用ＭＰＵ２０１によってオン／オフ状態の切り換えが可能である点、（３）電流／電圧変換器（Ｉ／Ｖ）１０４の出力が２つの経路に分岐された一方の信号が入力する同期検波部のＬＰＦ１０６の出力（同期検波出力）は、制御用ＭＰＵ　２０１　内のＡ／Ｄに入力され、デジタル信号に変換される点、（４）電流／電圧変換器（Ｉ／Ｖ）１０４の出力が２つの経路に分岐された他方の信号は、直接に制御用ＭＰＵ　２０１　内のＡ／Ｄに入力され、デジタル信号に変換される点が異なり、その他は同じであるので図８中と同一符号を付してその説明を省略する。
【００９９】
図１１は、図１０中の半導体レーザの出力光の波長・強度の安定化方法を実現するために前記制御用ＭＰＵ　内に格納された制御プログラムに基づいて制御用ＭＰＵが行う制御手順の一例を示すフローチャートである。
【０１００】
本例の制御フローでは、まず、同期検波出力（波長誤差信号）Ｖｗａｖｅ　を計測し、Ｖｗａｖｅ　が０（零）でない場合には、Ｖｗａｖｅ　が０になるまで、Ｖｗａｖｅ　の絶対値と符号に応じて半導体レーザの素子温度を制御するための信号を出力する処理を繰り返す。前記計測結果を判断した結果、Ｖｗａｖｅ　が０である場合は、ＦＰフィルタの光透過出力の平均値Ｖｐｏｗを計測し、予め定められた基準電圧Ｖｒｅｆとの差を算出し、その値が許容範囲内か否かを判断する。許容範囲内である場合は、終了ステップに移行し、許容範囲内ではない場合には、ＶｒｅｆとＶｐｏｗの算出差に応じて半導体レーザの出力光強度が許容範囲内になるように注入電流制御信号を出力する。この後、上記出力光強度の制御に伴う波長変化を補償する処理を繰り返すことによって、出力光強度が設定値に安定化される。
【０１０１】
以下、図１１を参照して第４の実施形態における半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化方法の一例について詳細に説明する。
【０１０２】
ＤＷＤＭ方式光通信システムを統括するシステム制御装置（図示せず）によって制御用ＭＰＵ　の電源が投入されと、ＭＰＵ　内に格納されたプログラムがスタートし、制御用ＭＰＵ　は、ステップＳ１で、半導体レーザの電源を投入して初期化する。
【０１０３】
そして、ステップＳ２で半導体レーザに対するｃｈの発振要求があったか否かを判断処理する。要求がない場合には、要求があるまで上記判断処理を繰り返す。要求があった場合、例えばｃｈ２　を発振する要求があった場合には、ステップＳ３で半導体レーザの温度およびｃｈ２　に対応する駆動電流を設定し、半導体レーザに制御信号を送信する。この制御信号によって、半導体レーザ（波長可変レーザ）は立ち上り波長で発振を開始する。
【０１０４】
ステップＳ４では、半導体レーザのレーザ発振を安定するのを待つために、Ｔ１秒間待機し、ステップＳ５以下の処理を停止する。上記Ｔ１秒待機後に、ステップＳ５で発振器をオンさせて同期検波を開始させ、ステップＳ６でＬＰＦ１０６の出力Ｖｗａｖｅ　（波長誤差信号）を計測し、ステップＳ７で前記Ｖｗａｖｅ　が０か否かを判断する。
【０１０５】
上記判断の結果、前記Ｖｗａｖｅ　が０である場合（Ｙｅｓ）　は、後述するステップＳ１０に移る。前記判断の結果、上記とは逆に、前記Ｖｗａｖｅ　が０でない場合（ＮＯ）には、ステップＳ８に移り、Ｖｗａｖｅ　の絶対値と符号に応じた制御信号を出力する。この制御信号は、Ｖｗａｖｅ　がマイナスの場合（現在の発振波長が所望の波長より長い場合）には、発振波長を短くすべく半導体レーザの素子温度を下げるような信号となる。また、前記Ｖｗａｖｅ　がプラスの場合（現在の発振波長が所望の波長より短い場合）には、発振波長を長くすべく素子温度を上げるような信号となる。
【０１０６】
その後、ステップＳ９では、半導体レーザのレーザ発振を安定するのを待つために、Ｔ２秒間待機し、ステップＳ１１　以下の処理を停止する。上記Ｔ２秒待機後に、前記ステップＳ６に処理を戻し、前記Ｖｗａｖｅ　が０になるまで、ステップＳ６からＳ９までの処理を行う。これらの処理を繰り返すことによって、発振波長がｃｈ２　の波長に安定化される。
【０１０７】
前記ステップＳ７における判断の結果、前記Ｖｗａｖｅ　が０である場合（Ｙｅｓ）　は、ステップＳ１０　で発振器をオフさせ、ステップＳ１１　で電流／電圧変換器（Ｉ／Ｖ）１０４の出力の平均値（以下、Ｖｐｏｗと呼ぶ。）を計測する。その後、ステップＳ１２　で前記Ｖｐｏｗと予め定められた基準電圧（以下、Ｖｒｅｆと呼ぶ。）との差を算出し、その値が許容範囲内か否かを判断する。
【０１０８】
上記判断の結果、許容範囲内である場合（Ｙｅｓ）　は、後述するステップＳ１７　に移行する。上記とは逆に、許容範囲内ではない場合（ＮＯ）には、前記ＶｒｅｆとＶｐｏｗの算出差に応じてステップＳ１３　で制御信号を出力する。
【０１０９】
この場合、上記制御信号は、ＶｐｏｗがＶｒｅｆより小さい場合は、現在の出力光強度が設定値より小さい場合であるので、出力光強度を大きくすべく注入電流を増加させる信号となる。これに対して、ＶｐｏｗがＶｒｅｆより大きい場合は、現在の出力光強度が設定値より大きい場合であるので、出力光強度を小さくすべく注入電流を減少させる信号となる。
【０１１０】
その後、ステップＳ１４　では、半導体レーザのレーザ発振が安定するのを待つため、Ｔ３秒間待機し、ステップＳ１５　以下の処理を停止する。上記Ｔ３秒待機後に、ステップＳ１５　で再びＶｐｏｗを計測した後、ステップＳ１６　で前記ＶｐｏｗとＶｒｅｆとの差を算出し、その値が許容範囲内か否かを判断する。
【０１１１】
上記判断の結果、許容範囲内である場合（Ｙｅｓ）　は、強度制御を一旦終了する。この場合、半導体レーザの電流を増減させることにより、少しではあるがレーザ光の発振波長が所望の波長からずれてしまう（電流に対する波長の変化率は０．００８ｎｍ／ｍＡ）ので、再び波長制御を行うために処理を前記ステップＳ５に戻す。
【０１１２】
前記判断の結果、許容範囲内ではない場合（ＮＯ）には、処理をステップＳ１３　に戻し、許容範囲に入るまでステップＳ１３　からＳ１６　までの処理を行う。これらの処理を繰り返すことによって、出力光強度が設定値に安定化される。
【０１１３】
なお、前記ステップＳ１２　の判断結果が許容範囲内である場合（Ｙｅｓ）　に移行するステップＳ１７　では、システム制御装置から安定化装置の運用を終了する信号を受信したか否かを判断する。運用終了の信号を受信した場合（Ｙｅｓ）　には、ステップＳ１８　で電源を遮断して処理を終了する。これに対して、運用終了の信号を受信しない場合（ＮＯ）には、処理をステップＳ１１　に戻し、再びＶｐｏｗを計測する。
【０１１４】
上記説明から分かるわうに、ＶｐｏｗとＶｒｅｆの差が許容範囲内である限り、ステップＳ１１　、Ｓ１２　、Ｓ１７　の処理だけを繰り返すので、発振器をオンさせることはなく、レーザ光は常に周波数変調されるものではない。
【０１１５】
【発明の効果】
上述したように本発明の半導体レーザ装置、半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化方法およびその制御プログラムによれば、半導体レーザの出力光波長および強度を簡単な構成で安定化することができる。
【０１１６】
また、本発明によれば、半導体レーザの出力光の波長および強度を安定化する際、同期検波を用いて出力光波長の安定化を行うことにより、ＤＣドリフトの影響を受け難くなり、長期にわたり安定した発振波長を得ることができる。
【０１１７】
したがって、本発明を適用すれば、光部品の点数が少なく、小型、低価格な半導体レーザモジュールを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置を示すブロック図。
【図２】図１中のＦＰフィルタの光透過特性の一例を示す特性図。
【図３】図１中の半導体レーザの発振波長の変化を補償する方法の一例を説明するために示す特性図。
【図４】図１中の半導体レーザの出力光の波長・強度の安定化方法を実現するために制御用ＭＰＵ　内に格納された制御プログラムに基づいて制御用ＭＰＵ　が行う制御開始時の制御手順の一例を示すフローチャート。
【図５】図４の手順で半導体レーザの駆動電流および素子温度が設定された後に、環境温度変化や経年変化によって半導体レーザの発光特性が変化した場合に制御用ＭＰＵ　が行う制御手順の一例を示すフローチャート。
【図６】第２の実施形態におけるＦＰフィルタの光透過特性と波長配置の関係を示す特性図。
【図７】第２の実施形態における半導体レーザの出力波長および光強度の安定化方法を実現するために制御用ＭＰＵ　内に格納された制御プログラムに基づいて制御用ＭＰＵが行う制御手順の一例を示すフローチャート。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置を示すブロック図。
【図９】図８中のＦＰフィルタの透過特性と波長配置の関係を示す特性図および同期検波による波長誤算信号と波長配置の関係に示す特性図。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザ装置を示すブロック図。
【図１１】図１０中の半導体レーザの出力光の波長・強度の安定化方法を実現するために前記制御用ＭＰＵ　内に格納された制御プログラムに基づいて制御用ＭＰＵ　が行う制御手順の一例を示すフローチャート。
【図１２】従来の半導体レーザ装置の一例を示すブロック図。
【図１３】図１２中のＦＰフィルタの光透過特性の一例としてＦＳＲ　がＤＷＤＭの各チャネルの波長間隔に設定された場合を示す特性図。
【図１４】図１２中のＦＰフィルタの光透過特性の他の例としてＦＳＲ　がＤＷＤＭの各チャネルの波長間隔の２倍に相当するように設定された場合を示す特性図。
【符号の説明】
１０１　…半導体レーザ、
１０２　…ＦＰフィルタ、
１０３　…ＰＤ、
１０４　…電流／電圧変換器、
１０５　…制御用ＭＰＵ　、
１０５−１　…Ａ／Ｄ、
１０５−２　…Ｄ／Ａ、
１０５−３　…Ｄ／Ａ、
１０６　…ペルチェ素子。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor laser device, a method for stabilizing the wavelength and intensity of output light of a semiconductor laser, and a control program therefor, and more particularly to a periodic filter having a light transmittance with respect to the wavelength of input laser light. And a method for stabilizing the wavelength and intensity of semiconductor laser output light, for example, used for wavelength division multiplex optical communication.
[0002]
[Prior art]
With the spread of the Internet, there is an urgent need to increase the capacity of networks. As a solution to this, a lightwave network using wavelength division multiplexing (WDM) has attracted much attention because its transmission capacity is dramatically improved and a highly flexible network construction is possible.
[0003]
In such a network, wavelength control or monitoring of a laser light source is an indispensable technique because optical signals are multiplexed on a wavelength (or optical frequency) axis at high density from the viewpoint of effective use of frequency. In addition, since the light output of the laser light source is also required to be stable at a preset value, the wavelength and intensity of the output light are stabilized.
[0004]
FIG. 12 is a block diagram showing an example of a conventional semiconductor laser device.
[0005]
In FIG. 12, reference numeral 301 denotes a semiconductor laser whose oscillation frequency can be varied by current or temperature. Of the output light from both end faces of this semiconductor laser, light traveling leftward in the figure from one end face is input to an optical fiber (not shown) for signal transmission and used for transmission of an optical signal, and The light traveling rightward in the figure from the end face of the light beam enters a beam splitter (BS) 302 and is branched into two beams.
[0006]
One light thus branched into two is incident on the first photodetector (PD1) 303 and detected by photoelectric conversion, and the other light is transmitted through a Fabry-Perot (FP) filter 304. The light enters the second photodetector (PD2) 305 and is detected by photoelectric conversion.
[0007]
The detection output of the first photodetector (PD1) 303 (monitor output of the output light intensity of the semiconductor laser 301) is input to an intensity control unit 306-1 of the control means 306, and the intensity control unit 306-1 controls the semiconductor laser. By performing current control on the semiconductor laser 301, the monitor output (current) is controlled so as to have a constant value, that is, the output light of the semiconductor laser 301 has a set light intensity.
[0008]
FIG. 13 shows an example of the characteristics of the FP filter 304 in FIG.
[0009]
Since the characteristic of the FP filter has a periodic peak with respect to the wavelength of the input light, the detection output of the second photodetector 305 also has a periodic peak with respect to the wavelength of the input light. Therefore, the detection output of the second photodetector 305 is input to the wavelength control unit 306-2 of the control unit 306, and the wavelength control unit 306-2 controls the temperature of the semiconductor laser 301, thereby obtaining the second photodetection. The control is performed so that the output current of the device 305 becomes a constant value, that is, the oscillation wavelength of the semiconductor laser 301 is fixed at the set wavelength.
[0010]
In such a wavelength control system, a wavelength range in which the wavelength control unit 306-2 can stabilize a desired wavelength with respect to the oscillation wavelength when the semiconductor laser is started is referred to as a pull-in range. As shown in FIG. 13, this pull-in range is determined by the FSR because the transmittance has the same value for each free spectral range (Free Spectral Range; FSR) of the FP filter 302. As shown in FIG. 13, it is assumed that the FSR of the FP filter 302 is set to the wavelength interval of a channel (ch) in the WDM system.
[0011]
Further, as shown in FIG. 14, the FSR of the FP filter 302 may be set to be twice as long as the wavelength interval of the channel in the DWDM system, and the control direction may be reversed by the occasional operation of the channel. In this case, the pull-in range of each channel is twice as long as the wavelength interval of each channel as shown in the figure, and higher stability is obtained.
[0012]
By the way, in the conventional example, in order to monitor the wavelength and intensity of the laser output light, photodiodes (Photodiodes, hereinafter referred to as PDs) are required as two photodetectors. Therefore, an optical module composed of components surrounded by broken lines shown in FIG. 12, a temperature detector, and a lens system (not shown) becomes large and expensive.
[0013]
In Patent Document 1, a laser wavelength stabilizing method in which laser output light is incident on an optical resonator and the wavelength of the laser is controlled to a transmission peak wavelength of the optical resonator modulates the temperature of the optical resonator. A point that the optical resonator is mounted on a second heat sink different from the first heat sink for mounting the semiconductor laser chip, and that the laser is controlled by controlling the laser so that the transmitted light intensity of the optical resonator is constant. That the light output intensity is stabilized at the same time as the wavelength stabilization.
[0014]
[Patent Document 1]
JP-A-6-338652 (pages 2-4, FIG. 1)
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional semiconductor laser device has a problem that the optical module becomes large and expensive.
[0016]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to provide a semiconductor laser device which can reduce the size of an optical module and can be realized at low cost, and a method of stabilizing the wavelength and intensity of semiconductor laser output light. I do.
[0017]
Another object of the present invention is to provide a semiconductor laser which is resistant to drift such as a DC drift of an electronic circuit when performing stabilization control of wavelength and intensity of output light of a semiconductor laser, and can stabilize the wavelength for a long time. An object of the present invention is to provide a semiconductor laser device and a method for stabilizing the wavelength and intensity of semiconductor laser output light.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
According to a first semiconductor laser device of the present invention, there is provided a semiconductor laser, a temperature adjusting unit for adjusting an element temperature of the semiconductor laser, an output light of the semiconductor laser is incident, and a light transmittance with respect to a wavelength of the input light. A periodic filter which has a periodic peak and whose free spectrum range is set to be equal to or twice the wavelength interval of a channel in wavelength division multiplexed optical communication; and light output from the periodic filter. A light detector that detects and converts the light into an electric signal, and by controlling the current of the temperature control unit and the semiconductor laser based on the detection output of the light detector, the wavelength and intensity of the output light of the semiconductor laser. And control means for controlling the value to a desired value.
[0019]
The control means, when starting the control or when detecting that the output light of the semiconductor laser has changed the light intensity after passing through the periodic filter, changes the drive current and the element temperature of the semiconductor laser slightly. And generating a wavelength control signal for supplying to the temperature control unit such that the oscillation wavelength of the semiconductor laser is stabilized at a predetermined wavelength based on the detection value of the photodetector before and after the minute change. Thereafter, detecting a current threshold value and a current-light conversion efficiency of the semiconductor laser, and generating an intensity control signal for controlling a drive current value of the semiconductor laser so that the light intensity of the output light becomes a predetermined value. It is characterized by.
[0020]
According to a second semiconductor laser device of the present invention, there is provided a semiconductor laser, a temperature adjusting unit for adjusting an element temperature of the semiconductor laser, and an output light of the semiconductor laser which is incident and has a light transmittance with respect to a wavelength of the input light. Having a periodic peak, a periodic filter set so that the free spectrum range corresponds to the wavelength interval of the channel in wavelength division multiplexed optical communication, and detecting light output from the periodic filter A photodetector that converts the electric signal into an electric signal, and by controlling the current of the temperature control unit and the semiconductor laser based on the detection output of the photodetector, the wavelength and intensity of the output light of the semiconductor laser to desired values. Control means for controlling the temperature of the semiconductor laser. The control means gives a slight change to the element temperature of the semiconductor laser, and controls the temperature based on a value detected by the photodetector before and after the minute change. After generating a wavelength control signal for supplying to the temperature control unit so that the oscillation wavelength of the semiconductor laser is stabilized at a predetermined wavelength, the light intensity of the output light is set to a predetermined value. It is characterized in that an intensity control signal for controlling a drive current value of the semiconductor laser is generated.
[0021]
A semiconductor laser device according to a third aspect of the present invention includes a semiconductor laser, a temperature adjustment unit for adjusting an element temperature of the semiconductor laser, and an injection current of the semiconductor laser so as to perform fine frequency modulation on output light of the semiconductor laser. An adder that adds an AC signal that is sufficiently smaller than the above, an oscillator that generates the AC signal, an output light of the semiconductor laser is incident, and a light transmittance is periodically changed with respect to a wavelength of the input light. A periodic filter set such that the free spectrum range corresponds to the wavelength interval of a channel in wavelength division multiplexed optical communication, and detecting the transmitted light passing through the periodic filter to generate an electric signal. A synchronous detector for synchronously detecting between an AC signal added to the injection current of the semiconductor laser and a signal detected by the optical detector; A wavelength control unit for generating a wavelength control signal for supplying the temperature control unit with a signal obtained from the synchronous detection unit as an error signal so that the error signal is small; and an average value of the signal detected by the photodetector. And an intensity control means for generating an intensity control signal based on the control signal and supplying the intensity control signal to the semiconductor laser via the adder.
[0022]
A first method for stabilizing the wavelength and intensity of output light of a semiconductor laser according to the present invention includes the steps of: detecting a change in light intensity after output light of the semiconductor laser has passed through a periodic filter; Controlling the drive current and the element temperature to make a small change; and the semiconductor laser based on a result of detecting the intensity of light output from the periodic filter before and after the change in the element temperature is made. Controlling the temperature adjustment unit of the semiconductor laser so that the oscillation wavelength of the laser is stabilized at a predetermined wavelength, and thereafter detecting the current threshold and the current-light conversion efficiency of the semiconductor laser; and And controlling the drive current value of the semiconductor laser based on the result of detecting the current-light conversion efficiency so that the intensity of the output light of the semiconductor laser becomes a predetermined value. Characterized by comprising the steps.
[0023]
According to a second method for stabilizing the wavelength and intensity of the output light of a semiconductor laser according to the present invention, the step of controlling the drive current of the semiconductor laser and the element temperature to make a small change includes the steps of: And a temperature control unit for the semiconductor laser such that the oscillation wavelength of the semiconductor laser is stabilized at a predetermined wavelength based on the result of detection of the light intensity after the output light of the semiconductor laser has passed through the periodic filter. Controlling, and thereafter, the step of detecting the current threshold and the current-light conversion efficiency of the semiconductor laser, and the intensity of the output light of the semiconductor laser based on the result of detecting the current threshold and the current-light conversion efficiency Controlling the drive current value of the semiconductor laser so as to be a predetermined value.
[0024]
A third method for stabilizing the wavelength and intensity of output light of a semiconductor laser according to the present invention comprises the steps of: applying frequency modulation to the semiconductor laser with the output of an oscillator; and outputting the light after the output light of the semiconductor laser passes through a periodic filter. Detecting the intensity with a photodetector and converting it to an electric signal; and synchronizing detection of an AC component of the output signal of the photodetector with the output of the oscillator to generate a wavelength error signal; Controlling the temperature control unit of the semiconductor laser so that the oscillation wavelength of the semiconductor laser is stabilized at a predetermined wavelength based on the wavelength error signal, and at the same time, controlling the semiconductor laser based on the average value of the output of the photodetector. Controlling the drive current value of the semiconductor laser so that the intensity of the output light becomes a predetermined value.
[0025]
A first control program for stabilizing the wavelength and intensity of output light of a semiconductor laser according to the present invention has a function of detecting a change in light intensity of output light of a semiconductor laser after passing through a periodic filter; A function of controlling the drive current and the element temperature to give a slight change, and the semiconductor based on the result of detection of the intensity of light output from the periodic filter before and after giving the minute change to the element temperature. A function of controlling a temperature adjusting unit of the semiconductor laser so that an oscillation wavelength of the laser is stabilized at a predetermined wavelength, a function of detecting a current threshold value and a current-light conversion efficiency of the semiconductor laser, A function of controlling a drive current value of the semiconductor laser based on a result of detection of a threshold value and a current-light conversion efficiency such that an intensity of output light of the semiconductor laser becomes a predetermined value. Characterized in that to realize.
[0026]
The second control program for stabilizing the wavelength and intensity of the output light of a semiconductor laser according to the present invention has a function of controlling the drive current of the semiconductor laser and the element temperature to make a small change, and a function of making a small change to the element temperature. Temperature adjustment of the semiconductor laser so that the oscillation wavelength of the semiconductor laser is stabilized at a predetermined wavelength based on the result of detection of the light intensity after the output light of the semiconductor laser before and after passing through the periodic filter. And a function of detecting the current threshold and the current-light conversion efficiency of the semiconductor laser, and the intensity of the output light of the semiconductor laser based on the result of the detection of the current threshold and the current-light conversion efficiency. A function of controlling a drive current value of the semiconductor laser so that the value of the drive current becomes a predetermined value.
[0027]
According to a third control program for stabilizing the wavelength and intensity of the output light of a semiconductor laser of the present invention, the light intensity after the output light of the semiconductor laser frequency-modulated by the output of the oscillator passes through the periodic filter is detected. Based on the wavelength error signal generated by synchronously detecting the AC component of the output signal with the output of the oscillator, the temperature of the semiconductor laser is controlled so that the oscillation wavelength of the semiconductor laser is stabilized at a predetermined wavelength. At the same time as controlling the adjusting unit, a function of controlling the drive current value of the semiconductor laser so that the intensity of the output light of the semiconductor laser becomes a predetermined value based on the average value of the output signal detecting the light intensity is realized. It is characterized by making it.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0029]
<First embodiment>
FIG. 1 is a block diagram showing a semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention.
[0030]
In FIG. 1, reference numeral 101 denotes a semiconductor laser whose oscillation frequency can be varied by current or temperature. Of the output light from both end faces of this semiconductor laser, light traveling leftward in the figure from one end face is input to an optical fiber (not shown) for signal transmission and used for transmission of an optical signal, and The light traveling rightward in the figure from the end face of the light passes through a Fabry-Perot (FP) filter 102, which is an optical resonator whose FSR is set to a wavelength interval of ch in the WDM system, and is transmitted to a photodetector (PD) 103. Incident and detected by photoelectric conversion.
[0031]
Since the FP filter 102 has a periodic peak in light transmittance with respect to the wavelength of the input light, as shown in the characteristics shown in FIG. 13, the output of the photodetector (PD) 103 is also It has a peak that is periodic with respect to the wavelength.
[0032]
The output of the photodetector (PD) 103 (monitor output current of the output light intensity of the semiconductor laser 301) is built in a microprocessor unit (MPU) 105 via a current / voltage converter (I / V) 104. The signal is input to an A / D converter (hereinafter, referred to as A / D) 105-1 and converted into a digital signal.
[0033]
The MPU 105 has a function of controlling the output wavelength and light intensity of the semiconductor laser in a DC manner based on a control program for realizing a method of stabilizing the output wavelength and light intensity of the semiconductor laser described below. The wavelength control signal and the light intensity control signal are generated.
[0034]
The wavelength control signal is input to a temperature control unit of the semiconductor laser 101 via a D / A converter (hereinafter, referred to as D / A) 105-2, for example, a Peltier element 106 which is a TEC (Thermo-Electric Cooler). You. By controlling the temperature of the semiconductor laser 101 in this manner, the output current of the photodetector (PD) 103 becomes constant, that is, the oscillation wavelength of the semiconductor laser 101 is fixed at the set wavelength. Control.
[0035]
The light intensity control signal is input to the injection current input terminal of the semiconductor laser 101 via the D / A 105-3. By performing the current control on the semiconductor laser 101 in this way, the monitor output (current) of the photodetector (PD) 103 becomes a constant value, that is, the light intensity of the output light of the semiconductor laser 101 is set. Is controlled so that
[0036]
In FIG. 1, the semiconductor laser 101, FP filter 102, PD 103, Peltier element 106, temperature detector, and lens system (not shown) enclosed by broken lines are modularized to achieve stable operation. The miniaturization is achieved.
[0037]
Hereinafter, a method for stabilizing the wavelength and intensity of the output light of the semiconductor laser 101 with the configuration of FIG. 1 will be described.
[0038]
The intensity Pout of light emitted from the FP filter 102 is expressed by the following equation.
[0039]
Pout = F (λ) η (Ib−Ith) (1)
Here, F (λ) is the transmittance of the FP filter 102, η is the current conversion efficiency, Ib is the drive current of the semiconductor laser 101, and Ith is the threshold current of the semiconductor laser. Here, if F (λ) is fixed and ΔIb is changed only for Ib, the intensity change ΔPout of the emitted light at that time is expressed by the following equation.
[0040]
ΔPout = F (λ) ηΔIb (2)
Next, when Ib is fixed and the element temperature of the semiconductor laser is slightly changed to give a change of ΔF (λ) only to F (λ), the intensity change ΔPout ′ of the emitted light at that time is expressed by the following equation. .
[0041]
ΔPout ′ = ΔF (λ) η (Ib−Ith) (3)
According to the above equations (1), (2) and (3),
Ith = Ib− (Pout / ΔPout) ΔIb (4)
ΔF (λ) / F (λ) = ΔPout ′ · ΔIb / [(Ib−Ith) · ΔPout] (5)
ΔF (λ) / F (λ) = ΔPout ′ / Pout (6)
Is obtained.
[0042]
Since η does not exist in the above equations (5) and (6), the value calculated by the above equations (5) and (6) is determined only by the characteristics of the FP filter.
[0043]
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 2, the finesse is appropriately set as the characteristic of the FP filter in FIG. 1 in terms of the relationship between F (λ) and ΔF (λ) / F (λ) and the wavelength λ. In order to stabilize the output light wavelength of the semiconductor laser 101, the output light wavelength is stabilized at a predetermined wavelength λo by controlling the bottom value or peak value of ΔF (λ) / F (λ) as a target value. After that, η can be obtained by the following equation.
[0044]
η = Pout / Fo (Ib−Ith) (7)
Here, Fo is the transmittance of the FP filter for the predetermined wavelength λo.
[0045]
Therefore, an appropriate drive current Ib for controlling the output light intensity of the semiconductor laser to be constant can be obtained by the following equation.
[0046]
Ib = (Po / Fo · η) + Ith (8)
Here, Po is a target value of the output light intensity of the semiconductor laser.
[0047]
However, when the drive current Ib is changed by ΔIb to obtain the above equation (2), the oscillation wavelength of the semiconductor laser changes according to the change in the drive current Ib, and the transmittance F (λ ) Also changes, so that the change in the oscillation wavelength is compensated by, for example, a method described below.
[0048]
FIG. 3 is a characteristic diagram shown for explaining an example of a method of compensating for a change in the oscillation wavelength of the semiconductor laser in FIG.
[0049]
In FIG. 3, the vertical axis represents the temperature (° C.) of the semiconductor laser, the horizontal axis represents the drive current Ib (mA) of the semiconductor laser, and the lower right line represents the equal wavelength line.
[0050]
Now, it is assumed that the drive current of the semiconductor laser driven at the point X in the drawing changes by -ΔI (mA) and shifts to the point Y. At this time, if the current coefficient of the wavelength is K (nm / mA), the wavelength change is -ΔIK (nm). Therefore, assuming that the temperature coefficient of the wavelength is Q (nm / ° C.), the same wavelength as the wavelength at the point X can be obtained by raising the temperature of the semiconductor laser by ΔIK / Q (° C.) and shifting to the point Z. , It becomes possible to compensate for the wavelength change.
[0051]
Further, when the drive current of the semiconductor laser increases from ΔI (mA) and shifts from the point X to the point W, the temperature of the semiconductor laser is decreased by ΔIK / Q (° C.) and shifts to the point V. In the same manner as described above, the wavelength change can be compensated.
[0052]
FIG. 4 is a control procedure at the start of control performed by the control MPU based on a control program stored in the control MPU to realize the method of stabilizing the wavelength and intensity of the output light of the semiconductor laser in FIG. 9 is a flowchart showing an example of the operation.
[0053]
In the control flow of the present embodiment, first, ΔF (λ) / F (λ) is calculated, and if there is a difference from the target value of −ΔF (λ) / Fo, a slight change of the element temperature of the semiconductor laser by ΔT is performed. The wavelength of the output light is controlled in accordance with the result of comparing ΔF (λ) / F (λ) before and after the application of. After that, the driving current of the semiconductor laser is controlled to compensate for the wavelength change accompanying the driving current.
[0054]
Hereinafter, an example of a method for stabilizing the wavelength and intensity of the semiconductor laser output light in the first embodiment will be described in detail with reference to FIG.
[0055]
When the power of the control MPU is turned on by a system controller (not shown) that supervises the DWDM optical communication system, the program stored in the control MPU starts, and in step S1, the power of the semiconductor laser is turned on. Input and initialize.
[0056]
In step S2, it is determined whether or not there is a ch oscillation request to the semiconductor laser. If there is no request, the above determination process is repeated until there is a request. If there is a request, for example, if there is a request to oscillate ch2, the temperature of the semiconductor laser and the driving current corresponding to ch2 are set in step S3, and a control signal is transmitted to the semiconductor laser. By this control signal, the semiconductor laser (variable wavelength laser) starts oscillating at the rising wavelength.
[0057]
Then, a subroutine from step S4 to S10 is called to calculate ΔF (λ) / F (λ), and whether or not the difference between the calculated value and the target value −ΔF (λ) / Fo is within an allowable value. Is determined in step S12.
[0058]
If the result of the above determination is that the temperature is equal to or more than the allowable value (NO), a change of ΔT1 is given to the element temperature in step S13, and the subroutine from step S4 to S10 is called again to calculate ΔF (λ) / F (λ). By calculating and comparing ΔF (λ) / F (λ) before and after the temperature change, it is determined in step S15 whether the current output light wavelength is longer or shorter than the predetermined wavelength.
[0059]
If the result of determination in step S15 is that the current oscillation wavelength is longer than the desired wavelength (YES), the element temperature is decreased in step S16, and the subroutine from step S4 to S10 is called again to call ΔF (λ) / F (λ) is calculated, and it is determined in step S18 whether or not the difference between the calculated value and the target value -ΔF (λ) / Fo is within an allowable value. Return and decrease the element temperature.
[0060]
Conversely, if the current oscillation wavelength is shorter than the desired wavelength (NO), the device temperature is increased in step S19, and the subroutine from step S4 to S10 is called again to call ΔF ( λ) / F (λ) is calculated, and it is determined in step S21 whether or not the difference between the calculated value and the target value −ΔF (λ) / Fo is within an allowable value. Returning to step S19, the element temperature is increased until the temperature becomes equal to or less than the allowable value.
[0061]
As a result of the determination in step S12, if the value is equal to or less than the allowable value (YES), or if it is determined in step S18 or step S21 that the value falls within the allowable value (YES), η is calculated in step S22. The drive current is set to a value obtained by calculating the target drive current Ib. After setting Ib in this way, in order to compensate for the wavelength change, the drive current and the element temperature are corrected and set in step S23, and the process ends (END).
[0062]
FIG. 5 shows an example of a control procedure performed by the control MPU when the light emission characteristics of the semiconductor laser change due to environmental temperature change or aging after the drive current and element temperature of the semiconductor laser are set in the procedure of FIG. It is a flowchart shown.
[0063]
This control procedure differs from the flowchart shown in FIG. 4 in steps S1 to S3, and is the same after step S4. When the process is started in step S25, the light intensity P is measured in step S26, and it is determined in step S27 whether the difference between the measured value Pm and the target light intensity Po is within an allowable value.
[0064]
As a result of the above determination, when the value is not within the allowable value (NO), that is, when the value is no longer within the allowable value, the subroutine from step S4 to S10 is called to calculate ΔF (λ) / F (λ). , And returns to step S11 to perform the same control procedure as the control procedure described above.
[0065]
<Modification of First Embodiment>
As shown in FIG. 14, the FSR of the FP filter is set to correspond to twice the wavelength interval of the channel in WDM, and the same control as in the first embodiment is performed. At this time, the control is performed by setting the direction of the wavelength control and the sign of the target value thereof in reverse according to the chance of the channel.
[0066]
In this case, the pull-in range of each channel is twice the wavelength interval of each channel as shown in FIG. 14, so that the stability of the wavelength of the output light of the semiconductor laser can be further improved. Become.
[0067]
<Second embodiment>
The overall configuration of the semiconductor laser device according to the second embodiment is the same as the overall configuration of the semiconductor laser device according to the first embodiment described above with reference to FIG. 1, but the semiconductor laser device shown in FIG. The FP filter 102 is different from the FP filter 102 in that the wavelength of the channel is arranged so as to match the wavelength at which the light transmittance has a peak, and the content of the control program stored in the control MPU 105 is different. It is.
[0068]
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the transmission characteristics of the FP filter 102 and the wavelength arrangement in the second embodiment.
[0069]
The characteristics of this FP filter are such that the FSR is set to the wavelength interval of the channel in the WDM system, and the wavelength of each channel is arranged so as to coincide with the wavelength at which the light transmittance has a peak. On the other hand, in the conventional example, as shown in FIG. 13, it is arranged on the slope portion of the periodic characteristic of the light transmittance.
[0070]
FIG. 7 shows an example of a control procedure performed by the control MPU 105 based on a control program stored in the control MPU 105 to realize the method of stabilizing the output wavelength and light intensity of the semiconductor laser in the second embodiment. It is a flowchart shown.
[0071]
In the control flow of the present embodiment, first, the wavelength of the output light is controlled in accordance with the result of comparing the light intensity P before and after the minute change of the semiconductor laser element temperature by ΔT 2. Thereafter, control is performed so that the light intensity P becomes the target value Po, and the accompanying wavelength change is compensated. In this case, DC control is performed on the control MPU.
[0072]
Hereinafter, an example of a method of stabilizing the wavelength and intensity of the semiconductor laser output light according to the second embodiment will be described in detail with reference to FIGS.
[0073]
When the power of the control MPU is turned on by a system controller (not shown) that controls the DWDM optical communication system, the program stored in the control MPU starts, and the power of the semiconductor laser is turned on in step S1. To initialize.
[0074]
In step S2, it is determined whether or not there is a ch oscillation request to the semiconductor laser. If there is no request, the above determination process is repeated until there is a request. If there is a request, for example, if there is a request to oscillate ch2, the temperature of the semiconductor laser and the driving current corresponding to ch2 are set in step S3, and a control signal is transmitted to the semiconductor laser. By this control signal, the semiconductor laser (variable wavelength laser) starts oscillating at the rising wavelength.
[0075]
In step S4, the light intensity P is measured. In step S5, a small change of ΔT is given to the element temperature. In step S6, the light intensity P is measured again. In step S7, the light intensity before and after the temperature change is compared. Thus, it is determined whether the current output light wavelength is longer or shorter than the predetermined wavelength (whether or not it is within the allowable value ε).
[0076]
As a result of the above determination, when the current oscillation wavelength is longer than the desired wavelength (when the value exceeds the allowable value ε in the positive direction), the element temperature is decreased in step S8, and the light intensity P is measured again in step S9. By comparing the light intensities before and after the temperature change in step S10, it is determined whether or not the light intensity is within the allowable value ε. If the result of the determination in step S10 is that the temperature exceeds the allowable value (NO), the process returns to step S8 and the process of reducing the element temperature is repeated until the temperature falls within the allowable value ε.
[0077]
As a result of the judgment in step S7, if the allowable value is exceeded and the current oscillation wavelength is shorter than the desired wavelength (if it exceeds the negative allowable value -ε), the element temperature is increased in step S12. Then, the light intensity P is measured again at step S13, and the light intensity before and after the temperature change is compared at step S14 to determine whether the light intensity P is within the allowable value (-ε). If the result of determination in step S14 is that the value exceeds the allowable value (-ε) (NO), the process returns to step S12 and the process of increasing the element temperature is repeated until the temperature becomes within the allowable value (-ε).
[0078]
If the result of the determination in step S10, the result of the determination in step S15, or the result of the determination in step S7 falls within the allowable value, the element temperature is returned, and the light intensity P is reduced in step S17. It is determined whether or not the difference between the measured value and the target value Po is within the final allowable value ε2.
[0079]
If the result of the above determination is not within the final allowable value ε2 (NO), the bias current (drive current) Ib is gradually increased or decreased by the step pulse current ΔIb in step S20, and then in step S21. The light intensity P is measured, and it is determined in step S22 whether the difference between the measured value of the light intensity P and the target value Po is within the allowable value ε.
[0080]
If the result of determination in step S22 is not within the allowable value (NO), the process returns to step S20 again and repeats the process of increasing or decreasing by ΔIb until the difference between the measured value of P and the target value Po becomes within the allowable value. .
[0081]
By increasing or decreasing the current Ib of the semiconductor laser as described above, the oscillation wavelength of the laser light slightly deviates from the desired wavelength (the rate of change of the wavelength with respect to the current is 0.008 nm / mA). As a result of the determination in S22, if the difference between the measured value of P and the target value Po is smaller than the allowable value (YES), the process returns to step S4 to perform wavelength control again.
[0082]
If the result of the determination in step S17 is equal to or smaller than the allowable value ε2 (YES), the strength control is temporarily terminated in step S18. Then, after waiting for a predetermined time in step S19, the process returns to step S17 again. If the result of the determination is again equal to or smaller than the allowable value ε2 (YES), the intensity control is terminated, and the power supply of the semiconductor laser is cut off in step S23. I do.
[0083]
<Third embodiment>
In the first embodiment and the second embodiment, since the wavelength control is performed in a DC manner, the electronic circuit is susceptible to drift such as a DC drift of the electronic circuit, and it may be difficult to stabilize the wavelength in a long term. A third embodiment that improves this point will be described below.
[0084]
FIG. 8 is a block diagram showing a semiconductor laser device according to the third embodiment of the present invention.
[0085]
In FIG. 8, a dither signal (for example, a pulse signal or a sine wave signal of a minute low frequency) from an oscillator 111 is input to one input of an adder 110, and the output of the adder 110 is the injection current of the semiconductor laser 101. The input light is input to the input terminal, and the output light is frequency-modulated. The semiconductor laser 101 has an oscillation frequency that can be varied by current or temperature. Of the output light from both end faces of the semiconductor laser, light traveling to the left from one end face is an optical fiber for signal transmission. (Not shown), which is provided for transmission of an optical signal, and which travels rightward in the figure from the other end face, is an FP which is an optical resonator whose FSR is set to the wavelength interval of ch in the WDM system. The light passes through the filter 102, enters the photodetector (PD) 103, and is detected by photoelectric conversion.
[0086]
FIG. 9A is a characteristic diagram showing the relationship between the transmission characteristics of the FP filter 102 in FIG. 8 and the wavelength arrangement.
[0087]
The FP filter 102 has an FSR set at the wavelength interval of the channel in the WDM system, and the wavelength of each channel is arranged so as to coincide with the wavelength at which the light transmittance has a peak. On the other hand, in the conventional example, as shown in FIG. 13, it is arranged on the slope portion of the periodic characteristic of the light transmittance.
[0088]
The output of the photodetector (PD) 103 (monitor output current of the output light intensity of the semiconductor laser 301) is branched into two paths via a current / voltage converter (I / V) 104. From one of them, only an alternating current (AC) component is taken out via a capacitor 112 1, and this alternating current component is input to a multiplier 105 together with the output of the oscillator 111 1 and multiplied. The output of the multiplier 105 is extracted by a low-pass filter (LPF) 106 for removing unnecessary high-frequency components contained therein.
[0089]
In this case, since the transmission characteristic of the FP filter 102 has a transmission peak that can be approximated by a Lorentz function, a Gaussian function, or the like, the output of the current / voltage converter (I / V) 104 is supplied through a capacitor. The (AC) component is synchronously detected by a synchronous detection unit composed of the multiplier 105 and the LPF 106, and the output is a first-order differential waveform of a transmission peak waveform as shown in FIG. 9B.
[0090]
FIG. 9B is a characteristic diagram showing a relationship between a wavelength error signal obtained by synchronous detection and a wavelength arrangement.
[0091]
This synchronous detection output is approximately proportional to the difference between the transmission peak wavelength and the incident light wavelength of the semiconductor laser 101 in the vicinity of the transmission peak of the FP filter 102, and can be used as a wavelength error signal. It is supplied to the wavelength control unit 107-1.
[0092]
The wavelength control unit 107-1 controls the Peltier element 109 which is a TEC (Thermo-Electric Cooler), and controls the operating temperature of the semiconductor laser 101 so that the wavelength error signal becomes zero, whereby the semiconductor laser 101 is controlled. The output light wavelength is stabilized at a wavelength at which the light transmission characteristic of the FP filter 102 becomes a peak.
[0093]
On the other hand, the other signal obtained by branching the output of the current / voltage converter (I / V) 104 into two paths is input to a switch circuit (SW) 108. The SW 108 switches from open to closed in the initial state when the output (wavelength error signal) of the LPF 106 becomes zero for the first time from the start of the semiconductor laser 101. When the SW108 is closed, the DC component of the output of the current / voltage converter (I / V) 104 is input to the intensity control unit 107-2 of the control device 107. The intensity control section 107-2 generates an intensity control signal based on the average value of the output of the current / voltage converter (I / V) 104. The SW 108 may be located at either the input or output of the intensity control unit 107-2.
[0094]
The output of the intensity control unit 107-2 is the other input of the adder 110, and is input to the injection current input terminal of the semiconductor laser 101 via the adder 110. Thus, the injection current of the semiconductor laser 101 is controlled such that the average value of the output of the current / voltage converter (I / V) 104 becomes the set value.
[0095]
In FIG. 8, the semiconductor laser 101, the FP filter 102, the PD 103, the Peltier element 109, the temperature detector, and the lens system (not shown) surrounded by a broken line are modularized to achieve stable operation. The miniaturization is achieved.
[0096]
<Fourth embodiment>
In the above-described third embodiment, the synchronous detection is used, so that the output light of the semiconductor laser 101 is always frequency-modulated with the dither signal, but in the fourth embodiment, the wavelength of the output light of the semiconductor laser 101 is Alternatively, both (wavelength and intensity) can be controlled by applying a dither signal only when the intensity deviates.
[0097]
FIG. 10 is a block diagram showing a semiconductor laser device according to the fourth embodiment of the present invention.
[0098]
This semiconductor laser device is different from the semiconductor laser device according to the third embodiment described above with reference to FIG. 8 in that: (1) a control device 107 1 (2) The oscillator 111 can be switched on / off by the control MPU 201, and (3) The output of the current / voltage converter (I / V) 104 is 2 An output (synchronous detection output) of the LPF 106 of the synchronous detection unit to which one of the signals branched into the two paths is input is input to an A / D in the control MPU 201 and is converted into a digital signal. (4) The other signal is that the output of the current / voltage converter (I / V) 104 is branched into two paths and the other signal is directly input to the A / D in the control MPU 201 and converted to a digital signal. And others and their description is omitted to in Figure 8 the same reference numerals are the same.
[0099]
FIG. 11 shows an example of a control procedure performed by the control MPU based on a control program stored in the control MPU in order to realize a method of stabilizing the wavelength and intensity of the output light of the semiconductor laser in FIG. It is a flowchart shown.
[0100]
In the control flow of this example, first, the synchronous detection output (wavelength error signal) Vwave is measured. If Vwave is not 0 (zero), the semiconductor is determined according to the absolute value and sign of Vwave until Vwave becomes 0. The process of outputting a signal for controlling the element temperature of the laser is repeated. If Vwave is 0 as a result of the measurement result, the average value Vpow of the light transmission output of the FP filter is measured, and a difference from a predetermined reference voltage Vref is calculated. It is determined whether or not. If it is within the allowable range, the process proceeds to an end step. If not, the injection current control signal is set so that the output light intensity of the semiconductor laser falls within the allowable range according to the difference between the calculation of Vref and Vpow. Is output. Thereafter, the output light intensity is stabilized at the set value by repeating the process of compensating for the wavelength change accompanying the control of the output light intensity.
[0101]
Hereinafter, an example of a method for stabilizing the wavelength and intensity of the semiconductor laser output light according to the fourth embodiment will be described in detail with reference to FIG.
[0102]
When the power of the control MPU is turned on by a system controller (not shown) that controls the DWDM optical communication system, the program stored in the MPU starts, and the control MPU starts the operation of the semiconductor laser in step S1. Turn on the power and initialize.
[0103]
Then, in step S2, it is determined whether or not there is a ch oscillation request to the semiconductor laser. If there is no request, the above determination process is repeated until there is a request. If there is a request, for example, if there is a request to oscillate ch2, the temperature of the semiconductor laser and the driving current corresponding to ch2 are set in step S3, and a control signal is transmitted to the semiconductor laser. By this control signal, the semiconductor laser (variable wavelength laser) starts oscillating at the rising wavelength.
[0104]
In step S4, in order to wait for the laser oscillation of the semiconductor laser to stabilize, the process waits for T1 seconds, and stops the processing in step S5 and thereafter. After waiting for the T1 seconds, the oscillator is turned on to start synchronous detection in step S5, the output Vwave (wavelength error signal) of the LPF 106 is measured in step S6, and it is determined in step S7 whether the Vwave is 0 or not.
[0105]
If Vwave is equal to 0 as a result of the determination (Yes), the process proceeds to step S10 described later. If the result of the determination is that Vwave is not 0 (NO), the process proceeds to step S8 to output a control signal corresponding to the absolute value and sign of Vwave. When Vwave is negative (when the current oscillation wavelength is longer than a desired wavelength), the control signal is a signal that lowers the element temperature of the semiconductor laser to shorten the oscillation wavelength. When Vwave is positive (when the current oscillation wavelength is shorter than the desired wavelength), the signal is such that the element temperature is increased to increase the oscillation wavelength.
[0106]
Thereafter, in step S9, in order to wait for the laser oscillation of the semiconductor laser to stabilize, the process waits for T2 seconds, and stops the processes in and after step S11. After the waiting for T2 seconds, the process returns to step S6, and the processes from steps S6 to S9 are performed until Vwave becomes zero. By repeating these processes, the oscillation wavelength is stabilized at the wavelength of ch2.
[0107]
If the result of the determination in step S7 is that Vwave is 0 (Yes), the oscillator is turned off in step S10, and in step S11 the average value of the output of the current / voltage converter (I / V) 104 (hereinafter, referred to as Vpow). Then, in step S12, a difference between the Vpow and a predetermined reference voltage (hereinafter, referred to as Vref) is calculated, and it is determined whether or not the value is within an allowable range.
[0108]
If the result of the above determination is that the value is within the allowable range (Yes), the flow shifts to step S17 described later. Contrary to the above, if it is not within the allowable range (NO), a control signal is output in step S13 according to the calculated difference between Vref and Vpow.
[0109]
In this case, the control signal is a signal for increasing the injection current to increase the output light intensity when Vpow is smaller than Vref because the current output light intensity is smaller than the set value. On the other hand, when Vpow is larger than Vref, it means that the current output light intensity is larger than the set value. Therefore, the signal is a signal for decreasing the injection current to reduce the output light intensity.
[0110]
Thereafter, in step S14, the process waits for T3 seconds in order to wait for the laser oscillation of the semiconductor laser to stabilize, and stops the processes in and after step S15. After waiting for the T3 seconds, Vpow is measured again in step S15, and then the difference between Vpow and Vref is calculated in step S16, and it is determined whether or not the value is within an allowable range.
[0111]
If the result of the above determination is that it is within the allowable range (Yes), the intensity control is temporarily terminated. In this case, by increasing or decreasing the current of the semiconductor laser, the oscillation wavelength of the laser light slightly deviates from the desired wavelength (the rate of change of the wavelength with respect to the current is 0.008 nm / mA). The process returns to step S5 to perform.
[0112]
If the result of the determination is not within the allowable range (NO), the process returns to step S13, and the processes from steps S13 to S16 are performed until the process enters the allowable range. By repeating these processes, the output light intensity is stabilized at the set value.
[0113]
When the result of the determination in step S12 is within the allowable range (Yes), in step S17, it is determined whether or not a signal for ending the operation of the stabilization device has been received from the system control device. If the operation end signal has been received (Yes), the power is turned off in step S18 and the process ends. On the other hand, when the operation end signal is not received (NO), the process returns to step S11, and Vpow is measured again.
[0114]
As can be seen from the above description, as long as the difference between Vpow and Vref is within the allowable range, only the processing of steps S11, S12 and S17 is repeated, so that the oscillator is not turned on and the laser light is always frequency-modulated. is not.
[0115]
【The invention's effect】
As described above, according to the semiconductor laser device, the method for stabilizing the wavelength and intensity of the output light of the semiconductor laser, and the control program according to the present invention, the output light wavelength and intensity of the semiconductor laser can be stabilized with a simple configuration. .
[0116]
Further, according to the present invention, when stabilizing the wavelength and intensity of the output light of the semiconductor laser, the output light wavelength is stabilized using synchronous detection, so that it is less susceptible to DC drift, and A stable oscillation wavelength can be obtained.
[0117]
Therefore, by applying the present invention, a small-sized and low-priced semiconductor laser module with a small number of optical components can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a characteristic diagram showing an example of a light transmission characteristic of the FP filter in FIG.
FIG. 3 is a characteristic diagram illustrating an example of a method for compensating for a change in the oscillation wavelength of the semiconductor laser in FIG. 1;
FIG. 4 is a control procedure at the start of control performed by the control MPU based on a control program stored in the control MPU in order to realize a method of stabilizing the wavelength and intensity of output light of the semiconductor laser in FIG. 9 is a flowchart showing an example of the process.
FIG. 5 shows an example of a control procedure performed by a control MPU when a light emitting characteristic of a semiconductor laser changes due to an environmental temperature change or an aging change after a drive current and an element temperature of the semiconductor laser are set in the procedure of FIG. The flowchart shown.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between a light transmission characteristic and a wavelength arrangement of the FP filter according to the second embodiment.
FIG. 7 shows an example of a control procedure performed by a control MPU based on a control program stored in the control MPU in order to realize a method of stabilizing the output wavelength and light intensity of a semiconductor laser according to the second embodiment. The flowchart shown.
FIG. 8 is a block diagram showing a semiconductor laser device according to a third embodiment of the present invention.
9 is a characteristic diagram showing the relationship between the transmission characteristics of the FP filter and the wavelength allocation in FIG. 8, and a characteristic diagram showing the relationship between the wavelength miscalculation signal and the wavelength allocation by synchronous detection.
FIG. 10 is a block diagram showing a semiconductor laser device according to a fourth embodiment of the present invention.
11 shows an example of a control procedure performed by the control MPU based on a control program stored in the control MPU in order to realize a method of stabilizing the wavelength and intensity of the output light of the semiconductor laser in FIG. The flowchart shown.
FIG. 12 is a block diagram showing an example of a conventional semiconductor laser device.
FIG. 13 is a characteristic diagram showing a case where an FSR is set to a wavelength interval of each channel of DWDM as an example of a light transmission characteristic of the FP filter in FIG. 12;
14 is a characteristic diagram showing another example of the light transmission characteristics of the FP filter in FIG. 12 in a case where the FSR is set to be twice the wavelength interval of each channel of DWDM.
[Explanation of symbols]
101 ... semiconductor laser,
102 FP filter,
103 ... PD,
104 ... current / voltage converter,
105 ... control MPU,
105-1 ... A / D,
105-2 ... D / A,
105-3 ... D / A,
106 ... Peltier element.

Claims (15)

半導体レーザと、
前記半導体レーザの素子温度を調節する温度調節部と、
前記半導体レーザの出力光が入射され、入力光の波長に対して光透過率が周期的なピークを有し、フリースペクトラムレンジが波長分割多重方式の光通信におけるチャンネルの波長間隔あるいはその２倍に相当するように設定された周期的フィルタと、
前記周期的フィルタから出力された光を検出して電気信号に変換する光検出器と、
前記光検出器の検出出力に基づいて前記温度調節部および前記半導体レーザの電流を制御することにより、前記半導体レーザの出力光の波長および強度を所望値に制御する制御手段
とを具備することを特徴とする半導体レーザ装置。A semiconductor laser;
A temperature adjusting unit for adjusting an element temperature of the semiconductor laser,
The output light of the semiconductor laser is incident, the light transmittance has a periodic peak with respect to the wavelength of the input light, and the free spectrum range is equal to or twice the wavelength interval of the channel in the wavelength division multiplex optical communication. A periodic filter set to correspond,
A photodetector that detects light output from the periodic filter and converts the light into an electric signal;
Control means for controlling the wavelength and intensity of the output light of the semiconductor laser to desired values by controlling the current of the semiconductor laser and the temperature control unit based on the detection output of the photodetector. Characteristic semiconductor laser device. 前記制御手段は、
制御開始時または前記半導体レーザの出力光が前記周期的フィルタを通過した後の光強度が変化したことを検出した際に、
前記半導体レーザの駆動電流および素子温度に微少変化を与え、この微少変化の前後の前記光検出器による検出値に基づいて前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記温度調節部に供給するための波長制御信号を生成した後、前記半導体レーザの電流閾値および電流光変換効率を検出し、前記出力光の光強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御するための強度制御信号を生成する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。The control means includes:
At the start of control or when detecting that the light intensity after the output light of the semiconductor laser has passed through the periodic filter has changed,
The drive current of the semiconductor laser and the element temperature are subjected to minute changes, and the temperature is controlled so that the oscillation wavelength of the semiconductor laser is stabilized at a predetermined wavelength based on a value detected by the photodetector before and after the minute change. After generating a wavelength control signal for supplying to the adjustment unit, the current threshold and the current-light conversion efficiency of the semiconductor laser are detected, and the drive current of the semiconductor laser is adjusted so that the light intensity of the output light becomes a predetermined value. 2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein an intensity control signal for controlling a value is generated. 半導体レーザと、
前記半導体レーザの素子温度を調節する温度調節部と、
前記半導体レーザの出力光が入射され、入力光の波長に対して光透過率が周期的なピークを有し、フリースペクトラムレンジが波長分割多重方式の光通信におけるチャンネルの波長間隔に相当するように設定された周期的フィルタと、
前記周期的フィルタから出力された光を検出して電気信号に変換する光検出器と、
前記光検出器の検出出力に基づいて前記温度調節部および前記半導体レーザの電流を制御することにより、前記半導体レーザの出力光の波長および強度を所望値に制御する制御手段
とを具備し、前記制御手段は、
前記半導体レーザの素子温度に微少変化を与え、この微少変化の前後の前記光検出器による検出値に基づいて前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記温度調節部に供給するための波長制御信号を生成した後、前記出力光の光強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御するための強度制御信号を生成する
ことを特徴とする半導体レーザ装置。A semiconductor laser;
A temperature adjusting unit for adjusting an element temperature of the semiconductor laser,
The output light of the semiconductor laser is incident so that the light transmittance has a periodic peak with respect to the wavelength of the input light, and the free spectrum range corresponds to the wavelength interval of the channel in the optical communication of the wavelength division multiplex system. A set periodic filter;
A photodetector that detects light output from the periodic filter and converts the light into an electric signal;
Control means for controlling the wavelength and intensity of the output light of the semiconductor laser to a desired value by controlling the current of the semiconductor laser and the temperature control unit based on the detection output of the photodetector, The control means is
A minute change is given to the element temperature of the semiconductor laser, and the temperature adjustment unit is controlled so that the oscillation wavelength of the semiconductor laser is stabilized at a predetermined wavelength based on a value detected by the photodetector before and after the minute change. Generating a wavelength control signal for supplying, and generating an intensity control signal for controlling a drive current value of the semiconductor laser so that the light intensity of the output light becomes a predetermined value. Laser device. 半導体レーザと、
前記半導体レーザの素子温度を調節する温度調節部と、
前記半導体レーザの出力光に微少な周波数変調をかけるように前記半導体レーザの注入電流に対してそれよりも充分に小さい交流信号を加算する加算器と、
前記交流信号を発生する発振器と、
前記半導体レーザの出力光が入射され、入力光の波長に対して光透過率が周期的なピークを有し、フリースペクトラムレンジが波長分割多重方式の光通信におけるチャンネルの波長間隔に相当するように設定された周期的フィルタと、
前記周期的フィルタを通過した透過光を検出して電気信号に変換する光検出器と、
前記半導体レーザの注入電流に加算される交流信号と前記光検出器で検出した信号との間で同期検波する同期検波部と、
前記同期検波部より得られる信号を誤差信号として当該誤差信号が小さくなるように前記温度調節部に供給するための波長制御信号を生成する波長制御手段と、
前記光検出器で検出した信号の平均値に基づいて強度制御信号を生成し、前記加算器を介して前記半導体レーザに供給する強度制御手段
とを具備することを特徴とする半導体レーザ装置。A semiconductor laser;
A temperature adjusting unit for adjusting an element temperature of the semiconductor laser,
An adder that adds an AC signal sufficiently smaller than the injection current of the semiconductor laser so as to apply minute frequency modulation to the output light of the semiconductor laser;
An oscillator that generates the AC signal;
The output light of the semiconductor laser is incident so that the light transmittance has a periodic peak with respect to the wavelength of the input light, and the free spectrum range corresponds to the wavelength interval of the channel in the optical communication of the wavelength division multiplex system. A set periodic filter;
A photodetector that detects transmitted light that has passed through the periodic filter and converts the light into an electric signal;
A synchronous detection unit that performs synchronous detection between an AC signal added to the injection current of the semiconductor laser and a signal detected by the photodetector,
A wavelength control unit that generates a wavelength control signal for supplying to the temperature control unit such that the signal obtained from the synchronous detection unit is an error signal and the error signal is reduced,
A semiconductor laser device comprising: an intensity control unit that generates an intensity control signal based on an average value of the signal detected by the photodetector and supplies the intensity control signal to the semiconductor laser via the adder. 前記強度制御手段の動作開始を制御するスイッチ素子をさらに具備することを特徴とする請求項４記載の半導体レーザ装置。5. The semiconductor laser device according to claim 4, further comprising a switch element for controlling an operation start of said intensity control means. 前記スイッチ素子は、前記半導体レーザの立ち上げ時から前記同期検波部より得られる波長誤差信号が初めて零になった時点で、初期状態のオープンからクローズに切り換わることを特徴とする請求項５記載の半導体レーザ装置。6. The device according to claim 5, wherein the switch element switches from an open state to a closed state in an initial state when the wavelength error signal obtained from the synchronous detection unit becomes zero for the first time since the start of the semiconductor laser. Semiconductor laser device. 前記波長制御手段あるいは前記強度制御手段により前記発振器の発振／停止の切り換えを行うことを特徴とする請求項４記載の半導体レーザ装置。5. The semiconductor laser device according to claim 4, wherein switching of oscillation / stop of said oscillator is performed by said wavelength control means or said intensity control means. 前記発振器は、前記半導体レーザの出力光の波長または強度がずれた時だけ発振することを特徴とする請求項７記載の半導体レーザ装置。8. The semiconductor laser device according to claim 7, wherein said oscillator oscillates only when a wavelength or intensity of output light of said semiconductor laser is shifted. 前記半導体レーザ、周期的フィルタ、光検出器および温度調節部は、モジュール化されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。9. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the semiconductor laser, the periodic filter, the photodetector, and the temperature controller are modularized. 半導体レーザの出力光が周期的フィルタを通過した後の光強度が変化したことを検出するステップと、
前記半導体レーザの駆動電流および素子温度に微少変化を与えるように制御するステップと、
前記素子温度に微少変化を与えた前後の前記周期的フィルタから出力された光の強度が検出された結果に基づいて前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記半導体レーザの温度調節部を制御するステップと、
この後、前記半導体レーザの電流閾値および電流光変換効率を検出するステップと、
前記電流閾値および電流光変換効率を検出した結果に基づいて前記半導体レーザの出力光の強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御するステップ
とを具備することを特徴とする半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化方法。Detecting that the light intensity after the output light of the semiconductor laser has passed through the periodic filter has changed,
Controlling the drive current of the semiconductor laser and the element temperature to give a slight change,
The semiconductor laser so that the oscillation wavelength of the semiconductor laser is stabilized at a predetermined wavelength based on the result of detection of the intensity of light output from the periodic filter before and after the minute change in the element temperature. Controlling the temperature controller of the
Thereafter, detecting a current threshold and current-light conversion efficiency of the semiconductor laser;
Controlling the drive current value of the semiconductor laser such that the intensity of the output light of the semiconductor laser becomes a predetermined value based on the result of detecting the current threshold and the current-light conversion efficiency. To stabilize the wavelength and intensity of semiconductor laser output light. 半導体レーザの出力光が周期的フィルタを通過した後の光強度が変化したことを検出する機能と、
前記半導体レーザの駆動電流および素子温度に微少変化を与えるように制御する機能と、
前記素子温度に微少変化を与えた前後の前記周期的フィルタから出力された光の強度が検出された結果に基づいて前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記半導体レーザの温度調節部を制御する機能と、
この後、前記半導体レーザの電流閾値および電流光変換効率を検出する機能と、
前記電流閾値および電流光変換効率を検出した結果に基づいて前記半導体レーザの出力光の強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御する機能
を実現させることを特徴とする半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化制御プログラム。A function of detecting that the light intensity after the output light of the semiconductor laser has passed through the periodic filter has changed,
A function of controlling the drive current and the element temperature of the semiconductor laser to give a slight change,
The semiconductor laser so that the oscillation wavelength of the semiconductor laser is stabilized at a predetermined wavelength based on the result of detection of the intensity of light output from the periodic filter before and after the minute change in the element temperature. A function to control the temperature control section of the
Thereafter, a function of detecting a current threshold and a current-light conversion efficiency of the semiconductor laser,
A function of controlling a drive current value of the semiconductor laser based on a result of detecting the current threshold and the current-light conversion efficiency such that the intensity of output light of the semiconductor laser becomes a predetermined value is realized. A control program for stabilizing the wavelength and intensity of semiconductor laser output light. 半導体レーザの駆動電流および素子温度に微少変化を与えるように制御するステップと、
前記素子温度に微少変化を与えた前後における前記半導体レーザの出力光が周期的フィルタを通過した後の光強度が検出された結果に基づいて前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記半導体レーザの温度調節部を制御するステップと、
この後、前記半導体レーザの電流閾値および電流光変換効率を検出するステップと、
前記電流閾値および電流光変換効率を検出した結果に基づいて前記半導体レーザの出力光の強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御するステップ
とを具備することを特徴とする半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化方法。Controlling the drive current of the semiconductor laser and the element temperature to give a slight change;
The oscillation wavelength of the semiconductor laser is stabilized at a predetermined wavelength based on the result of detection of the light intensity after the output light of the semiconductor laser passes through the periodic filter before and after the minute change in the element temperature. Controlling the temperature control unit of the semiconductor laser so that
Thereafter, detecting a current threshold and current-light conversion efficiency of the semiconductor laser;
Controlling the drive current value of the semiconductor laser such that the intensity of the output light of the semiconductor laser becomes a predetermined value based on the result of detecting the current threshold and the current-light conversion efficiency. To stabilize the wavelength and intensity of semiconductor laser output light. 半導体レーザの駆動電流および素子温度に微少変化を与えるように制御する機能と、
前記素子温度に微少変化を与えた前後における前記半導体レーザの出力光が周期的フィルタを通過した後の光強度が検出された結果に基づいて前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記半導体レーザの温度調節部を制御する機能と、
この後、前記半導体レーザの電流閾値および電流光変換効率を検出する機能と、
前記電流閾値および電流光変換効率を検出した結果に基づいて前記半導体レーザの出力光の強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御する機能
を実現させることを特徴とする半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化制御プログラム。A function of controlling the drive current and the device temperature of the semiconductor laser so as to give a slight change;
The oscillation wavelength of the semiconductor laser is stabilized at a predetermined wavelength based on the result of detection of the light intensity after the output light of the semiconductor laser passes through the periodic filter before and after the minute change in the element temperature. A function of controlling the temperature adjustment unit of the semiconductor laser so that
Thereafter, a function of detecting a current threshold and a current-light conversion efficiency of the semiconductor laser,
A function of controlling a drive current value of the semiconductor laser based on a result of detecting the current threshold and the current-light conversion efficiency such that the intensity of output light of the semiconductor laser becomes a predetermined value is realized. A control program for stabilizing the wavelength and intensity of semiconductor laser output light. 半導体レーザに発振器の出力で周波数変調をかけるステップと、
前記半導体レーザの出力光が周期的フィルタを通過した後の光強度を光検出器で検出して電気信号に変換するステップと、
前記光検出器の出力信号の交流成分を前記発振器の出力との間で同期検波して波長誤差信号を生成するステップと、
前記波長誤差信号に基づいて前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記半導体レーザの温度調節部を制御すると同時に、前記光検出器の出力の平均値に基づいて前記半導体レーザの出力光の強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御するステップ
とを具備することを特徴とする半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化方法。Modulating the frequency of the semiconductor laser with the output of the oscillator;
A step of detecting the light intensity after the output light of the semiconductor laser has passed through the periodic filter with a photodetector and converting it into an electric signal,
Generating a wavelength error signal by synchronously detecting an AC component of the output signal of the photodetector between the output of the oscillator and the output of the oscillator;
At the same time as controlling the temperature adjustment unit of the semiconductor laser so that the oscillation wavelength of the semiconductor laser is stabilized at a predetermined wavelength based on the wavelength error signal, the semiconductor based on the average value of the output of the photodetector Controlling the drive current value of the semiconductor laser so that the intensity of the output light of the laser becomes a predetermined value. 発振器の出力で周波数変調をかけられた半導体レーザの出力光が周期的フィルタを通過した後の光強度を検出した出力信号の交流成分を前記発振器の出力との間で同期検波して生成された波長誤差信号に基づいて、前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記半導体レーザの温度調節部を制御すると同時に、前記光強度を検出した出力信号の平均値に基づいて前記半導体レーザの出力光の強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御する機能
を実現させることを特徴とする半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化制御プログラム。The output light of the semiconductor laser frequency-modulated at the output of the oscillator is generated by synchronously detecting the AC component of the output signal that detects the light intensity after passing through the periodic filter with the output of the oscillator. Based on the wavelength error signal, while controlling the temperature adjustment unit of the semiconductor laser so that the oscillation wavelength of the semiconductor laser is stabilized at a predetermined wavelength, based on the average value of the output signal detected light intensity A control program for stabilizing the wavelength and intensity of output light of a semiconductor laser, the function of controlling the drive current value of the semiconductor laser so that the intensity of the output light of the semiconductor laser becomes a predetermined value.
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