JP2014003224A - レーザ光の波長制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で且つ精度良くファインチューニングを行うことができるレーザ光の波長制御方法を提供する。
【解決手段】エタロンの温度を第１の温度Ｔ１、第２の温度Ｔ２のうちいずれか一方に制御し、エタロンを通過したレーザ光の強度に基づいて、グリッド波長λ１，λ２を含む所定の波長範囲Ｅ１，Ｅ２内でレーザ光の波長を制御する。グリッド波長λ１は波長域Ｄ１に含まれる波長であり、グリッド波長λ２は波長域Ｄ２に含まれる波長である。第１の温度Ｔ１は、波長−透過率特性における透過率のボトム値を０％とし、ピーク値を１００％としたときに、グリッド波長λ１に対するエタロンの透過率が４０％以上となる温度である。第２の温度Ｔ２は、グリッド波長λ２に対するエタロンの透過率が４０％以上となる温度である。
【選択図】図３

Description

本発明は、レーザ光の波長制御方法に関するものである。

特許文献１には、可変波長光源装置が開示されている。この装置は、波長可変半導体レーザから出力された光を分岐してエタロン及び波長校正用ガスセルに与え、エタロンの出力に応じて波長可変半導体レーザを制御する装置である。この装置では、エタロンで測定された結果と波長校正用ガスセルの複数の吸収波長間隔とを一致させるため、エタロンの温度を調整するための構成が設けられている。

特許文献２には、エタロンの波長−透過率特性の周期よりも短い帯域において出力光の波長制御を行うための装置が開示されている。

特開２００２−３７４０３３号公報 特開２００６−２１６８６０号公報

出力波長の選択が可能な半導体レーザ（以下、波長可変型半導体レーザという）に、エタロンフィルタ（以下、エタロンという）を組み合わせて出力波長を制御する方法が知られている。エタロンは周期的な波長−透過率特性を有するため、この方法では、波長可変型半導体レーザから出力されたレーザ光をエタロン入射させてその通過光の強度を測定する。そして、その測定結果を波長可変型半導体レーザの動作温度にフィードバックする。これにより、レーザ光の波長を、等間隔で規定されているグリッド波長に高い精度で一致させることができる。

また、上記のような波長制御において、グリッド波長を中心とする短い波長範囲で出力波長の微調整を行う、いわゆるファインチューニングと呼ばれる調整を行うことがある。ファインチューニングでは、例えば５０ＧＨｚ間隔の波長グリッドにおいて、出力波長を数ＧＨｚ（一例では±７ＧＨｚ）程度の範囲で調整する。

例えば、このようなファインチューニングは、エタロンの波長−透過率特性が温度によって変化することを利用し、エタロン温度を変更することにより行われる。このような方法は、波長可変型半導体レーザの温度を制御するための熱電冷却素子（Thermoelectric Cooler；ＴＥＣ）と、エタロンの温度を制御するためのＴＥＣとがそれぞれ独立して設けられている場合に有効である。

しかし、エタロンは比較的大きな光学部品であるため熱容量が大きく、その温度変化は緩やかであり、所望のエタロン温度に変更するために時間を要するという問題がある。また、エタロンの１℃の温度変化によって波長−透過率特性における等価点は０．７ＧＨｚ程度しか変化しないので、ファインチューニングにおける数ＧＨｚといった波長調整範囲では数℃〜数十℃の温度変化が必要になる。したがって、更に時間を要することとなる。

ここで、図６は、エタロンの波長−透過率曲線の典型例を示すグラフである。同図において、縦軸は透過率を表し、横軸は光の波長を表している。なお、ここでは簡単のためエタロンでの光吸収はないものとしている。同図に示されるように、エタロンの波長−透過率曲線では、周期的な複数のピークＰと複数のボトムＢとが一定の周期で交互に並んでいる。そして、例えばエタロン通過後の光強度の目標値に相当する透過率（以下、目標透過率という）は、図中のＡ１に設定される。この目標透過率Ａ１は、隣接する目標透過率Ａ１を規定する点までの波長間隔が、グリッド波長の間隔と一致する値に設定される。すなわち、図６において１目盛がグリッド波長間隔に相当する。

しかしながら、図６に示されるように、エタロンの波長−透過率曲線は、複数のピークＰ付近での傾きが急峻であり、複数のボトムＢ付近での傾きが緩やかであるという特徴がある。一方、複数のグリッド波長を一定の波長間隔で設定するためには、曲線の山の高さ（ピーク値−ボトム値）を１００とした時、目標透過率Ａ１をそのボトムから測って２８％程度に抑える必要がある。しかし、このような目標透過率付近では傾きが小さくなっているため、ファインチューニングの際の波長制御の精度が低下するという問題がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、短時間で且つ精度良くファインチューニングを行うことができるレーザ光の波長制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明によるレーザ光の波長制御方法は、波長可変型半導体レーザから出力されるレーザ光がエタロンを通過して得られる光の強度に基づいてレーザ光の波長を制御する方法であって、エタロンの温度を第１及び第２の温度のうちいずれか一方に制御する温度制御ステップと、エタロンを通過したレーザ光の強度に基づいて、等間隔の波長グリッドを交互に構成する第１及び第２のグリッド波長のうち何れか一方を含む所定の波長範囲内でレーザ光の波長を制御する波長制御ステップとを備え、第１のグリッド波長は、エタロンの周期的な波長−透過率特性において波長の増加に対する透過率の増加率が正である第１の波長域に含まれる波長であり、第２のグリッド波長は、該波長−透過率特性において波長の増加に対する透過率の増加率が負である第２の波長域に含まれる波長であり、第１の温度は、波長−透過率特性における透過率のボトム値を０％とし、ピーク値を１００％としたときに、第１のグリッド波長に対するエタロンの透過率が４０％以上となる温度であり、第２の温度は、第２のグリッド波長に対するエタロンの透過率が４０％以上となる温度であり、波長制御ステップの際に第１のグリッド波長を含む波長範囲内でレーザ光の波長を制御する場合は、温度制御ステップの際にエタロンの温度を第１の温度に制御し、波長制御ステップの際に第２のグリッド波長を含む波長範囲内でレーザ光の波長を制御する場合は、温度制御ステップの際にエタロンの温度を第２の温度に制御することを特徴とする。

また、レーザ光の波長制御方法は、第１の温度が、第１のグリッド波長に対するエタロンの透過率が５０％以下となる温度であり、第２の温度が、第２のグリッド波長に対するエタロンの透過率が５０％以下となる温度であることを特徴としてもよい。

また、レーザ光の波長制御方法は、温度制御ステップの前に、第１及び第２のグリッド波長のうち少なくとも一方のグリッド波長に対するエタロンの透過率を設定する透過率設定ステップを更に備え、透過率設定ステップにおいて、周期的な波長−透過率特性に含まれる複数の周期のうち一の周期に含まれる第１及び第２のグリッド波長うち少なくとも一方のグリッド波長に対し、エタロンの透過率が４０％以上５０％以下となるようにエタロンの温度を調整するステップと、複数の周期のうち別の周期に含まれる少なくとも一方のグリッド波長に対し、エタロンの透過率が４０％以上５０％以下となるようにエタロンの温度を調整するステップとを繰り返し行った後、一の周期に含まれる少なくとも一方のグリッド波長に対するエタロンの透過率、及び別の周期に含まれる少なくとも一方のグリッド波長に対するエタロンの透過率に基づく内挿又は外挿によって、複数の周期の少なくとも一方のグリッド波長に対するエタロンの透過率を求めることを特徴としてもよい。

また、レーザ光の波長制御方法は、一の周期に含まれる少なくとも一方のグリッド波長が、波長グリッドに含まれる複数の当該グリッド波長のうち最も短い波長であり、別の周期に含まれる少なくとも一方のグリッド波長が、波長グリッドに含まれる複数の当該グリッド波長のうち最も長い波長であることを特徴としてもよい。

本発明によるレーザ光の波長制御方法によれば、短時間で且つ精度良くファインチューニングを行うことができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るレーザ光の波長制御方法に使用される波長可変レーザモジュールの概略構成を示す図である。 図２は、一実施形態の波長制御方法を示すフローチャートである。 図３は、一実施形態における第１及び第２のグリッド波長を説明するためのグラフであって、エタロンが有する周期的な波長−周波数特性の一部を拡大して示している。 図４は、エタロンの温度変更によりファインチューニングを行う従来の方法による発振周波数の時間変化を示すグラフである。 図５は、一実施形態の波長制御方法によってファインチューニングを行ったときの発振周波数の時間変化を示すグラフである。 図６は、エタロンの波長−透過率曲線の典型例を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しながら本発明によるレーザ光の波長制御方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係るレーザ光の波長制御方法に使用される波長可変レーザモジュール１０Ａの概略構成を示す図である。図１に示されるように、この波長可変レーザモジュール１０Ａは、半導体レーザ２０、エタロン３０、並びに温度制御部４０及び５０を備えている。半導体レーザ２０は温度制御部４０上に搭載されており、エタロン３０は温度制御部５０上に搭載されている。

半導体レーザ２０は、波長可変型半導体レーザである。半導体レーザ２０は、レーザ本体の温度及びレーザ本体に設けられた電極に対する入力信号等を制御することにより、複数の波長の中から一の波長のレーザ光を選択的に出力することが可能である。また、半導体レーザ２０の温度は、温度制御部４０によって変更可能となっている。温度制御部４０は、例えばペルチェ素子といった熱電冷却素子（ＴＥＣ）によって好適に構成される。

本実施形態の半導体レーザ２０は、ＣＳＧ−ＤＢＲ（Chirped Sampled Grating Distributed BraggReflector）領域２２、ＳＧ−ＤＦＢ（Sampled Grating Distributed Feedback）領域２４、及びＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）領域２６が順に連結された構造を有する。ここで、波長可変に寄与し、波長選択部に相当する領域はＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２及びＳＧ−ＤＦＢ領域２４である。

ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２は、回折格子が所定の間隔で設けられた光導波路を含み、所定の間隔の複数のピークを有する反射スペクトルを示す。ここで、後述するＳＧ−ＤＦＢ領域２４による複数の利得ピークがもつ所定の間隔と、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２の反射ピーク間隔は僅かに異なっている。そして、この２つの波長選択領域による複数のピークの組み合わせのうち、最も反射強度の大きな波長で半導体レーザ２０が発振する。また、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２には、この領域上にモノリシックに集積されたヒータが３つ設けられており、ヒータに与える熱量により光導波路の屈折率を変化させることで反射スペクトルの波長を調整する。すなわち、ヒータに設けられた電極２８ａ、２８ｂ、２８ｃに印加する電力により、波長が変化する。さらに、この反射スペクトルはレーザの動作温度によっても変化する。

ＳＧ−ＤＦＢ領域２４は、回折格子が所定の間隔で設けられ、かつ利得領域と屈折率可変領域によって形成された光導波路を含み、所定間隔の複数のピークを有する利得スペクトルを示す。ＳＧ−ＤＦＢ領域２４には、利得領域に対して駆動電流を注入するための電極２５と、屈折率可変領域に対して電気信号を与える電極２７とが設けられている。屈折率可変領域は、電極２７から注入される電流によって屈折率を変化させることで、ＳＧ−ＤＦＢ領域２４の利得スペクトルの波長を変化させる。さらに、この利得スペクトルは、レーザの動作温度によっても変化する。

ＳＯＡ領域２６は、光導波路を含んでおり、その光導波路での光増幅率を制御するための電極２９を有している。この電極２９へのキャリア（電流）注入量を変更することにより、光増幅率を調整可能である。なお、これらのＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２、ＳＧ−ＤＦＢ領域２４、及びＳＯＡ領域２６は、それらの光導波路が互いに光結合されている。

半導体レーザ２０は、上記のような構造を有することで、レーザの動作温度を一定に制御した状態で、ヒータへの印加電力及び屈折率可変領域への注入電流によって出力光の波長特性を高速に制御できるように構成されている。

エタロン３０の一方の面は、ビームスプリッタ３２を介して半導体レーザ２０の一方の共振端面と光学的に結合されている。また、エタロン３０の他方の面は、例えばフォトダイオードといった光検出素子３４と光学的に結合されている。半導体レーザ２０から出射されたレーザ光Ｌａの一部は、ビームスプリッタ３２およびエタロン３０を通過して光検出素子３４に入射する。なお、半導体レーザ２０から出射されたレーザ光Ｌａの他の一部は、ビームスプリッタ３２によって分岐され、例えばフォトダイオードといった光検出素子３６に入射する。

光検出素子３６は、エタロン３０を介さずに半導体レーザ２０からのレーザ光Ｌａを受光することにより、レーザ光Ｌａの光強度を検出する。一方、光検出素子３４は、半導体レーザ２０からのレーザ光Ｌａをエタロン３０を介して受光することにより、エタロン３０の透過率に応じて減衰されたレーザ光Ｌａの光強度を検出する。光検出素子３４，３６による検出結果は、レーザ温度制御部６２へ提供される。

エタロン３０は、図６に示されたように、周期的な波長−透過率特性を有する。また、エタロン３０の温度は、温度制御部５０によって変更可能となっている。温度制御部５０は、例えばペルチェ素子といった熱電冷却素子（ＴＥＣ）によって好適に構成される。

レーザ温度制御部６２は、光検出素子３４，３６における光強度の比に基づいて、レーザ光Ｌａの現在の波長を検出する。レーザ温度制御部６２は、レーザ光Ｌａの現在の波長を目標波長と比較し、温度制御部４０の温度制御を行うことにより、レーザ光Ｌａの波長を目標波長に近づける。なお、目標波長は、所定の波長グリッドを構成する複数のグリッド波長の中から選択された一のグリッド波長を含む所定の波長範囲内で設定される。複数のグリッド波長の間隔は例えば０．４ｎｍ（周波数に換算すると５０ＧＨｚ）であり、所定の波長範囲とは、例えばグリッド波長±０．０５６ｎｍ（周波数に換算すると±７ＧＨｚ）である。

エタロン温度制御部６４は、例えば温度制御部５０上に搭載されたサーミスタ等の温度検知素子からの信号に基づいて、エタロン３０の現在の温度を検出する。エタロン温度制御部６４は、エタロン３０の現在の温度と目標温度とを比較し、温度制御部５０の温度制御を行うことにより、エタロン３０の温度を目標温度に近づける。エタロン３０の光透過特性は温度により変化し、温度が下がるとその光透過特性は短波長側（高周波数側）にシフトし、温度が上がるとその光透過特性は長波長側（低周波数側）にシフトする。なお、目標温度は、エタロン温度制御部６４が有する記憶手段に格納されるとよい。また、目標温度には第１の温度と第２の温度とがあるが、その詳細については後述する。

続いて、本実施形態によるレーザ光の波長制御方法について説明する。図２は、本実施形態の波長制御方法を示すフローチャートである。図２に示されるように、この波長制御方法は、透過率設定ステップＳ１１と、温度制御ステップＳ１２と、波長制御ステップＳ１３とを含んでいる。透過率設定ステップＳ１１では、波長制御ステップＳ１３において使用されるエタロン３０の目標透過率、すなわちフォトダイオード３４で検出されるモニタ光の強度を設定する。温度制御ステップＳ１２では、エタロン３０の温度を第１及び第２の温度のうちいずれか一方を制御する。また、波長制御ステップＳ１３は、エタロン３０を通過したレーザ光Ｌａの強度に基づいて、等間隔の波長グリッドを交互に構成する第１及び第２のグリッド波長のうち何れか一方を含む所定の波長範囲内でレーザ光Ｌａの波長を制御する。温度制御ステップＳ１２は、例えば図１に示されたエタロン温度制御部６４によって行われる。また、波長制御ステップＳ１３は、例えば図１に示されたレーザ温度制御部６２によって行われる。なお、透過率設定ステップＳ１１については後に詳しく述べる。

ここで、図３は、本実施形態における第１及び第２のグリッド波長を説明するためのグラフであって、エタロン３０が有する周期的な波長−透過率特性の一部を拡大して示している。なお、図３において、縦軸は光透過率を表しており、横軸は光の波長を表している。

また、図３には、目標温度としての第１の温度Ｔ１におけるエタロン３０の波長−透過率特性（グラフＧ１１）と、別の目標温度としての第２の温度Ｔ２におけるエタロン３０の波長−透過率特性（グラフＧ１２）と、基準温度Ｔ０におけるエタロン３０の波長−透過率特性（グラフＧ１３）とが示されている。なお、基準温度Ｔ０とは、図６に示された従来の波長制御においてエタロン３０に設定される温度である。また、第１の温度Ｔ１は基準温度Ｔ０よりも高く、第２の温度Ｔ２は基準温度Ｔ０よりも低い。

前述したように、エタロン３０の波長−透過率特性では、周期的な複数のピークＰと複数のボトムＢとが一定の周期で交互に並んでいる。そして、従来の波長制御方法では、エタロン３０を通過するレーザ光Ｌａの目標透過率は、図中のＡ１に設定される。この目標透過率Ａ１は、基準温度Ｔ０におけるエタロン３０の波長−透過率曲線（グラフＧ１３）において、グリッド波長λ１，λ２，λ１’，λ２’，・・・の隣接波長間隔が一定となる値に設定される。ここで、λ１、λ１’・・・は波長−透過率特性の右肩上がりの領域に設定されるグリッド波長であり、λ２、λ２’・・・は波長−透過率特性の右肩下がりの領域で設定されるグリッド波長である。

しかしながら、エタロン３０の波長−透過率曲線には、ピークＰ付近での曲線の傾き（図中のΔｔ_１／Δλ_１）が大きく急峻であり、ボトムＢ付近での曲線の傾き（図中のΔｔ_２／Δλ_２）が小さく緩やかという特徴がある。したがって、このような従来の波長制御方法において、複数のグリッド波長λ１，λ２，λ１’，λ２’，・・・を一定の波長間隔で設定するためには、透過率曲線の山の高さ（ピーク値−ボトム値）を１００としたときに、目標透過率Ａ１を２８％程度に設定する必要がある。目標透過率Ａ１が２８％といった小さい値である場合、グリッド波長λ１，λ２，λ１’，λ２’，・・・におけるファインチューニングのための閉ループ利得が低下してしまい、また波長制御の精度及びその安定性を損なうおそれもある。

このような問題に対し、本実施形態の波長制御方法では、温度制御ステップＳ１２において、エタロン３０の温度を第１の温度Ｔ１（＞Ｔ０）及び第２の温度Ｔ２（＜Ｔ０）の何れか一方に設定する。すなわち、波長制御ステップＳ１３の際に、図中のグリッド波長λ１（第１のグリッド波長）を含む所定の波長範囲Ｅ１内（すなわち、透過率曲線の右肩上がりの領域）でレーザ光Ｌａの波長を制御する場合には、波長制御ステップＳ１３の前に行う温度制御ステップＳ１２において、エタロン３０の温度を第１の温度Ｔ１に制御しておく。これにより、エタロン３０の波長−透過率特性は、グラフＧ１１に示されるように、基準温度Ｔ０におけるエタロン３０の波長−周波数特性（グラフＧ１３）に対して短波長側にシフトする。また、波長制御ステップＳ１３の際に、図中のグリッド波長λ２（第２のグリッド波長）を含む所定の波長範囲Ｅ２内（すなわち、透過率曲線における右肩下がりの領域）でレーザ光Ｌａの波長を制御する場合には、温度制御ステップＳ１２において、エタロン３０の温度を第２の温度Ｔ２に制御しておく。これにより、エタロン３０の波長−透過率特性は、グラフＧ１２に示されるように、基準温度Ｔ０におけるエタロン３０の波長−周波数特性（グラフＧ１３）に対して長波長側にシフトする。なお、所定の波長範囲Ｅ１，Ｅ２の幅は、ファインチューニングで変動させる波長の変動幅に相当し、例えばグリッド波長間隔の２０％程度である。

ここで、グリッド波長λ１は、基準温度Ｔ０におけるエタロン３０の波長−透過率特性において、波長の増加に対する透過率の増加率が正である波長域Ｄ１（第１の波長域）、すなわちピークＰに対して短波長側に位置する半周期分の波長域に含まれるグリッド波長である。また、グリッド波長λ２は、基準温度Ｔ０におけるエタロン３０の波長−透過率特性において、波長の増加に対する透過率の増加率が負である波長域Ｄ２（第２の波長域）、すなわちピークＰに対して長波長側に位置する半周期分の波長域に含まれるグリッド波長である。

そして、エタロン３０の波長−透過率曲線における山の高さを１００とした時、第１の温度Ｔ１は、グリッド波長λ１に対するエタロン３０の透過率Ａ２が４０％以上となる温度であって、より好ましくは透過率Ａ２が４０％以上５０％以下の範囲に含まれることとなる温度である。また、第２の温度Ｔ２は、グリッド波長λ２に対するエタロン３０の透過率Ａ３が４０％以上となる温度であって、より好ましくは透過率Ａ３が４０％以上５０％以下の範囲に含まれることとなる温度である。なお、透過率Ａ２及びＡ３は、図３に示されるように互いに等しくてもよい。

温度制御ステップＳ１２においてエタロン３０の温度を第１の温度Ｔ１若しくは第２の温度Ｔ２に制御したのち、波長制御ステップＳ１３を行う。すなわち、グリッド波長λ１を含む所定の波長範囲Ｅ１内でレーザ光Ｌａの波長を制御する場合には、レーザ光Ｌａの波長が該波長範囲Ｅ１内に設定された目標波長に近づくように、波長可変型の半導体レーザ２０（図１を参照）の発振波長を制御する。また、グリッド波長λ２を含む所定の波長範囲Ｅ２内でレーザ光Ｌａの波長を制御する場合には、レーザ光Ｌａの波長が該波長範囲Ｅ２内に設定された目標波長に近づくように、波長可変型の半導体レーザ２０の発振波長を制御する。なお、波長制御ステップＳ１３における半導体レーザ２０の発振波長の制御は、レーザ温度制御部６２が温度制御部４０の温度を変更することにより行われる。

上述した本実施形態の波長制御方法では、図６に示された従来の方法とは異なり、グリッド波長λ１，λ２に対するエタロン３０の透過率が４０％以上といった大きな値となるように、エタロン３０の波長−透過率特性をシフトさせている。前述したように、エタロン３０の波長−透過率曲線には、ピークＰとボトムＢとの中間（５０％）付近での曲線の傾きが直線に近く、ボトムＢ付近では曲線の傾きがゆるやかになるという特徴がある。したがって、このように波長−透過率特性をシフトさせることによって、グリッド波長λ１，λ２における波長−透過率曲線の傾きが直線に近づくので、ファインチューニングの際の波長制御の精度を向上させ、また波長制御の安定性を高めることができる。

また、本実施形態の波長制御方法では、ファインチューニングの際に、エタロン３０の温度を第１の温度Ｔ１若しくは第２の温度Ｔ２で一定としつつ、半導体レーザ２０の温度を制御して出力波長を変更するので、エタロンの温度変更によってファインチューニングを行う従来の方法と比較して、ファインチューニングに要する時間を短縮することができる。

なお、エタロン３０の波長−透過率曲線の傾きが直線に最も近づくのは曲線の変曲点（山の高さを１００とした時、そのボトム値から測って５４％）なので、グリッド波長λ１，λ２に対するエタロン３０の透過率が５４％となるように、エタロン３０の波長−透過率特性をシフトさせてもよい。しかしながら、グリッド波長λ１，λ２に対するエタロン３０の透過率の数値を大きくするほど、グリッド波長λ１に対するエタロン３０の温度Ｔ１と、グリッド波長λ２に対するエタロン３０の温度Ｔ２の温度の変更幅が大きくなり、温度変更に要する時間が長くなってしまう。また、この透過率を５０％に設定する場合と５４％に設定する場合とで、エタロン３０の波長−透過率曲線の直線性に大きな差はない。したがって、本実施形態のように、グリッド波長λ１，λ２に対するエタロン３０の透過率を４０％以上５０％以下とすることにより、波長−透過率曲線を短時間でシフトしつつ、グリッド波長λ１，λ２における波長−透過率曲線の十分な直線性を得ることができる。

また、ファインチューニングの際の波長制御に使用される波長と透過率との関係は、グリッド波長λ１，λ２におけるエタロン３０の波長−透過率曲線の傾きを直線近似したもののほか、エタロン３０の波長−透過率曲線の傾きの変化に合わせて該直線を補正したものであってもよい。これにより、ファインチューニングの精度を更に向上させることができる。

ここで、図４は、エタロンの温度変更によりファインチューニングを行う従来の方法による発振周波数の時間変化を示すグラフである。図４中、Ａ，ａはエタロン温度が３５℃である場合を示しており、Ｂ，ｂはエタロン温度が７５℃である場合を示している。また、Ａ、Ｂは発振波長の＋５ＧＨｚシフトさせた時に安定化するまでの時間を、ａ、ｂは−５ＧＨｚシフトさせた時に安定化するまでの挙動を示している。エタロン温度が３５℃である場合には、目標周波数で安定するまで５秒前後を要している。エタロン温度が７５℃である場合には、これが１５秒程度以上にまで長くなる。このように、エタロンの温度変更によりファインチューニングを行う従来の方法では、発振波長が目標波長で安定するまでに長時間を要する。

図５は、本実施形態の波長制御方法によってファインチューニングを行ったときの発振周波数の時間変化を示すグラフである。なお、図５において、Ａ，Ｂ，ａ，ｂはそれぞ図４で説明した条件の場合に相当する。

図５に示されるように、本実施形態の波長制御方法では、目標周波数で安定するまでその波長変動方向がプラス側、マイナス側に係らず１秒を要しない。このように、本実施形態の波長制御方法によれば、従来の方法と比較して極めて短時間でファインチューニングを行うことができる。

ここで、図２に示された透過率設定ステップＳ１１について、詳細に説明する。透過率設定ステップＳ１１では、グリッド波長λ１，λ２に対するエタロン３０の透過率を調べ、その透過率をレーザ温度制御部６２の記憶手段に格納する。波長制御ステップＳ１３では、その透過率と、エタロン３０を透過したレーザ光Ｌａの強度とに基づいて、レーザ光Ｌａの現在の波長を知ることができる。この透過率設定ステップＳ１１は、例えば波長可変レーザモジュール１０Ａ（図１を参照）の製造時に行われる。

まず、半導体レーザ２０の発振波長を、エタロン３０の波長−透過率特性に含まれる複数の周期のうち一の周期に含まれるグリッド波長λ１に調整する。そして、エタロン３０の透過光の強度をモニタしながら、エタロン３０の透過率がそのピークの高さ（ピーク値−ボトム値）の４０％以上５０％以下となるようにエタロン３０の温度を調整する（第１のステップ）。次に、半導体レーザ２０の発振波長を、エタロン３０の波長−透過率特性に含まれる複数の周期のうち上記一の周期とは別の周期に含まれるグリッド波長λ１に調整する。そして、再びエタロン３０の透過光の強度をモニタしながら、エタロン３０の透過率が４０％以上５０％以下となるようにエタロン３０の温度を調整する（第２のステップ）。そして、これら第１及び第２のステップを繰り返し行うことにより、上記一の周期と上記別の周期との双方において、グリッド波長λ１及びλ１’に対するエタロン３０の透過率がいずれも４０％以上５０％以下となるエタロン温度を求める。なお、この温度は、第１の温度Ｔ１としてエタロン温度制御部６４の記憶手段に格納される。

そして、上記一の周期のグリッド波長λ１に対するエタロン３０の透過率と、上記別の周期のグリッド波長λ１’に対するエタロン３０の透過率とに基づいて、複数の周期のグリッド波長λ１^（ｎ）に対するエタロン３０の透過率を、内挿又は外挿により求める。なお、透過率曲線における右肩下がりの領域にあるグリッド波長λ２に対するエタロン３０の透過率もまた、上述したグリッド波長λ１の場合と同様にして求めることができる。

なお、上述した透過率設定ステップＳ１１において、上記一の周期に含まれるグリッド波長λ１は、波長グリッドに含まれる複数のグリッド波長λ１^（ｎ）のうち最も短いグリッド波長であり、別の周期に含まれるグリッド波長λ１’は、波長グリッドに含まれる複数のグリッド波長λ１^（ｎ）のうち最も長い波長であることが好ましい。同様に、上記一の周期に含まれるグリッド波長λ２は、波長グリッドに含まれる複数のグリッド波長λ２^（ｎ）のうち最も短い波長であり、別の周期に含まれるグリッド波長λ２’は、波長グリッドに含まれる複数のグリッド波長λ２^（ｎ）のうち最も長い波長であることが好ましい。これにより、内挿の精度を高めてより正確な透過率を求めることができる。

以上、本発明に係るレーザ光の波長制御方法の好適な実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上記各実施形態に限られず、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

１０Ａ…波長可変レーザモジュール、２０…半導体レーザ、３０…エタロン、３２…ビームスプリッタ、３４，３６…光検出素子、４０…温度制御部、５０…温度制御部、６２…レーザ温度制御部、６４…エタロン温度制御部、Ｄ１…第１の波長域、Ｄ２…第２の波長域、Ｅ１，Ｅ２…所定の波長範囲、Ｌａ…レーザ光、λ１…第１のグリッド波長、λ２…第２のグリッド波長。

Claims (4)

1. 波長可変型半導体レーザから出力されるレーザ光がエタロンを通過して得られる光の強度に基づいて前記レーザ光の波長を制御する方法であって、
   前記エタロンの温度を第１及び第２の温度のうちいずれか一方に制御する温度制御ステップと、
   前記エタロンを通過した前記レーザ光の強度に基づいて、等間隔の波長グリッドを交互に構成する第１及び第２のグリッド波長のうち何れか一方を含む所定の波長範囲内で前記レーザ光の波長を制御する波長制御ステップと
   を備え、
   前記第１のグリッド波長は、前記エタロンの周期的な波長−透過率特性において波長の増加に対する透過率の増加率が正である第１の波長域に含まれる波長であり、前記第２のグリッド波長は、該波長−透過率特性において波長の増加に対する透過率の増加率が負である第２の波長域に含まれる波長であり、
   前記第１の温度は、前記波長−透過率特性における透過率のボトム値を０％とし、ピーク値を１００％としたときに、前記第１のグリッド波長に対する前記エタロンの透過率が４０％以上となる温度であり、前記第２の温度は、前記第２のグリッド波長に対する前記エタロンの透過率が４０％以上となる温度であり、
   前記波長制御ステップの際に前記第１のグリッド波長を含む波長範囲内で前記レーザ光の波長を制御する場合は、前記温度制御ステップの際に前記エタロンの温度を前記第１の温度に制御し、前記波長制御ステップの際に前記第２のグリッド波長を含む波長範囲内で前記レーザ光の波長を制御する場合は、前記温度制御ステップの際に前記エタロンの温度を前記第２の温度に制御する
   ことを特徴とする、レーザ光の波長制御方法。
2. 前記第１の温度は、前記第１のグリッド波長に対する前記エタロンの透過率が５０％以下となる温度であり、前記第２の温度は、前記第２のグリッド波長に対する前記エタロンの透過率が５０％以下となる温度であることを特徴とする、請求項１に記載のレーザ光の波長制御方法。
3. 前記温度制御ステップの前に、前記第１及び第２のグリッド波長のうち少なくとも一方のグリッド波長に対する前記エタロンの透過率を設定する透過率設定ステップを更に備え、
   前記透過率設定ステップにおいて、周期的な前記波長−透過率特性に含まれる複数の周期のうち一の周期に含まれる前記第１及び第２のグリッド波長うち少なくとも一方のグリッド波長に対し、前記エタロンの透過率が４０％以上５０％以下となるように前記エタロンの温度を調整するステップと、前記複数の周期のうち別の周期に含まれる前記少なくとも一方のグリッド波長に対し、前記エタロンの透過率が４０％以上５０％以下となるように前記エタロンの温度を調整するステップとを繰り返し行った後、前記一の周期に含まれる前記少なくとも一方のグリッド波長に対する前記エタロンの透過率、及び前記別の周期に含まれる前記少なくとも一方のグリッド波長に対する前記エタロンの透過率に基づく内挿又は外挿によって、前記複数の周期の前記少なくとも一方のグリッド波長に対する前記エタロンの透過率を求めることを特徴とする、請求項２に記載のレーザ光の波長制御方法。
4. 前記一の周期に含まれる前記少なくとも一方のグリッド波長は、前記波長グリッドに含まれる複数の当該グリッド波長のうち最も短い波長であり、前記別の周期に含まれる前記少なくとも一方のグリッド波長は、前記波長グリッドに含まれる複数の当該グリッド波長のうち最も長い波長であることを特徴とする、請求項３に記載のレーザ光の波長制御方法。

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