JP2010232262A - 外部共振器型波長可変光源 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度かつ高速の波長可変動作が可能な外部共振器型波長可変光源を提供する。
【解決手段】可動素子１５ａの移動に連動して出力光の波長を変化させる波長可変光源部１６を備えた外部共振器型波長可変光源１００であって、可動素子１５ａを移動させるアクチュエータ１４と、出力光の波長を検出する波長検出部１８と、該波長検出部１８の検出波長と目標波長との誤差に基づいてアクチュエータ１４を駆動制御する駆動制御手段（９，１０，１１）とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、外部共振器型波長可変光源に関するものである。

光通信用光コンポーネント部品の波長特性を測定する光源には、狭スペクトル線幅の単一モード発振で波長安定度が高く、かつ波長可変が可能な光源が要求されており、半導体レーザ素子と波長選択機能を有する回折格子を用いた外部共振器型波長可変光源が使用されている。

図５は、従来の外部共振器型波長可変光源の概略構成図である。図６は、図５に示す外部共振器型波長可変光源の動作フローチャートである。図５に示す外部共振器型波長可変光源４００は、演算装置１０１と、パルス発生回路４１０と、モータドライバ４１１と、ステッピングモータ４１４と、外部共振器レーザ１６と、ビームスプリッタ１７と、波長検出器１８と、を備えている。外部共振器レーザ１６には、光出力ＬＢの波長を変更する波長選択部１５が設けられており、波長選択部１５に設けられた可動素子１５ａにステッピングモータ４１４が連結されている。

以下、外部共振器型波長可変光源４００の動作について、図５及び図６を参照しつつ説明する。まず、演算装置１０１は、設定した波長に対応した位置指令信号Ｓ４１をパルス発生回路４１０に出力する。パルス発生回路４１０は、入力された位置指令信号Ｓ４１に応じて位置指令パルスＰ４１を発生する（ステップＳ４０１）。モータドライバ４１１は、入力された位置指令パルスＰ４１から駆動信号Ｄ４１を生成し、ステッピングモータ４１４に出力する（ステップＳ４０２）。ステッピングモータ４１４は、駆動信号Ｄ４１により可動素子１５ａを移動させる（ステップＳ４０３）。可動素子１５ａの移動に連動して波長選択部１５の選択波長が変化し、外部共振器レーザ１６から選択波長の光出力ＬＢが出力される（ステップＳ４０４）。光出力ＬＢはビームスプリッタ１７により分岐され、分岐された光出力ＬＢの一方は、外部共振器型波長可変光源４００の出力となり、もう一方は波長検出器１８へ出力される。波長検出器１８は、光出力ＬＢの波長を検出して波長情報信号ＷＬを生成し、これを演算装置１０１に出力する（ステップＳ４０５）。演算装置１０１は、設定した波長と、波長検出器１８から入力された波長情報信号ＷＬとを比較する（ステップＳ４０６）。この比較において両者が一致していれば、波長設定動作を終了する（ステップＳ４０７）。一方、設定した波長と波長情報信号ＷＬとが一致していない場合には、演算装置１０１は、光出力ＬＢの波長を目標波長に一致させるための位置補正信号Ｓ４２をパルス発生回路４１０に出力する。その後は、光出力ＬＢの波長が設定した波長に一致するまで、上記手順（ステップＳ４０１〜Ｓ４０６）を繰り返す。

次に、図７は、３相モータを備えた外部共振器型波長可変光源の概略構成図である。図８は、図７に示す外部共振器型波長可変光源の動作フローチャートである。図７に示す外部共振器型波長可変光源５００は、演算装置１０１と、比較器５０９と、制御器５１０と、転流回路５１２と、モータドライバ５１１と、３相モータ５１４と、ホール素子５１５と、エンコーダ５１６と、外部共振器レーザ１６と、ビームスプリッタ１７と、波長検出器１８と、を備えている。外部共振器レーザ１６には、光出力ＬＢの波長を変更する波長選択部１５が設けられており、波長選択部１５に設けられた可動素子１５ａに３相モータ５１４が連結されている。

図７及び図８に示すように、外部共振器型波長可変光源５００において、演算装置１０１は、設定された波長に対応する設定角度信号Ｓ５１を比較器５０９に出力する。比較器５０９は、設定角度信号Ｓ５１と、エンコーダ５１６から入力される回転角信号ＲＡ５１を入力信号として誤差信号ＤＶ５１を生成し、制御器５１０に出力する（ステップＳ５０１）。制御器５１０は、誤差信号ＤＶ５１を入力信号として第１の制御信号Ｃ５１を生成し、転流回路５１２に出力する。転流回路５１２は、第１の制御信号Ｃ５１及び電気角信号ＥＡ５１を入力信号として３相モータ５１４を駆動させるために必要な第２の制御信号Ｃ５２を生成し、モータドライバ５１１に出力する（ステップＳ５０２）。モータドライバ５１１は、入力された第２の制御信号Ｃ５２から駆動信号Ｄ５１を生成し、モータドライバ５１１に出力する（ステップＳ５０３）。３相モータ５１４は、モータドライバ５１１から入力される駆動信号Ｄ５１により回転し、その回転軸に連結された可動素子１５ａを移動させる。外部共振器レーザ１６は波長選択部１５の可動素子１５ａの移動に連動して波長を変化させ、選択された波長の光出力ＬＢを出力する（ステップＳ５０４）。ステップＳ５０４において、３相モータ５１４に設けられたホール素子５１５から出力される電気角信号ＥＡ５１と、エンコーダ５１６から出力される回転角信号ＲＡ５１とを用いて、３相モータ５１４の回転角制御がなされる。光出力ＬＢは、ビームスプリッタ１７により分岐され、分岐された光出力ＬＢの一方は外部共振器型波長可変光源５００の出力となり、もう一方は波長検出器１８へ出力される。波長検出器１８は、演算により光出力ＬＢの波長に対応する波長情報信号ＷＬを生成し、演算装置１０１に出力する（ステップＳ５０５）。演算装置１０１は、設定した波長と波長情報信号ＷＬとを比較する（ステップＳ５０６）。比較の結果、両者が一致していれば波長設定を終了する（ステップＳ５０７）。一方、設定した波長と波長情報信号ＷＬとが一致していない場合には、光出力ＬＢの波長を目標波長に一致させるために、演算により位置補正信号Ｓ５２を生成し、比較器５０９に出力する。その後は、光出力ＬＢの波長が設定した波長に一致するまで、上記手順（ステップＳ５０１〜Ｓ５０６）を繰り返す。
なお、波長検出器を用いて光出力の波長補正を行えるようにした外部共振器型波長可変光源は、例えば特許文献１に記載されている。

特開２００４−５５７７５号公報

上記の外部共振器型波長可変光源４００，５００によれば、光出力ＬＢの波長を検出し、その検出結果に基づいて補正動作を行うため、目標波長に対応した光出力ＬＢを得ることが可能であった。しかしながら、これらの外部共振器型波長可変光源４００，５００においても、以下に示すような課題があった。

まず、可動素子１５ａをステッピングモータ４１４により駆動する方式では、可動素子１５ａの移動分解能がステッピングモータ４１４のステップ数に依存するため、波長設定の精度に限界があった。
また、外部共振器型波長可変光源４００では、ステッピングモータ４１４のバックラッシュ等により位置指令と可動素子１５ａの移動量とにずれが生じることがあった。一方、外部共振器型波長可変光源５００では、外部共振器レーザ１６の作動誤差等によりエンコーダ５１６の位置情報と光出力ＬＢの波長にずれを生じることがあった。これらを補正するためには、演算装置１０１において、波長検出器１８から入力される波長情報信号ＷＬを用いて補正量を算出し、位置情報を補正する動作が必要であった。
そのため、特に高精度の波長設定を行う場合に、光出力ＬＢの波長の収束が悪化して繰り返しの補正が必要となり、光出力ＬＢの波長を目標波長に一致させるまでの時間が長くなるという課題があった。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、高精度かつ高速の波長可変動作が可能な外部共振器型波長可変光源を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、第１の解決手段として、可動素子の移動に連動して出力光の波長を変化させる波長可変光源部を備えた外部共振器型波長可変光源において、可動素子を移動させるアクチュエータと、出力光の波長を検出する波長検出部と、該波長検出部の検出波長と目標波長との誤差に基づいてアクチュエータを駆動制御する駆動制御手段とを備える、という手段を採用する。

すなわち、第１の解決手段によれば、検出波長を制御量とするフィードバック制御に基づいてアクチュエータが駆動され、その結果として光出力の波長が目標波長に設定される。したがって、従来技術のようにステッピングモータのステップ数等に制限されることなく、光出力の波長を連続的に広い範囲で高精度に可変設定することができる。
また、検出波長を制御量とするフィードバック制御に基づいてアクチュエータが駆動されるので、アクチュエータや波長可変光源部の作動誤差等を補正する必要が無くなる。これにより、繰り返しの補正動作が不要になるため、光出力の波長を目標波長に一致させるまでの時間を短縮することができる。

また、第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、アクチュエータが３相モータであり、駆動制御手段は、検出波長に基づいて３相モータの電気角を演算し、該電気角と上記誤差とに基づいてアクチュエータを駆動制御する、という手段を採用する。

このような第２の解決手段によれば、先の構成と同様の作用効果が得られるのに加え、検出波長から３相モータの電気角を演算するので、３相モータの回転位置を検出するためのセンサ（例えばホール素子やエンコーダ）を用いることなくアクチュエータを制御駆動することができる。

また、第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、波長可変光源部がリットマン型であり、駆動制御手段は、電気角θと出力光の波長λとの関係を示す下記式（１）に基づいて前記電気角を算出する、という手段を採用する。
λ（θ）＝ｄ（sinβ＋sinθ） ……（１）
ただし、ｄ、βは前記波長可変光源部の構成に基づいて決定される定数である。
このような第３の解決手段によれば、ホール素子やエンコーダ等のセンサを用いることなくリットマン型の波長可変光源部を駆動する３相モータの電気角を取得してアクチュエータを制御駆動することができる。

また、第４の解決手段として、上記第２の解決手段において、波長可変光源部がリトロー型であり、電気角演算部は、電気角θと出力光の波長λとの関係を示す下記式（２）に基づいて前記電気角を算出する、という手段を採用する。
λ（θ）＝２ｄsinθ ……（２）
ただし、ｄは前記波長可変光源部の構成に基づいて決定される定数である。
このような第４の解決手段によれば、ホール素子やエンコーダ等のセンサを用いることなくリトロー型の波長可変光源部を駆動する３相モータの電気角を取得してアクチュエータを制御駆動することができる。

本発明によれば、検出波長と目標波長との誤差に基づいてアクチュエータを駆動制御するので、アクチュエータとしてステッピングモータを用いる場合のように移動分解能が制限されることが無く、高精度の波長可変動作が可能である。
また、本発明によれば、アクチュエータや波長可変光源部の作動誤差を補正する動作が不要であり、高精度の波長設定を行う場合にも繰り返しの補正動作を行うことなく高速に連続の波長可変動作が可能である。

さらに、本発明によれば、３相モータをアクチュエータとして用い、検出波長に基づいて３相モータの電気角を算出し、検出波長と目標波長との誤差及び上記電気角に基づいて３相モータを駆動制御するので、３相モータの回転位置を検出するセンサを別途設ける必要がない。したがって、本発明によれば、機器構成の簡素化、小型化が可能である。

第１の実施形態に係る外部共振器型波長可変光源の概略構成図。 第１の実施形態に係る動作フローチャート。 外部共振器レーザの複数の形態を示す概略構成図。 第２の実施形態に係る外部共振器型波長可変光源の概略構成図。 従来の外部共振器型波長可変光源の概略構成図。 従来の外部共振器型波長可変光源の動作フローチャート。 従来の外部共振器型波長可変光源の概略構成図。 従来の外部共振器型波長可変光源の動作フローチャート。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態による外部共振器型波長可変光源について詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る外部共振器型波長可変光源１００の概略構成図である。図２は、外部共振器型波長可変光源１００の動作フローチャートである。

図１に示す外部共振器型波長可変光源１００は、比較器９と、制御器１０と、モータドライバ１１と、サーボモータ１４（アクチュエータ）と、外部共振器レーザ１６（波長可変光源部）と、ビームスプリッタ１７と、波長検出器１８と、を備えている。これら各構成要素のうち、比較器９、制御器１０及びモータドライバ１１は、駆動制御手段を構成している。

比較器９は、図示しない上位装置、制御器１０、及び波長検出器１８に接続されている。比較器９は、上位装置から入力される目標波長ＷＬ０と、波長検出器１８から入力される波長情報信号ＷＬ１とを比較し、両者の誤差に対応する誤差信号ＤＶ１を生成する。そして、生成した誤差信号ＤＶ１を、制御器１０に出力する。

制御器１０は、比較器９とモータドライバ１１に接続されている。制御器１０は、比較器９から入力される誤差信号ＤＶ１に基づいて、上記の誤差が小さくなるようにサーボモータ１４を駆動するための制御信号Ｃ１を生成する。すなわち、制御器１０は、誤差信号ＤＶ１の入力を受けて一般的なＰＩＤ制御やＩ−ＰＤ制御等の演算を行い、サーボモータ１４の移動量を規定した制御信号Ｃ１を生成してモータドライバ１１に出力する。

モータドライバ１１は、制御器１０及びサーボモータ１４に接続されている。モータドライバ１１は、制御器１０から入力された制御信号Ｃ１を、サーボモータ１４の駆動信号Ｄ１に変換してサーボモータ１４に出力し、サーボモータ１４を駆動する。
サーボモータ１４には、制御器１０及びモータドライバ１１により位置制御可能なモータであれば任意のモータを用いることができる。すなわち、サーボモータ１４は、慣性モーメントが小さくなるように設計して機械的時定数を小さくし、高速応答の可能な制御用モータであり、位置や速度を検出し、回転数や回転角（移動量）を制御し（クローズド・ループ制御）、自由に回転角度を設定できるモータであればよい。例えば、一般的なＤＣサーボモータやダイレクトドライブモータ、ＡＣサーボモータ等を用いることができる。
一方、ステッピングモータは、パルス信号で制御されるモータであり、回転角度はパルス信号数で、回転速度はパルス信号の周波数で決定される。通常は、位置検出や速度検出を行わずに回転角や回転速度を制御する（オープンループ制御）。

外部共振器レーザ１６は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、複数の形態を採用しうる。図３（ａ）はリットマン型の外部共振器レーザ１６を示す図であり、図３（ｂ）はリトロー型の外部共振器レーザ１６を示す図である。

図３（ａ）に示すリットマン型の構成において、外部共振器レーザ１６は、レーザダイオード１６１（光源）、コリメートレンズ１６３、回折格子１６４（波長選択素子）、及び平面ミラー１６５（反射鏡）を備えている。

レーザダイオード１６１は、例えば半導体基板上に下部クラッド層、活性層、及び上部クラッド層を順に形成し、半導体基板を劈開して得られる平行な端面を共振器として用いるファブリペロー型の半導体レーザである。レーザダイオード１６１には共振器をなす端面の一方に無反射膜（ＡＲコート）１６２が形成されている。レーザダイオード１６１は無反射膜１６２が形成された端面をコリメートレンズ１６３側に向けて配置されている。

コリメートレンズ１６３は、レーザダイオード１６１の無反射膜１６２が形成された端面におけるレーザ光の射出位置に、一方の焦点が配置されるようレーザダイオード１６１に対して位置決めされている。コリメートレンズ１６３は、レーザダイオード１６１から射出されるレーザ光を平行光にするとともに、回折格子１６４で回折されて戻ったレーザ光をレーザダイオード１６１のレーザ光の射出位置に集光する。

回折格子１６４は、図示の奥行方向に格子が形成された平面状の回折面１６４ａを有しており、コリメートレンズ１６３によって平行にされた平行光、及び平面ミラー１６５によって反射されたレーザ光を、その波長に応じた角度で回折する。平面ミラー１６５は、回折格子１６４によって回折されたレーザ光を反射する。
平面ミラー１６５は、回折格子１６４に対して平行移動及び回転移動が可能である。具体的には、図３（ａ）中の符号ｄ１、ｄ２を付した方向に移動可能である。
したがって、図３（ａ）に示すリットマン型の外部共振器レーザ１６では、回折格子１６４及び平面ミラー１６５が図１に示す波長選択部１５を構成し、平面ミラー１６５が可動素子１５ａを構成している。

上記構成において、レーザダイオード１６１から射出されたレーザ光は、コリメートレンズ１６３によって平行光に変換された後、回折格子１６４の回折面１６４ａに入射し、波長に応じた角度で回折される。回折格子１６４で回折されたレーザ光のうち、平面ミラー１６５が配置されている方向へ回折されたレーザ光は、平面ミラー１６５で反射された後に再び回折格子１６４の回折面１６４ａに入射する。このレーザ光は再び回折格子１６４で回折されて元の光路を逆向きに進み、コリメートレンズ１６３により集光されてレーザダイオード１６１に入射する。レーザダイオード１６１に入射したレーザ光のうち、一部がレーザダイオード１６１の端面１６１ａで反射されてレーザダイオード１６１内部を逆向きに進んで再びコリメートレンズ１６３側に射出され、残りが端面１６１ａからレーザダイオード１６１の外部に射出される。

図３（ａ）に示す外部共振器レーザ１６では、レーザダイオード１６１の端面１６１ａと、レーザダイオード１６１の外部に設けられた平面ミラー１６５とによって共振器が形成されている。共振器をなす平面ミラー１６５を回折格子１６４に対して移動させるとともに、回折格子１６４によって回折される光が垂直に入射されるように回転させると、平面ミラー１６５に入射するレーザ光の波長が変わるとともに共振器の光路長が変わるため、レーザダイオード１６１の端面１６１ａから外部に射出されるレーザ光の波長を可変することができる。
具体的には、符号ｄ１を付して示す方向に平面ミラー１６５を移動させるとともに適宜回転させると、レーザ光の波長を長波長側に連続的に可変することができ、逆に符号ｄ２を付して示す方向に平面ミラー１６５を移動させるとともに適宜回転させるとレーザ光の波長を短波長側に連続的に可変することができる。

次に、図３（ｂ）に示すリトロー型の外部共振器レーザ１６は、レーザダイオード１６１、コリメートレンズ１６３、及び回折格子１６４を備える。図３（ｂ）に示すレーザダイオード１６１、コリメートレンズ１６３、及び回折格子１６４は、図３（ａ）に示すリットマン型のものと同様である。
図３（ｂ）に示す回折格子１６４は、図示奥行き方向に格子が形成された平面状の回折面１６４ａを有しており、図示の符号ｄ３、ｄ４を付した方向に移動可能である。したがって、図３（ｂ）に示すリトロー型の外部共振器レーザ１６では、回折格子１６４が、図１に示した可動素子１５ａ及び波長選択部１５を構成する。

上記構成において、レーザダイオード１６１から射出されたレーザ光は、コリメートレンズ１６３によって平行光に変換されて回折格子１６４に入射し、波長に応じた角度で回折される。回折格子１６４で回折されたレーザ光のうち、元の光路を逆向きに進むレーザ光は、コリメートレンズ１６３により集光されてレーザダイオード１６１に入射する。レーザダイオード１６１に入射したレーザ光の一部はレーザダイオード１６１の端面１６１ａで反射されてレーザダイオード１６１内部を逆向きに進み、再びコリメートレンズ１６３側に射出される。一方、端面１６１ａを透過したレーザ光は、レーザダイオード１６１の外部に射出され、外部共振器レーザ１６の光出力ＬＢとなる。

図３（ｂ）に示す外部共振器レーザ１６では、符号ｄ３を付して示す方向に回折格子１６４を移動させるとともに適宜回転させると、レーザ光の波長を長波長側に大きく連続的に可変することができ、逆に符号ｄ４を付して示す方向に回折格子１６４を移動させるとともに適宜回転させるとレーザ光の波長を短波長側に大きく連続的に可変することができる。また、平行光の光路に沿う方向に移動（微動）させることで、コリメートレンズ１６３のレーザダイオード１６１側の焦点位置を微調整することができる。

次に、ビームスプリッタ１７は、外部共振器レーザ１６の端面１６１ａにおけるレーザ光の射出位置に位置決めされて配置されている。ビームスプリッタ１７は、外部共振器レーザ１６の光出力ＬＢを反射・透過させて、光出力ＬＢを分岐する。図１に示す構成では、ビームスプリッタ１７を透過した成分が外部共振器型波長可変光源１００の出力となり、ビームスプリッタ１７で反射された成分は波長検出器１８に入射される。

波長検出器１８は、比較器９と接続されており、ビームスプリッタ１７で分岐されて入射する光出力ＬＢの波長を検出し、検出した波長に対応する波長情報信号ＷＬ１を生成して比較器９に出力する。
波長検出器１８には、公知の波長モニタを採用することができる。例えば、特開２００２−３４０６８７号公報や特開２００４−０５５７７５号公報に記載された波長モニタを好適に用いることができる。

以上の構成を備えた外部共振器型波長可変光源１００により、設定した波長の光出力ＬＢを得るには、各々の素子を電源オンした状態で、図１及び図２に示すように、図示しない上位装置から目標波長ＷＬ０を比較器９に入力する（ステップＳ１０１）。
また、外部共振器レーザ１６は、電源の供給により光出力ＬＢの射出を開始し、ビームスプリッタ１７で分岐されたレーザ光が波長検出器１８に入射する。これにより、波長検出器１８から光出力ＬＢの波長に対応する波長情報信号ＷＬ１が出力される（ステップＳ１０２）。

比較器９は、上位装置から入力された目標波長ＷＬ０と、波長検出器１８から入力された波長情報信号ＷＬ１とを比較し、両者の誤差に対応する誤差信号ＤＶ１を生成して制御器１０に出力する（ステップＳ１０３）。
本発明において、比較器９には、サーボモータ１４の位置情報ではなく、起動直後から外部共振器レーザ１６の光出力ＬＢに対応する波長情報信号ＷＬ１が入力されるようになっている。したがって、いずれも波長に関する情報である目標波長ＷＬ０と波長情報信号ＷＬ１との差分を直接演算して誤差信号ＤＶ１を生成することができ、サーボモータ１４の位置情報と波長情報とを対応づけるための演算等は不要である。

制御器１０は、入力された誤差信号ＤＶ１に基づいて、その制御方式（ＰＩＤ制御、Ｉ−ＰＤ制御等）に応じた制御信号Ｃ１を生成し、モータドライバ１１に出力する（ステップＳ１０４）。制御信号Ｃ１は、サーボモータ１４の移動量（回転量）に対応する信号である。
モータドライバ１１は、入力された制御信号Ｃ１を駆動信号Ｄ１に変換してサーボモータ１４に出力する（ステップＳ１０５）。

サーボモータ１４は、駆動信号Ｄ１の入力を受けて回転する。これにより、サーボモータ１４の回転軸と連結された可動素子１５ａが制御信号Ｃ１に対応した量だけ移動する。外部共振器レーザ１６では、可動素子１５ａの移動に連動して光出力ＬＢの波長が変更され、波長が補正された光出力ＬＢが出力される（ステップＳ１０６）。

図３（ａ）に示したリットマン型の外部共振器レーザ１６では、可動素子１５ａである平面ミラー１６５が符号ｄ１又はｄ２を付した方向に移動されて共振器長が変化する結果、レーザダイオード１６１の端面１６１ａから射出されるレーザ光の波長が長波長側又は短波長側に連続的に変化する。
図３（ｂ）に示したリトロー型の外部共振器レーザ１６では、可動素子１５ａである回折格子１６４が符号ｄ３又はｄ４を付した方向に移動されて共振器長が変化する結果、レーザダイオード１６１の端面１６１ａから射出されるレーザ光の波長が長波長側又は短波長側に連続的に変化する。

光出力ＬＢは、ビームスプリッタ１７により分岐され、分岐された光出力ＬＢの一方は、外部共振器型波長可変光源１００の出力となり、他方は波長検出器１８の入力信号となる。波長検出器１８は、補正された光出力ＬＢを検出し、光出力ＬＢの波長に対応する波長情報信号ＷＬ１を生成して比較器９に出力する（ステップＳ１０２に戻る）。

このようにして、光出力ＬＢの波長情報信号ＷＬ１を比較器９にフィードバックし、制御器１０により目標波長ＷＬ０と波長情報信号ＷＬ１との誤差に基づくモータ制御を行うステップＳ１０２〜Ｓ１０６を繰り返すことで、光出力ＬＢの波長を目標波長ＷＬ０に一致させることができる。
なお、本実施形態の外部共振器型波長可変光源１００における光出力ＬＢの応答特性は、制御器１０で採用される制御アルゴリズムに依存する。

以上詳細に説明したように、本実施形態の外部共振器型波長可変光源１００では、外部共振器レーザ１６の光出力ＬＢの波長を常時モニタして比較器９にフィードバックし、目標波長ＷＬ０と波長情報信号ＷＬ１との誤差に基づいてサーボモータ１４を駆動することで光出力ＬＢの波長を補正する。したがって、本実施形態の外部共振器型波長可変光源１００によれば、従来のステッピングモータを用いた方式のようにステッピングモータのステップ数に依存することなく、光出力ＬＢの波長を連続的に精密に可変することができる。

また本実施形態では、波長検出器１８からフィードバックされる光出力ＬＢの波長情報信号ＷＬ１を比較器９に直接入力して波長補正動作を行うので、光出力ＬＢはフルクローズドループ制御される。したがって、ステッピングモータを用いた場合のバックラッシュ等や、外部共振器レーザ１６の作動誤差などの位置情報のずれに起因する光出力ＬＢの波長のずれをも含めて適切に波長を補正することができる。

また、図５に示した外部共振器型波長可変光源４００では、演算装置１０１において、波長検出器１８から入力される波長情報信号ＷＬと、設定した波長との比較を行って光出力ＬＢの収束判別を行っていた。そして、波長情報信号ＷＬが設定した波長に一致しない場合には、演算により位置補正信号Ｓ４２を生成し、パルス発生回路４１０に供給することで、光出力ＬＢの波長補正を行っていた。

これに対して本実施形態では、サーボモータ１４の位置情報のずれや外部共振器レーザ１６の作動誤差は、比較器９にフィードバックされる波長情報信号ＷＬ１に吸収されるため、光出力ＬＢの波長に対する収束判別を行う必要が無く、位置情報のずれや作動誤差を補正するための位置補正信号を生成する必要も無い。したがって、高精度の波長設定を行う場合にも、繰り返しの補正動作が必要なくなる。よって、光出力ＬＢの波長を目標波長ＷＬ０に一致させるまでの時間が収束判別や位置補正のための演算処理により遅延することがなくなり、高速な波長可変動作が可能である。

（第２の実施形態）
次に、図面を参照して本発明の第２の実施形態による外部共振器型波長可変光源について説明する。
図４は、本発明の第２の実施形態に係る外部共振器型波長可変光源２００の概略構成図である。

図４に示す外部共振器型波長可変光源２００は、比較器９と、制御器１０と、転流回路２２と、モータドライバ２１と、演算装置２３と、３相モータ２４（アクチュエータ）と、外部共振器レーザ１６（波長可変光源部）と、ビームスプリッタ１７と、波長検出器１８と、を備えている。これら各構成要素のうち、比較器９、制御器１０、転流回路２２、モータドライバ２１及び演算装置２３は、駆動制御手段を構成している。
なお、これら構成要素のうち、外部共振器レーザ１６、ビームスプリッタ１７、及び波長検出器１８の構成は、第１実施形態に係る外部共振器型波長可変光源１００と同様である。

本実施形態では、外部共振器レーザ１６の可動素子１５ａに３相モータ２４が連結されている。この３相モータ２４の採用に伴い、位置制御部が比較器９と制御器１０と転流回路２２とからなる構成とされている。また、転流回路２２に接続された演算装置２３を備えており、モータドライバ２１は３相モータ２４に適合した構成のモータドライバとされている。

比較器９は、図示しない上位装置から入力される目標波長ＷＬ０と、波長検出器１８から入力される波長情報信号ＷＬ２との誤差に対応する誤差信号ＤＶ２を生成し、制御器１０に出力する。
制御器１０は、入力された誤差信号ＤＶ２に基づいて、その制御方式（ＰＩＤ制御、Ｉ−ＰＤ制御等）に応じた第１の制御信号Ｃ２１を生成し、転流回路２２に出力する。

演算装置２３は、波長検出器１８及び転流回路２２に接続されている。演算装置２３は、波長検出器１８から入力される波長情報信号ＷＬ２を演算処理して電気角信号ＥＡ２を生成し、電気角信号ＥＡ２を転流回路２２に出力する。

演算装置２３では、以下に説明する演算処理により３相モータ２４の電気角θを算出し、電気角信号ＥＡ２として転流回路２２に出力する。
まず、外部共振器レーザ１６が、図３（ａ）に示したリットマン型である場合、３相モータ２４の電気角θは、電気角θと出力光の波長λとの関係を示す以下の式（１）により算出することができる。
λ（θ）＝ｄ（sinβ＋sinθ） ……（１）
式（１）において、ｄは回折格子１６４の格子定数であり、βはレーザダイオード１６１から射出されたレーザ光の回折格子１６４に対する入射角である。したがって、ｄ、βは、外部共振器レーザ１６の機器構成により決定される既知の値である。図３（ａ）において、電気角θは、平面ミラー１６５で反射されたレーザ光の回折格子１６４に対する入射角として規定される。そして、λ（θ）は波長情報信号ＷＬ２として与えられるので、式（１）から電気角θを算出することができる。

一方、外部共振器レーザ１６が、図３（ｂ）に示したリトロー型である場合、３相モータ２４の電気角θは、電気角θと出力光の波長λとの関係を示す以下の式（２）により算出することができる。
λ（θ）＝２ｄsinθ ……（２）
式（２）において、ｄは回折格子１６４の格子定数であり、外部共振器レーザ１６の機器構成により決定される既知の値である。図３（ｂ）において、電気角θは、レーザダイオード１６１から射出されたレーザ光の回折格子１６４に対する入射角として規定される。そして、λ（θ）は波長情報信号ＷＬ２として与えられるので、式（２）から電気角θを算出することができる。

転流回路２２は、制御器１０から入力される第１の制御信号Ｃ２１と、演算装置２３から入力される電気角信号ＥＡ２とから３相モータ２４のＵ相、Ｖ相、及びＷ相に対応する第２の制御信号Ｃ２２を生成し、モータドライバ２１に出力する。モータドライバ２１は、転流回路２２から入力される第２の制御信号Ｃ２２を、３相モータ２４の駆動信号Ｄ２に変換して３相モータ２４に出力し、３相モータ２４を駆動する。

転流回路２２における第２の制御信号Ｃ２２（Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相）は、制御器１０から入力される第１の制御信号Ｃ２１（Ｖ_ｇ１）と、演算装置２３から入力される３相モータ２４の電気角θとから生成される。具体的には、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の出力信号Ｖ_Ｕ、Ｖ_Ｖ、及びＶ_Ｗは、電気角θをパラメータする関数Ａ（θ）と、Ｖ_ｇ１とを用いた式（３）〜（５）により算出することができる。
Ｖ_Ｕ＝Ｖ_ｇ１・Ａ（θ） ……（３）
Ｖ_Ｖ＝Ｖ_ｇ１・Ａ（θ＋２π／３） ……（４）
Ｖ_Ｗ＝−（Ｖ_Ｕ＋Ｖ_Ｖ） ……（５）

以上の構成を備えた外部共振器型波長可変光源２００の動作フローチャートは、図２に示した外部共振器型波長可変光源１００の動作フローチャートと共通である。したがって以下では、図２及び図４を参照しつつ外部共振器型波長可変光源２００の動作について説明する。

外部共振器型波長可変光源２００において、設定した波長の光出力ＬＢを得るには、各々の素子を電源オンした状態で、図４及び図２に示すように、図示しない上位装置から目標波長ＷＬ０を比較器９に入力する（ステップＳ１０１）。
また、外部共振器レーザ１６は、電源の供給により光出力ＬＢの射出を開始し、ビームスプリッタ１７で分岐されたレーザ光が波長検出器１８に入射する。これにより、波長検出器１８から光出力ＬＢの波長に対応する波長情報信号ＷＬ２が出力される（ステップＳ１０２）。

比較器９は、上位装置から入力された目標波長ＷＬ０と、波長検出器１８から入力された波長情報信号ＷＬ２とを比較し、両者の誤差に対応する誤差信号ＤＶ２を生成して制御器１０に出力する（ステップＳ１０３）。
本実施形態においても、比較器９には波長情報信号ＷＬ２が入力されるようになっている。これにより、目標波長ＷＬ０と波長情報信号ＷＬ２との差分を直接演算して誤差信号ＤＶ２を生成することができ、３相モータ２４の位置情報と波長情報とを対応づけるための演算等は不要である。

続くステップＳ１０４では、制御器１０、転流回路２２、及び演算装置２３により制御信号（第２の制御信号Ｃ２２）が生成される。
制御器１０は、入力された誤差信号ＤＶ２に基づいて、その制御方式（ＰＩＤ制御、Ｉ−ＰＤ制御等）に応じた第１の制御信号Ｃ２１を生成し、転流回路２２に出力する。第１の制御信号Ｃ２１は、３相モータ２４の移動量（回転量）に対応する信号である。
また、演算装置２３は、波長検出器１８から入力される波長情報信号ＷＬ２から３相モータ２４の電気角θを算出し、電気角信号ＥＡ２として転流回路２２に出力する。
そして、転流回路２２は、それぞれ入力された第１の制御信号Ｃ２１と電気角信号ＥＡ２とに基づいて、３相モータ２４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに対応する制御信号を含んだ第２の制御信号Ｃ２２を生成し、モータドライバ２１に出力する。

モータドライバ２１は、入力された第２の制御信号Ｃ２２を駆動信号Ｄ２に変換して３相モータ２４に出力する（ステップＳ１０５）。
３相モータ２４は、入力された駆動信号Ｄ２に基づいて回転し、３相モータ２４の回転軸に連結された可動素子１５ａが、第１の制御信号Ｃ２１に対応した量だけ移動する。外部共振器レーザ１６では、可動素子１５ａの移動に連動して光出力ＬＢの波長が変更され、波長が補正された光出力ＬＢが出力される（ステップＳ１０６）。

図３（ａ）に示したリットマン型の外部共振器レーザ１６では、可動素子１５ａである平面ミラー１６５が符号ｄ１又はｄ２を付した方向に移動されて共振器長が変化する結果、レーザダイオード１６１の端面１６１ａから射出されるレーザ光の波長が長波長側又は短波長側に連続的に変化する。
図３（ｂ）に示したリトロー型の外部共振器レーザ１６では、可動素子１５ａである回折格子１６４が符号ｄ３又はｄ４を付した方向に移動されて共振器長が変化する結果、レーザダイオード１６１の端面１６１ａから射出されるレーザ光の波長が長波長側又は短波長側に連続的に変化する。

光出力ＬＢは、ビームスプリッタ１７により分岐され、分岐された光出力ＬＢの一方は、外部共振器型波長可変光源２００の出力となり、他方は波長検出器１８の入力信号となる。波長検出器１８は、補正された光出力ＬＢを検出し、光出力ＬＢの波長に対応する波長情報信号ＷＬ２を生成して比較器９に出力する（ステップＳ１０２に戻る）。
このようにして、光出力ＬＢの波長情報信号ＷＬ２を比較器９にフィードバックし、制御器１０により目標波長ＷＬ０と波長情報信号ＷＬ２との誤差に基づくモータ制御を行うステップＳ１０２〜Ｓ１０６を繰り返すことで、光出力ＬＢの波長を目標波長ＷＬ０に一致させることができる。
なお、本実施形態の外部共振器型波長可変光源２００における光出力ＬＢの応答特性は、制御器１０に採用されている制御アルゴリズムに依存する。

以上詳細に説明したように、本実施形態の外部共振器型波長可変光源２００においても、外部共振器レーザ１６の光出力ＬＢの波長を常時モニタして比較器９にフィードバックし、目標波長ＷＬ０と波長情報信号ＷＬ２との誤差に基づいて３相モータ２４を駆動することで光出力ＬＢの波長を補正する。
したがって、本実施形態の外部共振器型波長可変光源２００によれば、従来のステッピングモータを用いた方式のようにステッピングモータのステップ数に依存することなく、光出力ＬＢの波長を連続的に精密に可変することができる。

また、波長検出器１８からフィードバックされる光出力ＬＢの波長情報信号ＷＬ２を比較器９に直接入力して波長補正動作を行うので、光出力ＬＢはフルクローズドループ制御される。したがって、ステッピングモータを用いた場合のバックラッシュ等や、外部共振器レーザ１６の作動誤差などの位置情報のずれに起因する光出力ＬＢの波長のずれをも含めて適切に波長を補正することができる。

また、３相モータ２４の位置情報のずれや外部共振器レーザ１６の作動誤差は、比較器９にフィードバックされる波長情報信号ＷＬ２に吸収されるため、光出力ＬＢの波長に対する収束判別を行う必要が無く、位置情報のずれや作動誤差を補正するための位置補正信号を生成する必要も無い。したがって、高精度の波長設定を行う場合にも、繰り返しの補正動作が必要なくなる。よって、光出力ＬＢの波長を目標波長ＷＬ０に一致させるまでの時間が収束判別や位置補正のための演算処理により遅延することがなくなり、高速な波長可変動作が可能である。

さらに、本実施形態の外部共振器型波長可変光源２００では、波長情報信号ＷＬ２から３相モータ２４の電気角θを算出し、かかる電気角θを用いて３相モータ２４の制御信号を生成している。したがって本実施形態では、３相モータ２４の電気角θを検出するためのホール素子やエンコーダが不要であり、３相モータ２４の小型化、低コスト化が容易である。
なお、上記各実施形態では、アクチュエータとしてサーボモータ１４あるいは３相モータ２４を用いた場合について説明したが、本発明におけるアクチュエータは、これらのモータに限定されない。

１００，２００…外部共振器型波長可変光源、９…比較器、１０…制御器、１１，２１…モータドライバ、１４…サーボモータ（アクチュエータ）、１５…波長選択部、１５ａ…可動素子、１６…外部共振器レーザ（波長可変光源部）、１７…ビームスプリッタ、１８…波長検出器、２２…転流回路、２３…演算装置、２４…３相モータ（アクチュエータ）、ＤＶ１，ＤＶ２…誤差信号、Ｃ１…制御信号、Ｃ２１…第１の制御信号、Ｃ２２…第２の制御信号、Ｄ１，Ｄ２…駆動信号、ＥＡ２…電気角信号、ＷＬ１，ＷＬ２…波長情報信号

Claims (4)

1. 可動素子の移動に連動して出力光の波長を変化させる波長可変光源部を備えた外部共振器型波長可変光源において、
   前記可動素子を移動させるアクチュエータと、
   前記出力光の波長を検出する波長検出器と、
   該波長検出器の検出波長と目標波長との誤差に基づいて前記アクチュエータを駆動制御する駆動制御手段と
   を備えることを特徴とする外部共振器型波長可変光源。
2. 前記アクチュエータが３相モータであり、
   前記駆動制御手段は、前記検出波長に基づいて前記３相モータの電気角を演算し、該電気角と前記誤差とに基づいて前記アクチュエータを駆動制御することを特徴とする請求項１記載の外部共振器型波長可変光源。
3. 前記波長可変光源部がリットマン型であり、
   前記駆動制御手段は、電気角θと出力光の波長λとの関係を示す下記式（１）に基づいて前記電気角を算出することを特徴とする請求項２に記載の外部共振器型波長可変光源。
   λ（θ）＝ｄ（sinβ＋sinθ） ……（１）
   ただし、ｄ、βは前記波長可変光源部の構成に基づいて決定される定数である。
4. 前記波長可変光源部がリトロー型であり、
   前記駆動制御手段は、電気角θと出力光の波長λとの関係を示す下記式（２）に基づいて前記電気角を算出することを特徴とする請求項２に記載の外部共振器型波長可変光源。
   λ（θ）＝２ｄsinθ ……（２）
   ただし、ｄは前記波長可変光源部の構成に基づいて決定される定数である。

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