JP2014045172A - 波長可変レーザの制御方法、波長可変レーザの制御データ構造、および波長可変レーザ - Google Patents

Abstract

【課題】 任意の波長を選択することができる、波長可変レーザの制御方法、波長可変レーサの制御データ構造、および波長可変レーザを提供する。
【解決手段】 波長可変レーザの制御方法は、波長検知部による波長の検知結果と目標値との差に基づいて、発振波長を制御する波長可変レーザの制御方法であって、メモリから、第１波長でレーザ発振させるための前記波長可変レーザの駆動条件を取得する第１ステップと、前記第１波長の前記駆動条件と、前記第１波長と前記第１波長とは異なる第２波長との波長差分とを参照して、前記第２波長で前記波長可変レーザを駆動するための駆動条件を算出する第２ステップと、を含み、前記第２ステップによって得られた駆動条件に基づいて、前記波長可変レーザを駆動することを特徴とする。
【選択図】 図９

Description

本発明は、波長可変レーザの制御方法、波長可変レーザの制御データ構造、および波長可変レーザに関するものである。

出力波長を選択可能な波長可変レーザが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−０２６９９６号公報

特許文献１の技術では、ITU-T（International Telecommunication Union Telecommunication
Standardization Sector）によって定められたグリット波長（以下グリット波長とする）を得るための制御条件をメモリに格納し、この格納された制御条件を基にグリット波長の何れかの波長で発振させる制御を実施するものである。このためグリット波長以外の波長で発振させる制御を行うことはできない。グリット波長以外の波長で発振できるようにするためには、波長毎に制御条件をメモリに記憶させる必要があるが、データが膨大になるので現実的ではない。また、それら制御条件を取得するためには、出荷前の試験においてチューニングを行う必要があるが、そのために要する時間も膨大になることから現実的でない。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、任意の波長を選択することができる波長可変レーザの制御方法、波長可変レーザの制御データ構造、および波長可変レーザを提供することを目的とする。

本発明に係る波長可変レーザの制御方法は、波長検知部による波長の検知結果と目標値との差に基づいて、発振波長を制御する波長可変レーザの制御方法であって、メモリから、第１波長でレーザ発振させるための前記波長可変レーザの駆動条件を取得する第１ステップと、前記第１波長の前記駆動条件と、前記第１波長と前記第１波長とは異なる第２波長との波長差分とを参照して、前記第２波長で前記波長可変レーザを駆動するための駆動条件を算出する第２ステップと、を含み、前記第２ステップによって得られた駆動条件に基づいて、前記波長可変レーザを駆動することを特徴とする。本発明に係る波長可変レーザの制御方法によれば、任意の波長を選択することができる。

前記第２ステップは、前記波長検知部における波長特性の制御値あるいは前記目標値を算出するものであってもよい。前記波長検知部は、エタロンを備え、前記第２ステップは、前記第１波長を得るための前記目標値において、前記第２波長を得ることができる前記エタロンの波長特性の制御値を算出するステップであってもよい。

前記エタロンの波長特性の制御値を算出するステップは、前記エタロンの温度の制御値を算出するステップであってもよい。前記波長可変レーザは、半導体利得素子を備え、前記エタロンは、前記半導体利得素子と共通の温度制御装置に搭載されていてもよい。前記第１波長で前記波長可変レーザを発振させる制御を実行した後に、前記第２ステップで算出された駆動条件によって、前記波長可変レーザを駆動してもよい。

前記波長可変レーザは、温度によって波長を変化させることのできる半導体レーザを備え、前記第２ステップにおいては、さらに前記第１波長を実現するための前記半導体レーザの温度条件に基づいて、前記第２波長を実現するための前記半導体レーザの温度条件を算出してもよい。前記波長可変レーザは、光出力制御部を備え、前記波長検知部は、前記光出力制御部の出力を検知するものであり、前記波長検知部が前記第２波長を検知した後に、前記光出力制御部の光出力を増大させる制御をなしてもよい。

前記第２ステップは、前記目標値を算出するものであり、前記波長検知部は、エタロンを備え、前記算出された目標値に基づいて前記エタロンの検知レンジを切り替える制御をなしてもよい。前記メモリは、レーザ発振させるための駆動条件を異なる波長ごとに複数格納してなり、前記第１ステップは、前記格納された駆動条件の中から前記第１波長における駆動条件を選択するステップを含んでいてもよい。前記第１ステップに先立ち、第２波長を指示する情報に基づいて前記第１波長を決定するステップが実行されてもよい。前記第１ステップに先立ち、前記第１波長を指示する情報と前記第１波長と第２波長との波長差分を指示する情報を得るステップが実行されてもよい。

本発明に係る波長可変レーザの制御データ構造は、波長可変レーザを発振させるための駆動条件を異なる波長ごとに複数格納してなる第１データテーブルと、前記駆動条件の波長変化に対する変化率を格納してなる第２データテーブルと、を具備してなることを特徴とする。本発明に係る波長可変レーザの制御データ構造を用いることにより、任意の波長を選択することができる。前記第２データテーブルには、前記波長可変レーザの波長検知部が備えるエタロンの温度の波長変化量に対する変化率が格納されていてもよい。

本発明に係る波長可変レーザは、出力波長を制御可能な波長可変レーザであって、第１波長でレーザ発振させるための波長可変レーザの駆動条件と、前記第１波長と前記第１波長とは異なる第２波長との波長差分とに基づき、前記第２波長で前記波長可変レーザを駆動するための駆動条件を算出する制御と、前記算出された駆動条件に基づいて、前記波長可変レーザを前記第２波長で発振させる制御と、を行うコントローラを含むことを特徴とする。本発明に係る波長可変レーザによれば、任意の波長を選択することができる。

本発明に係る他の波長可変レーザは、波長可変帯域内における離散的な複数の波長ごとに、その駆動条件を格納したメモリと、指示された要求波長が、前記離散的な複数の波長の間の波長である場合には、当該波長を実現するための駆動条件を演算によって取得して、前記要求波長における駆動制御をなす制御部と、を備えることを特徴とする。前記要求波長は、前記離散的な複数の波長の間の帯域全域において受容されてもよい。

本発明に係る波長可変レーザの波長制御方法およびレーザ装置によれば、任意の波長を選択することができる。

実施例１に係るレーザ装置の全体構成を示すブロック図である。 半導体レーザの全体構成を示す模式的断面図である。 設定値および制御目標値を示す図である。 エタロンの波長特性を示す図である。 実施例１に係る波長制御方法の原理を示す図である。 エタロンの温度特性の波長依存性を示す図である。 温度補正係数Ｃ１の代わりに傾きＡと切片Ｂを記録したデータテーブルを示している。 エタロンの波長補正係数Ｃ２を含むデータテーブルである。 半導体レーザの要求波長を実現するための起動手順を説明するためのフローチャートである。 実施例３に係る制御のためのフローチャートである。 実施例４に係るフローチャートである。 半導体レーザとエタロンとを共通の温度制御装置に搭載した波長可変レーザの態様を示す図である。 実施例６に係る波長可変レーザの全体構成を示すブロック図である。 実施例６に係る半導体レーザの起動時制御に係るフローチャートの一例である。 実施例７の動作を説明するためのフローチャートである。 フロントロッカタイプの他の波長可変レーザの構成を説明する図である。 半導体レーザに代えて使用可能なレーザデバイスの例を開示するものである。 半導体レーザに代えて使用可能なレーザデバイスの他の例を開示するものである。 実施例１１に係る制御フローを説明する図である。 エタロンの波長特性を説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

図１は、実施例１に係る波長可変レーザ１００の全体構成を示すブロック図である。図１に示すように、波長可変レーザ１００は、レーザデバイスとして、波長を制御可能な半導体レーザ３０（チューナブル半導体レーザ）を備えている。本実施例の半導体レーザ３０は、レーザ領域に連結してＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）となる領域が設けられている。このＳＯＡは、光出力制御部として機能する。ＳＯＡは光出力の強度を任意に増減させることができる。また光出力の強度を実質的にゼロに制御することもできる。さらに波長可変レーザ１００は、出力検知部４０、波長ロッカ部５０、メモリ６０、コントローラ７０などを備える。コントローラ７０は、波長可変レーザ１００の制御を行うものであり、その内部にはＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）を備えている。

図２は、本実施例における半導体レーザ３０の全体構成を示す模式的断面図である。図２に示すように、半導体レーザ３０は、ＳＧ−ＤＦＢ（Ｓａｍｐｌｅｄ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）領域Ａと、ＣＳＧ−ＤＢＲ（Ｃｈｉｒｐｅｄ Ｓａｍｐｌｅｄ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）領域Ｂと、ＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）領域Ｃとを備える。すなわち、半導体レーザ３０は、半導体構造内に波長選択ミラーを有するレーザである。

一例として、半導体レーザ３０において、フロント側からリア側にかけて、ＳＯＡ領域Ｃ、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂがこの順に配置されている。ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａは、利得を有しサンプルドグレーティングを備える。ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂは、利得を有さずにサンプルドグレーティングを備える。ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡおよびＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂが図１のレーザ領域に相当し、ＳＯＡ領域Ｃが図１のＳＯＡ領域に相当する。

ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａは、基板１上に、下クラッド層２、活性層３、上クラッド層６、コンタクト層７、および電極８が積層された構造を有する。ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂは、基板上１に、下クラッド層２、光導波層４、上クラッド層６、絶縁膜９、および複数のヒータ１０が積層された構造を有する。各ヒータ１０には、電源電極１１およびグランド電極１２が設けられている。ＳＯＡ領域Ｃは、基板１上に、下クラッド層２、光増幅層１９、上クラッド層６、コンタクト層２０、および電極２１が積層された構造を有する。

ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域ＢおよびＳＯＡ領域Ｃにおいて、基板１、下クラッド層２、および上クラッド層６は、一体的に形成されている。活性層３、光導波層４、および光増幅層１９は、同一面上に形成されている。ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡとＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂとの境界は、活性層３と光導波層４との境界と対応している。

ＳＯＡ領域Ｃ側における基板１、下クラッド層２、光増幅層１９および上クラッド層６の端面には、端面膜１６が形成されている。本実施例では、端面膜１６はＡＲ（Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）膜である。端面膜１６は、半導体レーザ３０のフロント側端面として機能する。ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂ側における基板１、下クラッド層２、光導波層４、および上クラッド層６の端面には、端面膜１７が形成されている。本実施例では、端面膜１７はＡＲ膜である。端面膜１７は、半導体レーザ３０のリア側端面として機能する。

基板１は、例えば、ｎ型ＩｎＰからなる結晶基板である。下クラッド層２はｎ型、上クラッド層６はｐ型であり、それぞれ例えばＩｎＰによって構成される。下クラッド層２および上クラッド層６は、活性層３、光導波層４、および光増幅層１９を上下で光閉込めしている。

活性層３は、利得を有する半導体により構成されている。活性層３は、例えば量子井戸構造を有しており、例えばＧａ_０．３２Ｉｎ_０．６８Ａｓ_０．９２Ｐ_０．０８（厚さ５ｎｍ）からなる井戸層と、Ｇａ_０．２２Ｉｎ_０．７８Ａｓ_０．４７Ｐ_０．５３（厚さ１０ｎｍ）からなる障壁層が交互に積層された構造を有する。光導波層４は、例えばバルク半導体層で構成することができ、例えばＧａ_０．２２Ｉｎ_０．７８Ａｓ_０．４７Ｐ_０．５３によって構成することができる。本実施例においては、光導波層４は、活性層３よりも大きいエネルギギャップを有する。

光増幅層１９は、電極２１からの電流注入によって利得が与えられ、それによって光増幅をなす領域である。光増幅層１９は、例えば量子井戸構造で構成することができ、例えばＧａ_０．３５Ｉｎ_０．６５Ａｓ_０．９９Ｐ_０．０１（厚さ５ｎｍ）の井戸層とＧａ_０．１５Ｉｎ_０．８５Ａｓ_０．３２Ｐ_０．６８（厚さ１０ｎｍ）の障壁層が交互に積層された構造とすることができる。また、他の構造として、例えばＧａ_０．４４Ｉｎ_０．５６Ａｓ_０．９５Ｐ_０．０５からなるバルク半導体を採用することもできる。なお、光増幅層１９と活性層３とを同じ材料で構成することもできる。

コンタクト層７，２０は、例えばｐ型Ｇａ_０．４７Ｉｎ_０．５３Ａｓ結晶によって構成することができる。絶縁膜９は、窒化シリコン膜（ＳｉＮ）または酸化シリコン膜（ＳｉＯ）からなる保護膜である。ヒータ１０は、チタンタングステン（ＴｉＷ）で構成された薄膜抵抗体である。ヒータ１０のそれぞれは、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの複数のセグメントにまたがって形成されていてもよい。

電極８，２１、電源電極１１およびグランド電極１２は、金（Ａｕ）等の導電性材料からなる。基板１の下部には、裏面電極１５が形成されている。裏面電極１５は、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域ＢおよびＳＯＡ領域Ｃにまたがって形成されている。

端面膜１６および端面膜１７は、１．０％以下の反射率を有するＡＲ膜であり、実質的にその端面が無反射となる特性を有する。ＡＲ膜は、例えばＭｇＦ_２およびＴｉＯＮからなる誘電体膜で構成することができる。なお、本実施例ではレーザの両端がＡＲ膜であったが、端面膜１７を有意の反射率を持つ反射膜で構成する場合もある。図２における端面膜１７に接する半導体に光吸収層を備えた構造を設けた場合、端面膜１７に有意の反射率を持たせることで、端面膜１７から外部に漏洩する光出力を抑制することができる。有意の反射率としては、たとえば１０％以上の反射率である。なお、ここで反射率とは、半導体レーザ内部に対する反射率を指す。

回折格子（コルゲーション）１８は、ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡおよびＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの下クラッド層２に所定の間隔を空けて複数箇所に形成されている。それにより、ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡおよびＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂにサンプルドグレーティングが形成される。ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡおよびＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂにおいて、下クラッド層２に複数のセグメントが設けられている。ここでセグメントとは、回折格子１８が設けられている回折格子部と回折格子１８が設けられていないスペース部とが１つずつ連続する領域のことをいう。すなわち、セグメントとは、両端が回折格子部によって挟まれたスペース部と回折格子部とが連結された領域のことをいう。回折格子１８は、下クラッド層２とは異なる屈折率の材料で構成されている。下クラッド層２がＩｎＰの場合、回折格子を構成する材料として、例えばＧａ_０．２２Ｉｎ_０．７８Ａｓ_０．４７Ｐ_０．５３を用いることができる。

回折格子１８は、２光束干渉露光法を使用したパターニングにより形成することができる。回折格子１８の間に位置するスペース部は、回折格子１８のパターンをレジストに露光した後、スペース部に相当する位置に再度露光を施すことで実現できる。ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａにおける回折格子１８のピッチと、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂにおける回折格子１８のピッチとは、同一でもよく、異なっていてもよい。本実施例においては、一例として、両ピッチは同一に設定してある。また、各セグメントにおいて、回折格子１８は同じ長さを有していてもよく、異なる長さを有していてもよい。また、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａの各回折格子１８が同じ長さを有し、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの各回折格子１８が同じ長さを有し、ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡとＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂとで回折格子１８の長さが異なっていてもよい。

ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａにおいては、各セグメントの光学長が実質的に同一となっている。ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂにおいては、少なくとも２つのセグメントの光学長が、互いに異なって形成されている。それにより、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの波長特性のピーク同士の強度は、波長依存性を有するようになる。ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａのセグメントの平均光学長とＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂのセグメントの平均光学長は異なっている。このように、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ内のセグメントおよびＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂのセグメントが半導体レーザ３０内において共振器を構成する。

ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡおよびＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂそれぞれの内部においては、反射した光が互いに干渉する。ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａには活性層３が設けられており、キャリア注入されると、ピーク強度がほぼ揃った、所定の波長間隔を有する離散的な利得スペクトルが生成される。また、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂにおいては、ピーク強度が異なる、所定の波長間隔を有する離散的な反射スペクトルが生成される。ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡおよびＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂにおける波長特性のピーク波長の間隔は異なっている。これら波長特性の組み合わせによって生じるバーニア効果を利用して、発振条件を満たす波長を選択することができる。

図１に示すように、半導体レーザ３０は、第１温度制御装置３１上に配置されている。第１温度制御装置３１は、ペルチェ素子を含み、ＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ
ｃｏｏｌｅｒ）として機能する。第１サーミスタ３２は、第１温度制御装置３１上に配置されている。第１サーミスタ３２は、第１温度制御装置３１の温度を検出する。第１サーミスタ３２の検出温度に基づいて、半導体レーザ３０の温度を特定することができる。

出力検知部４０は、ビームスプリッタ４１および第１受光素子４２を備える。ビームスプリッタ４１は、半導体レーザ３０のフロント側からの出力光を分岐する位置に配置されている。第１受光素子４２は、ビームスプリッタ４１によって分岐された２つの光の一方を受光する位置に配置されている。

波長ロッカ部５０は、ビームスプリッタ５１、第２受光素子５２、エタロン５３、第２温度制御装置５４、第３受光素子５５、および第２サーミスタ５６を備える。ビームスプリッタ５１は、半導体レーザ３０のリア側からの出力光を分岐する位置に配置されている。第２受光素子５２は、ビームスプリッタ５１によって分岐された２つの光の一方を受光する位置に配置されている。

エタロン５３は、入射光の波長に応じて透過率が周期的に変化する特性を有する。本実施例においては、エタロン５３として固定エタロン（ソリッドエタロン）を用いる。なお、固定エタロンの当該周期的な波長特性は、温度が変化することによって変化する。エタロン５３は、ビームスプリッタ５１によって分岐された２つの光の他方を透過する位置に配置されている。また、エタロン５３は、第２温度制御装置５４上に配置されている。第２温度制御装置５４は、ペルチェ素子を含み、ＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ
ｃｏｏｌｅｒ）として機能する。

第３受光素子５５は、エタロン５３を透過した透過光を受光する位置に配置されている。第２サーミスタ５６は、エタロン５３の温度を特定するために設けられている。第２サーミスタ５６は、例えば第２温度制御装置５４上に配置されている。本実施例では、第２温度制御装置５４の温度を第２サーミスタ５６で検出することで、エタロン５３の温度を特定している。

メモリ６０は、書換え可能な記憶装置であり、書き換え可能な記憶装置を用いる。書き換え可能な記憶装置としては、典型的にはフラッシュメモリが挙げられる。コントローラ７０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、電源などを備える。ＲＡＭは、中央演算処理装置が実行するプログラム、中央演算処理装置が処理するデータなどを一時的に記憶するメモリである。

メモリ６０は、波長可変レーザ１００の各部の初期設定値およびフィードバック制御目標値を各チャネルに対応させて記憶している。チャネルとは、半導体レーザ３０の各発振波長に対応する番号である。例えば、各チャネルは、ＩＴＵ−Ｔ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｕｎｉｏｎ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ Ｓｅｃｔｏｒ）のグリットに対応している。以下、各チャネルに対応する波長を、グリット波長と称する。

図３は、上記初期設定値およびフィードバック制御目標値を示す図である。図３に示すように、上記初期設定値は、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａの電極８に供給される初期電流値Ｉ_ＬＤ、ＳＯＡ領域Ｃの電極２１に供給される初期電流値Ｉ_ＳＯＡ、半導体レーザ３０の初期温度値Ｔ_ＬＤ、エタロン５３の初期温度値Ｔ_{Ｅｔａｌｏｎ}、および各ヒータ１０に供給される初期電力値Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ１}〜Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ３}を含む。これら初期設定値は、グリット波長に対応したチャネルごとに定められている。上記フィードバック制御目標値は、コントローラ７０のフィードバック制御を行う際の目標値である。フィードバック制御目標値は、第１受光素子４２が出力する光電流の目標値Ｉ_ｍ１、および第２受光素子５２が出力する光電流Ｉ_ｍ２に対する第３受光素子５５が出力する光電流Ｉ_ｍ３の比の目標値Ｉ_ｍ３／Ｉ_ｍ２を含む。制御目標値も、チャネルごとに定められている。さらに、メモリ６０には、温度補正係数Ｃ１が格納されている。温度補正係数Ｃ１の詳細については後述する。本実施例においては、温度補正係数Ｃ１は、各グリット波長に共通の値である。なお、これらの各値は、波長可変レーザ１００の出荷前に、波長計を使ったチューニングによって個体ごとに取得される。

続いて、図１〜図３を参照しつつ、グリット波長のいずれかを出力するための波長可変レーザ１００の動作について説明する。まず、コントローラ７０は、外部から要求チャネルの情報を取得する。コントローラ７０は、要求チャネルの情報に基づいて、メモリ６０から要求チャネルに応じた初期設定値およびフィードバック制御目標値を取得して、内蔵されたＲＡＭに読み出す。次に、コントローラ７０は、半導体レーザ３０の電極８に、チャネルに対応する初期電流値Ｉ_ＬＤに応じた電流を供給する。

また、コントローラ７０は、チャネルに対応する初期温度値Ｔ_ＬＤが実現されるように、第１温度制御装置３１に電力を供給する。それにより、半導体レーザ３０の温度が初期値に制御される。また、コントローラ７０は、各ヒータ１０に、チャネルに対応する初期電力値Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ１}〜Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ３}の電力を供給する。それにより、各ヒータ１０にそれぞれ所定の温度で発熱させることができる。第１温度制御装置３１による温度制御および各ヒータ１０による温度制御により、半導体レーザ３０は、要求チャネルに対応するグリット波長での発振条件に設定される。また、コントローラ７０は、ＳＯＡ領域Ｃの電極２１に、チャネルに対応する初期電流値Ｉ_ＳＯＡの電流を供給する。それにより、半導体レーザ３０のフロントから出力されるレーザ光の光強度を初期値に制御することができる。このように設定された各初期値に基づき、半導体レーザ３０はレーザ発振する。ただし、この状態では選択されたグリット波長に一致していること、あるいは所定の出力光強度が実現されていることを保証することができない。このため、波長および出力光強度のフィードバック制御が実施される。

このようなフィードバック制御のためにコントローラ７０は、自動出力制御（ＡＰＣ：Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）および自動波長制御（ＡＦＣ：Ａｕｔｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を行う。具体的には、コントローラ７０は、自動出力制御として、第１受光素子４２が出力する光電流値がチャネルに対応する目標値Ｉ_ｍ１となるように、ＳＯＡ領域Ｃの電極２１に供給する電流Ｉ_ＳＯＡをフィードバック制御する。これにより、半導体レーザ３０の出力光強度がチャネルに対応する所望の値に制御される。また、コントローラ７０は、自動波長制御として、第２受光素子５２が出力する光電流Ｉ_ｍ２に対する第３受光素子５５が出力する光電流Ｉ_ｍ３の比Ｉ_ｍ３／Ｉ_ｍ２が目標値Ｉ_ｍ３／Ｉ_ｍ２となるように、半導体レーザ３０の温度を制御する。それにより、半導体レーザ３０の出力光波長がチャネルに対応するグリット波長に制御される。なお、コントローラ７０は、チャネルに対応する初期温度値Ｔ_{Ｅｔａｌｏｎ}が実現されるように、第２温度制御装置５４の駆動電力を制御している。第２温度制御装置５４に供給する電力は、第２サーミスタ５６の検知結果に基づくフィードバック制御がなされており、エタロン５３の温度は所定の値に制御される。

ここで、比Ｉ_ｍ３／Ｉ_ｍ２を用いた波長制御の原理について説明する。図４は、エタロン５３の波長特性を示す図である。図４において、横軸はエタロン５３への入力波長を示し、縦軸はエタロン５３の透過率を示す。図４に示すように、エタロン５３の透過率は、波長に対して周期的に変化する。以下、透過率の隣り合う極大値（または極小値）の波長間隔を、エタロン周期と称する。一例として、エタロン周期は１００ＧＨｚ程度である。

エタロン５３は図４に示す特性を有していることから、エタロン５３へ入力される光強度とエタロン５３から出力される光強度の比を得ることで、エタロン５３に入力される光の波長を特定することができる。エタロン５３へ入力される光強度は、第２受光素子５２が出力する光電流Ｉ_ｍ２によって示される。エタロン５３から出力される光強度は、第３受光素子５５が出力する光電流Ｉ_ｍ３によって示される。このためＩ_ｍ３／Ｉ_ｍ２によってエタロン５３に入力される光の波長が特定できる。そこで、比Ｉ_ｍ３／Ｉ_ｍ２を波長制御のための目標値として、半導体レーザ３０のパラメータをフィードバック制御することによって、所望の波長出力が実現される。本実施例の半導体レーザ３０では、波長パラメータとして第１温度制御装置３１の温度を制御する。

なお、比Ｉ_ｍ３／Ｉ_ｍ２の目標値は、エタロン５３の透過率の極大値と極小値との間の斜面部分に位置していることが好ましい。透過率の極大値近傍および極小値近傍においては波長の変化に対する透過率の変化が小さく、比Ｉ_ｍ３／Ｉ_ｍ２が目標値から少しずれただけで発振波長が大きく変化してしまうからである。

各チャネルのグリット波長がＩＴＵ−Ｔグリット波長に設定されている場合、エタロン周期は、ＩＴＵ−Ｔグリット波長間隔となるように設計される。この場合、いずれのグリット波長を実現するに際しても、エタロン５３の波長特性を変化させる必要はない。したがって、いずれのグリット波長においても、エタロン５３の温度は同一に制御される。

以上のように、グリット波長を実現するには、初期設定値によるレーザ発振とその波長を所定の目標値に追い込むためのフィードバック制御目標値が必要である。メモリ６０には、グリット波長ごとの初期設定値およびフィードバック制御目標値しか記録されていないため、グリット波長以外の波長を実現することは困難である。

本実施例では、グリット波長以外の波長を実現するために、要求された波長（要求波長：グリット波長以外の波長）に近いグリット波長を基本波長として選択し、メモリ６０から、それに対応した初期設定値あるいはフィードバック制御目標値を読み出す。その後、要求波長と基本波長との差に基づいて、初期設定値あるいはフィードバック制御目標値を演算する。

なお、本発明において上記基本波長は第１波長と称することができ、前記要求波長は第２波長と称することができる。これら要件は、他の実施例についても同じである。また要求波長とは、典型的には、基本波長からグリット波長間隔以下の差で離れた任意の波長を指す。この点についても、他の実施例についても同じである。本実施例では、選択された基本波長の初期設定値のうち、第２温度制御装置５４の目標値Ｔ_{Ｅｔａｌｏｎ}を演算により修正し、これをもって半導体レーザ３０をグリット波長と異なる波長で発振させる。

図５は、本実施例に係る波長制御方法の原理を示す図である。図５において、横軸は波長を示し、縦軸は比Ｉ_ｍ３／Ｉ_ｍ２（エタロン５３の透過率）の正規化値を示す。図５において、実線は、エタロン５３の初期温度値Ｔ_{Ｅｔａｌｏｎ}に対応する波長特性である。また、点線は、エタロン５３の温度を第２温度制御装置５４によって上昇させた場合の波長特性である。ここで、実線上の黒丸における比Ｉ_ｍ３／Ｉ_ｍ２がフィードバック目標値として採用されている場合、エタロン５３が初期温度値Ｔ_{Ｅｔａｌｏｎ}であると、グリット波長（基本波長）で発振することになる。一方、エタロン５３が点線で示される波長特性に対応した温度であると、比Ｉ_ｍ３／Ｉ_ｍ２がグリット波長（基本波長）を得るための値（点線上の黒丸）であっても、実際の発振波長はエタロン特性の変更分だけ、そのグリット波長からシフトする。つまり、要求波長とグリット波長（基本波長）との波長差だけエタロン特性をシフトすることで、フィードバック目標値である比Ｉ_ｍ３／Ｉ_ｍ２はそのままで、要求波長を実現することができる。すなわち、本実施例では要求波長と基本波長（グリット波長）との波長差分ΔＦに基づき、エタロン温度を変更するための演算をし、これをエタロン温度として適用することで、要求波長を実現する。

上記したように、エタロン５３の波長特性は、その温度にしたがってシフトする。エタロン５３における周波数変動量／温度変化量［ＧＨｚ／℃］を、エタロン５３の温度補正係数Ｃ１と称する。なお、ここでは波長を周波数で表現している。温度補正係数Ｃ１は、波長可変レーザの駆動条件の波長変化に対する変化率に相当する。

要求波長の制御を実現するためのエタロン５３の設定温度をＴｅｔｌｎ＿Ａ［℃］とする。またエタロン５３の初期温度、すなわち選択された基本波長に相当するグリット波長に対応したエタロン５３の温度をＴｅｔｌｎ＿Ｂ［℃］とする。Ｔｅｔｌｎ＿ＢはＴ_{Ｅｔａｌｏｎ}に相当し、メモリ６０から取得される。さらに、現在のチャネルのグリット波長を基本波長とし、当該基本波長と要求波長との波長差分をΔＦ［ＧＨｚ］とする。この場合、各パラメータの関係は、下記式（１）のように表すことができる。式（１）に基づいて要求波長を得るために必要な設定温度Ｔｅｔｌｎ＿Ａを求めることができる。
Ｔｅｔｌｎ＿Ａ＝Ｔｅｔｌｎ＿Ｂ＋ΔＦ／Ｃ１ （１）
第２温度制御装置５４の温度を設定温度Ｔｅｔｌｎ＿Ａに制御することによって、比Ｉ_ｍ３／Ｉ_ｍ２をそのまま利用して、要求波長を得ることが可能となる。

以下に具体例を示す。いま、要求波長として１９６．１０７０［ＴＨｚ］が指示されたとする。典型的には、この要求波長が直接に値として、外部ユニット（図示せず）からコントローラ７０へ指示される。この際の要求波長は、メモリ６０に格納されているグリット波長同士の間の波長帯域の全域にわたって受容される。つまり、入力された要求波長がグリット波長に該当していなくとも、その入力を拒否しない。また、波長可変レーザ１００は、入力された要求波長がグリット波長から最大で隣接するグリット波長に一致するまでの間の波長全域にわたって、波長制御が可能に構成される。このためには、後述するように、エタロン５３の波長特性のシフト幅が、隣接するグリット波長の差の範囲にわたって可変であればよい。

次に、コントローラ７０は、指示された要求波長に基づいて、基本波長に対応したエタロン温度Ｔｅｔｌｎ＿Ｂを得る動作を行う。ここでは、基本波長として、メモリ６０に記録されている複数のグリット波長のうち、もっとも要求波長に近い波長を採用している。

メモリ６０には、図３に示すデータテーブルの態様をもって、初期設定値が記録されている。図３に示すように、初期設定値のデータテーブルは、チャネル番号Ｃｈがキーとして付与されている。この初期設定値は、対応するグリット波長ごとに用意される。グリット波長は、波長可変レーザ１００の波長可変帯域内において、離散的に定められている。典型的にはＩＴＵグリット（５０ＧＨｚ間隔）であるが、これに限られるものではない。たとえばグリット波長の間隔をＩＴＵグリットの間隔よりも狭めた間隔で、初期設定値を用意してもよい。

さらに、メモリ６０には、図３に示したデータテーブルに対応するグリット波長のうち、最大値あるいは最小値となる波長（スタートグリット波長）、およびグリット間の波長差（グリット間隔波長）が記録されている（図示せず）。コントローラ７０は、これらパラメータに基づき、指示された要求波長を用いて演算を実施することで、基本波長に対応したチャネル番号Ｃｈを求める。

典型的には、要求波長とスタートグリット波長の差を求め、これをグリット間隔波長で除した整数部を、チャネル番号Ｃｈとして採用する演算が実施される。そして、コントローラ７０は、得られたチャネル番号Ｃｈに対応した初期設定値のうち、エタロン温度Ｔｅｔａｌｏｎをエタロン温度Ｔｅｔｌｎ＿Ｂとして取得する。ここでは、Ｔｅｔｌｎ＿Ｂは４０．０００［℃］であったとする。また、コントローラ７０は、演算によって得られたチャネル番号Ｃｈに対応するグリット波長を基本波長として求め、基本波長と要求波長との波長の差（波長差分ΔＦ）を演算する。基本波長を得るための典型的な演算は、前記チャネル番号Ｃｈとして得られた値にグリット間隔波長を乗じた値を前記スタートグリット波長に加算することで実行される。ここでは、基本波長は１９６．１０００［ＴＨｚ］であった。要求波長と、このようにして得られた基本波長との差を演算することで、波長差分ΔＦを得ることができる。ここでは、演算によって得られた波長差分ΔＦは＋７．０［ＧＨｚ］であった。

なお、スタートグリット波長と要求波長との差を求め、これをグリット波長間隔で除した余りを波長差分ΔＦとする演算方法もある。この演算方法では、基本波長自体を算出に用いていない。ただし、この演算結果も波長差分ΔＦは要求波長と基本波長の差分に相当しており、波長差分ΔＦを得るために、積極的に基本波長を演算する必要はない。

次に、コントローラ７０は、メモリ６０から温度補正係数Ｃ１を参照する。温度補正係数Ｃ１は、エタロン５３の特性によって定まっており、メモリ６０にあらかじめ記録されるのが典型的である。ここでは温度補正係数Ｃ１が−１．８００［ＧＨｚ／℃］であったとする。次に、コントローラ７０は、式（１）を用いてＴｅｔｌｎ＿Ａを演算する。ここで演算されたＴｅｔｌｎ＿Ａは、３６．１１１［℃］ となる。

次に、コントローラ７０は、エタロン５３の温度をＴｅｔｌｎ＿Ａに定めた状態で、波長可変レーザ１００の制御を実行する。これにより、エタロン５３の波長特性がシフトする。これを実現するために、エタロンの温度は可変であることが必要である。また、その温度制御範囲は、エタロンの波長特性が隣接するグリット波長の差の範囲で可変できることが必要である。

この制御において、コントローラ７０は、エタロン５３の温度がＴｅｔｌｎ＿Ａに定められた状態で、フィードバック目標値である比Ｉ_ｍ３／Ｉ_ｍ２を達成するように半導体レーザ３０の波長を制御する。ここで採用されるフィードバック目標値（比Ｉ_ｍ３／Ｉ_ｍ２）は、基本波長に対応したチャネル番号Ｃｈに与えられたフィードバック目標値である。また、波長可変レーザ１００の各部に与えられる他の設定値も、同じく基本波長に対応するチャネル番号Ｃｈに与えられた初期設定値が採用される。

以上の動作を実行することにより、図５に示すように、エタロン５３の特性がシフトした分だけ、基本波長（グリット波長）からシフトした波長（要求波長）によって半導体レーザ３０をレーザ発振させることができる。なお、要求波長から対応するチャネル番号Ｃｈを求める方法は、上記した方法に限らない。たとえば、要求波長に対してチャネル番号Ｃｈのいずれを選択するかを示すテーブルを用意する方法が挙げられる。このテーブルには、チャネル番号Ｃｈに対応する波長帯域が記録されており、要求波長に相当する波長帯域から、対応するチャネル番号を取得することができる。また、このテーブルにチャネル番号とともにグリット波長を記録しておくこともできる。

ところで、エタロン５３の波長特性は、波長可変レーザ１００の波長可変帯域の全てにおいて一定あるいはそれに近い状態でない場合が考えられる。そのような場合、要求波長を得るためのエタロン特性のシフト量（エタロン温度の変化量）が高精度に演算できない場合がある。この影響の大きさは、エタロンの構造や温度特性、波長可変帯域幅が関与しており、現実的には無視できる場合もある。しかしながら、精度への影響が有意である場合には、温度補正係数Ｃ１を固定値として採用するのではなく、要求波長に応じた温度補正係数を求める必要がある。これを演算によって取得する方法の一例を以下に示す。

ここで、要求波長に応じた温度補正係数を温度補正係数Ｃ２とする。温度補正係数Ｃ２は、下記式（２）のように表すことができる。
Ｃ２＝Ａ×ｆ＋Ｂ （２）

図６は、エタロン５３の温度特性の波長依存性を示す図である。式（２）は、図６の特性を傾きＡと切片Ｂで一次近似した式である。ここでは、傾きＡを−０．０１３６、切片Ｂを０．８２５０とする。この傾きＡと切片Ｂは、図７に示すデータテーブルに記録しておくことができる。図７は、図３において説明したデータテーブルにおいて、温度補正係数Ｃ１の代わりに傾きＡと切片Ｂを記録したデータテーブルを示している。

式（２）においてｆは波長の項であり、基本波長を採用することができる。基本波長が１９６．１０００［ＴＨｚ］であったとすると、式（２）により、温度補正係数Ｃ２は−１．８４０［ＧＨｚ／℃］ となる。温度補正係数Ｃ２が与えられる場合、コントローラ７０は、以下に示す式（３）に基づいて設定温度Ｔｅｔｌｎ＿Ａを演算する。
Ｔｅｔｌｎ＿Ａ＝Ｔｅｔｌｎ＿Ｂ＋ΔＦ／Ｃ２ （３）

式（１）によりＴｅｔｌｎ＿Ａを求める場合と同様に、要求波長が１９６．１０７０［ＴＨｚ］の場合、基本波長は１９６．１０００［ＴＨｚ］、その場合のＴｅｔｌｎ＿Ｂは４０［℃］、要求波長と基本波長の波長差分ΔＦは＋７．０［ＧＨｚ］となる。ここで、式（１）に代えて式（３）を採用する場合、温度補正係数Ｃ２は式（２）より−１．８４０［ＧＨｚ／℃］となり、Ｔｅｔｌｎ＿Ａは、３６．１９６［℃］ となる。このようにして得られたＴｅｔｌｎ＿Ａに基づいて、式（１）の場合と同様に波長可変レーザ１００を駆動することにより、式（１）の場合よりも高精度に要求波長を実現することができる。

なお、式（２）はエタロンの構造、材料などによっては、一次近似以外の方法で近似する方が適切な場合もある。その場合は適切な近似式を式（２）として準備する。また、式（２）の演算において採用される波長の項ｆは、基本波長の代わりに要求波長を採用することもできる。また、温度補正係数Ｃ２は、上記演算によって得る方法のほか、あらかじめ図３に示すデータテーブルにおいて、各チャネル番号Ｃｈ毎に記録しておいてもよい。この場合は、式（２）において得られる値をあらかじめ演算するか、あるいは各チャネル番号Ｃｈに対応する波長（基本波長あるいはグリット波長に相当）に応じてエタロン特性を測定し、これをデータテーブルに記録すればよい。

なお、以上説明した温度補正係数Ｃ２の利用は、グリット波長間隔の全域において、要求波長を実現することのできるシステムについて説明している。しかしながら、上記したエタロンの温度特性に波長依存性が存在する場合の考慮は、このようなシステムに限られるものではない。

たとえば、グリット波長間隔よりも小さい範囲でしか要求波長を実現できない波長可変レーザのシステムがあったとする。この場合においても、上記波長依存性を考慮した波長補正係数Ｃ２を利用すれば、高精度にエタロン５３の特性シフトを実現することができる。もちろん、波長補正係数Ｃ２を演算ではなく、各チャネル番号それぞれに対応して、あらかじめ演算あるいは測定により求めて、データテーブルに記録する方法を採用することもできる。この方法は、エタロンの特性を近似式で表すことが困難な場合に有用である。図８は、そのような場合のデータテーブルを示す図である。図８に示すように、各チャンネル番号Ｃｈごとに、エタロンの波長補正係数Ｃ２を記録しておくことで、波長によるエタロン特性の違いを精密に反映して、エタロン温度の制御を行うことができる。

続いて、フローチャートを参照して、本実施例に係る具体的な波長制御方法について説明する。図９は、半導体レーザ３０の要求波長を実現するための起動手順を説明するためのフローチャートである。図９に示すように、コントローラ７０は、波長要求を受ける。（ステップＳ１）。この要求波長は、図示しない外部入出力装置からの入力によるものである。典型的にはＲＳ２３２Ｃ規格に対応した入出力装置が採用される。次に、コントローラ７０は、複数のグリット波長の中から基本波長を選択する（ステップＳ２）。この基本波長を選択するとは、指示された要求波長を用いて行った演算によって得られたチャンネル番号Ｃｈに対応するグリット波長を基本波長として求めることである。基本波長は、要求波長に近いグリット波長が選択される。この選択には要求波長に最も近いグリット波長を選択する方法が典型的である。他の方法として、要求波長に対して短波長側に最も近いグリット波長を選択する方法がある。また、要求波長に対して長波長側に最も近いグリット波長を選択する方法もある。また基本波長として、要求波長に対して最も近いグリット波長を選択しない方法もある。つまり基本波長は、半導体レーザ３０の波長制御に関する性能が許容できる範囲に位置するグリット波長を選択することができる。

次に、コントローラ７０は、基本波長と要求波長との波長差分ΔＦを算出する（ステップＳ３）。次に、コントローラ７０は、上記式（１）に従って、波長差分ΔＦから設定温度Ｔｅｔｌｎ＿Ａを算出する（ステップＳ４）。この際、コントローラ７０は、基本波長に対応した初期温度値Ｔ_{Ｅｔａｌｏｎ}を初期温度Ｔｅｔｌｎ＿Ｂとして読み込む。また、メモリ６０から温度補正係数Ｃ１を読み込む。これら読み込んだ値とΔＦとに基づいて、設定温度Ｔｅｔｌｎ＿Ａを算出する。

次に、コントローラ７０は、基本波長に対応した初期設定値とフィードバック制御目標値をメモリ６０から取得してＲＡＭに格納する。ただし、第２温度制御装置５４の制御目標値Ｔ_{Ｅｔａｌｏｎ}については、ステップＳ４で算出された設定温度Ｔｅｔｌｎ＿Ａを採用する。（ステップＳ５）。次に、コントローラ７０は、ステップＳ５で定められた初期設定値とフィードバック制御目標値とに基づいて、半導体レーザ３０を駆動させる。これにより半導体レーザ３０が発振する（ステップＳ６）。この場合、コントローラ７０は、ステップＳ２で選択された基本波長の初期設定値を用いて半導体レーザ３０を駆動させ、エタロン５３の温度についてはステップＳ４で算出された設定温度Ｔｅｔｌｎ＿Ａに制御する。なお、この時点における第１温度制御装置３１の制御は、第１温度制御装置３１の温度が目標温度Ｔ_ＬＤになるように制御される。なお、ＳＯＡ領域Ａについては、この時点では半導体レーザ３０から光が出力されないように制御する。

次に、コントローラ７０は、第１サーミスタ３２の検出温度ＴＨ１がＴ_ＬＤの範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ７）。ここでＴ_ＬＤの範囲とは、目標温度Ｔ_ＬＤを中心とする所定範囲である。ステップＳ７において「Ｎｏ」と判定された場合、コントローラ７０は、第１サーミスタ３２の検出温度ＴＨ１が初期温度値Ｔ_ＬＤ近づくように第１温度制御装置３１に供給される電流値を変更する。

コントローラ７０は、ステップＳ７と並行して、第２サーミスタ５６の検出温度ＴＨ２が設定範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ８）。この場合の設定範囲は、設定温度Ｔｅｔｌｎ＿Ａに基づいて決定される。例えば、上記設定範囲は、設定温度Ｔｅｔｌｎ＿Ａを中心とする所定範囲とすることができる。ステップＳ８において「Ｎｏ」と判定された場合、コントローラ７０は、第２サーミスタ５６の検出温度ＴＨ２が設定温度Ｔｅｔｌｎ＿Ａに近づくように第２温度制御装置５４に供給される電流値を変更する。

コントローラ７０は、ステップＳ７およびステップＳ８の両方で「Ｙｅｓ」と判定されるまで待機する。ステップＳ７およびステップＳ８の両方で「Ｙｅｓ」と判定された場合、第１温度制御装置３１によるＴ_ＬＤを制御目標とした温度制御を終了する（ステップＳ９）。この時点では、半導体レーザ３０は要求波長より、むしろ基本波長に近い波長で発振するのが典型的である。

次に、コントローラ７０は、第１温度制御装置３１による自動波長制御を開始する。（ステップＳ１０）。つまり、第１温度制御装置３１の温度が、比Ｉ_ｍ３／Ｉ_ｍ２を満たすようにフィードバック制御される。エタロン５３の入力光と出力光の比（前後比）は、半導体レーザ３０の発振波長を示している。また、第１温度制御装置３１は半導体レーザ３０の波長を制御するパラメータである。すなわちステップＳ１０では、前後比がＩ_ｍ３／Ｉ_ｍ２になるように第１温度制御装置３１の温度をフィードバック制御することで、半導体レーザ３０の波長を制御する。第１温度制御装置３１に供給される電流値の制御は、所定の刻み値（固定値）によって実行される。コントローラ７０は、比Ｉ_ｍ３／Ｉ_ｍ２を目標値Ｉ_ｍ３／Ｉ_ｍ２に近づけるための温度制御符号を発生する。温度制御符号は、温度上昇を示す符号、温度下降を示す符号、温度変更が不要な場合の符号を含む。この符号に基づいて、前記刻み値だけ、第１温度制御装置３１へ供給する電流値を増大あるいは減少させる制御がなされる。あるいは比Ｉ_ｍ３／Ｉ_ｍ２が目標値Ｉ_ｍ３／Ｉ_ｍ２に対して所定の範囲内に遷移した場合には、温度制御不要の符号がコントローラ７０から出力され、第１温度制御装置３１の電流量は変更されない。前記したように、エタロン５３の温度がステップＳ４によって算出された値に変更されているので、基本波長における比Ｉ_ｍ３／Ｉ_ｍ２をフィードバック目標値としてフィードバック制御すると、半導体レーザ３０の発振波長は、基本波長ではなく、要求波長になる。

コントローラ７０は、比Ｉ_ｍ３／Ｉ_ｍ２がステップＳ２で選択された基本波長における目標値Ｉ_ｍ３／Ｉ_ｍ２を中心とする所定範囲内にあることを確認すると、ロックフラグを出力する（ステップＳ１１）。ロックフラグが出力された場合、コントローラ７０は、シャッタオープンの動作を行う（ステップＳ１２）。具体的には、ＳＯＡ領域Ｃの電極２１に供給される電流を初期電流値Ｉ_ＳＯＡに制御する。それにより、半導体レーザ３０から要求波長のレーザ光が出力される。なお、上記シャッターオープンの動作の後は、ＳＯＡ領域Ｃの駆動電流は、出力検知部４０の検知結果に基づいて、Ｉ_ＳＯＡが所定値に維持されるようにフィードバック制御される。

なお、半導体レーザ３０の起動後にそれとは異なる要求波長を実現する際には、まずＳＯＡ領域Ｃの制御を行うことで、シャッタクローズ動作を実施する。その後、前記ステップＳ１から起動動作を実施すればよい。

本実施例によれば、グリット波長以外の波長（要求波長）を実現することができるので、メモリ６０に格納するべきデータ量の増大を抑制することができる。また本実施例は、基本波長（グリット波長）を実現するために定められた、波長を定めるためのフィードバック目標値である比Ｉ_ｍ３／Ｉ_ｍ２をそのまま、目標波長におけるフィードバック目標値として採用している。本実施例では、波長を制御するためのフィードバック目標値である比Ｉ_ｍ３／Ｉ_ｍ２は変更せず、エタロン５３の波長特性をシフトさせるだけで要求波長を実現する方式である。このため、本実施例で実現される要求波長に含まれる誤差は、基本波長（グリット波長）を実現する場合の波長誤差に、エタロン５３の波長特性のシフト量の誤差が加算される程度に収められる。つまり、エタロン５３の波長特性のシフト量を十分に管理すれば、要求波長を実現するための誤差を基本波長（グリット波長）の誤差の程度に近づけることができる。グリット波長は、出荷時に精度の高い波長計を利用してチューニングされているため、その誤差は非常に小さい。本実施例によれば、要求波長を実現するためのパラメータを演算によって算出しているにも関わらず、その誤差はグリット波長の誤差に近づけることができる。

本実施例では、エタロン５３として固定エタロンを採用したが、それ以外のエタロンを用いることもできる。例えば、ミラー間に液晶層が介在する液晶エタロンをエタロン５３として用いてもよい。この場合、液晶に印加される電圧を制御することによって、液晶エタロンの波長特性をシフトさせることができる。また、印加電圧に応じてミラー間のギャップ長を変更可能なエアギャップエタロンをエタロン５３として用いてもよい。この場合、印加電圧を制御することによって、エアギャップエタロンの波長特性をシフトさせることができる。これら液晶エタロンあるいはエアギャップエタロンのいずれの場合であっても、第２温度制御装置５４によって温度制御がなされる。ただし、この場合の温度制御は波長特性のシフトのためではなく、温度要因による波長特性の変動を防止するためである。このため温度は一定に制御される。これら液晶エタロンあるいはエアギャップエタロンを採用する場合には、ステップＳ４においては、波長差分ΔＦに基づいてエタロン温度の制御値を演算するのではなく、波長差分ΔＦに基づいて、これらエタロンの波長特性を制御するための目標値が演算される。

図２に示した半導体レーザ３０は、波長特性の周期的なピークの間隔が異なる複数の波長選択要素を備えている。このタイプの半導体レーザは、これら波長選択要素の周期的な波長特性が異なることを利用して、バーニア効果により特定の波長を選択する仕組みを採用するものである。図２に示した半導体レーザ３０においては、上記複数の波長選択要素とは、ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡとＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂとが該当する。ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡおよびＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂは、それぞれの波長特性に周期的なピークを備えている。そして、それら波長特性のピーク周期が互いに異なっている。この違いを利用したバーニア効果により、特定の発振波長を選択することができる。

ところで、図２に示した半導体レーザ３０は、１つの半導体チップに波長選択要素であるＳＧ−ＤＦＢ領域ＡとＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂとが集積化されている。図９のフローチャートで説明したように、要求波長を実現するためには、ステップＳ１０において、第１温度制御装置３１（ＴＥＣ１）の温度が制御される。半導体レーザ３０の温度が変更されると、ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡおよびＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの波長特性が変化する。この波長特性の変化は温度の変化に対する屈折率などの半導体特性の変化に依拠するところが大きい。この波長特性の変化は、ピーク波長の絶対値と、ピーク波長の間隔（ピーク波長周期）の両方に作用する。すなわち、半導体レーザ３０の温度を変更することは、ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡおよびＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂのそれぞれにおけるピーク波長同士の間隔（波長差）とそれらピーク波長の絶対値の片方あるいは両方を変化させてしまう。ここで、ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡとＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂのそれぞれにおいて、温度変化に対し、ピーク波長同士の間隔の変化量が近似しており、且つピーク波長の絶対値の変化量が小さい場合は、半導体レーザ３０の温度を変化させると、それにしたがって、バーニア効果によって選択された波長を単調にシフトできる。この場合は、半導体レーザの温度を制御するだけで、基本波長から波長差分ΔＦだけシフトした要求波長を実現することができる。

しかしながら、半導体レーザ３０の温度変化に対してＳＧ−ＤＦＢ領域ＡとＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂのピーク波長同士の間隔の変化量の違いが大きい、あるいはピーク波長の絶対値の変化量の違いが大きい、あるいはその両方の場合、問題が生じる。このような場合、半導体レーザ３０の温度を変化させると、バーニア効果による波長特性の重なり合いが消滅することがある。あるいは、全く別な波長においてバーニア効果による重なり合いが生じることがある。いずれの場合においても、半導体レーザ３０の波長制御が破綻してしまう。このような問題が生じるか否かは、半導体レーザ３０の設計あるいは製造バラツキに起因するところが大きい。

このような問題が生じる場合は、半導体レーザ３０の温度を制御すると同時に、波長制御が破綻しないよう、波長選択要素（ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡやＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂ）の波長特性を半導体レーザ３０の温度以外の方法で制御すればよい。本実施例では、波長制御の破綻を抑制するために、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの波長特性をヒータ１０によって制御するものである。本実施例に係る制御のフローチャートは、実施例１において説明した図９と同じであり、以下特に説明しない場合は、実施例１と同じ制御がなされるものとする。

実施例１では、図９のステップＳ１０において「Ｎｏ」と判定された場合、符号と刻み値に基づいて、第１温度制御装置３１に供給される電流値が変更される。本実施例では、この動作に加えて、ヒータ１０に供給される電力を補正する。図２における半導体レーザ３０では、３つのヒータ１０が存在する。これらヒータ１０それぞれの電力は、当初は初期電力値Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ１}〜Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ３}である。本実施例では、この初期電力値Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ１}〜Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ３}を補正する。第１温度制御装置３１に供給される電流値は、上記刻み値単位で変化するので、ヒータ１０の電力補正もこの刻み値に応じた固定値で実施することができる。ヒータ１０の制御のための固定値は、ヒータ１０の電力値を固定した状態で、半導体レーザ３０の温度を上記刻み値だけ変化させ、その際に劣化する出力波長特性を取得することで決定される。出力波長特性の劣化（たとえば波長線幅の拡大）を改善するに要するヒータ１０の補正量を求め、これをヒータ１０の制御のための固定値とする。このように取得された固定値は、メモリに格納しておく。コントローラ７０は、メモリからこの固定値を読み込み、ステップＳ１０において第１温度制御装置３１の電流値を変更する際に、同時にこの固定値に基づいてヒータ１０の供給電力を補正する。なお、ヒータ１０の供給電力の補正には、温度上昇あるいは下降を示すための符号が必要であるが、これは第１温度制御装置３１の制御のための符号（実施例１）を利用すればよい。たとえば第１温度制御装置３１の温度を上昇させる符号が与えられた場合、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの温度を上昇させる補正を行うのであれば、第１温度制御装置３１の制御のための符号をそのまま利用して、ヒータ１０の温度制御を行えばよい。図２に示した半導体レーザ３０は、３つのヒータ１０を備えている。本実施例では、これら３つのヒータ１０それぞれにおいて、各ヒータ１０の初期電力値Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ１}〜Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ３}を補正して同じだけ温度をシフトさせる。本実施例で初期電力値Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ１}〜Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ３}を補正するシフト量を示す値も駆動条件の波長変化に対する変化率に相当する。本実施例によれば、半導体レーザ３０の温度制御によって波長制御が破綻することを防止することができる。

実施例１においては、図９のフローチャートで説明したように、基本波長と波長要求との波長差分ΔＦに基づいて行われる演算は、設定温度Ｔｅｔｌｎ＿Ａの演算だけであった。しかし、これに加えて、他のパラメータを変化させるための演算を行うこともできる。図１０は、本実施例に係る制御のためのフローチャートである。図１０において、実施例１と同じフローについては、図９と同じステップ番号を附してその説明を省略する。

本実施例では、半導体レーザ３０の温度変化量と発振波長変化量との比が、温度補正係数Ｃ２として予め定められているものとする。図１０のステップＳ２１において、この温度補正係数Ｃ２を用いて、波長差分ΔＦから半導体レーザ３０が要求波長で発振するための初期温度値Ｔ_ＬＤを演算して求める。すなわち、温度補正係数Ｃ２も駆動条件の波長変化に対する変化率に相当する。

また、同時に図９のステップＳ４と同様に波長差分ΔＦから設定温度Ｔｅｔｌｎ＿Ａを算出する。つぎに、ステップＳ２２において、この初期温度値Ｔ_ＬＤと設定温度Ｔｅｔｌｎ＿Ａ、およびフィードバック制御目標値をＲＡＭに格納する。その後、ステップＳ２３において、ステップＳ２２で定めた初期温度値Ｔ_ＬＤと設定温度Ｔｅｔｌｎ＿Ａ、およびフィードバック制御目標値に基づいて、半導体レーザ３０を駆動する。これ以降のステップは、実施例１と同様であるため、説明を省略する。

本実施例によれば、半導体レーザの温度が、要求波長を実現するための温度に近い値にセットされることになる。この結果、図１０におけるステップＳ１０において、目標とするエタロン５３の前後比、すなわち比Ｉ_ｍ３／Ｉ_ｍ２を得るために要するループ期間を短くすることができる。あるいは、基本波長として要求波長に最も近いグリット波長以外の波長が選ばれた場合には、本実施例を実行することで、確実に要求波長を実現することができる。

実施例１における図９のフローチャートでは、波長可変レーザ１００の駆動（ステップＳ６）に際しては、エタロン５３の温度はステップＳ４で算出された温度Ｔｅｔｌｎ＿Ａに定めていた。本実施例では、最初に波長可変レーザ１００を駆動するに際しては、基本波長に対応するエタロン５３の設定温度（Ｔ_{ｅｔａｌｏｎ}）で駆動し、一旦基本波長で発振させた後に要求波長で発振させる動作を実行するものである。

図１１は、本実施例に係るフローチャートである。図１１において実施例１と同じステップには同じステップ番号を付与しており、説明を省略する。まず、コントローラ７０は、図１１におけるステップＳ１〜ステップＳ４までを実施する。これらステップの実行内容は、実施例１と同じである。

次に、コントローラ７０はステップＳ２において選択された基本波長に相当する初期設定値をメモリ６０から読み出し、内蔵されたＲＡＭに格納する（ステップＳ３１）。次に、コントローラ７０は、ＲＡＭの内容に基づいて、半導体レーザ３０および第１温度制御装置３１および第２温度制御装置５４を駆動する（ステップＳ３２）。

次に、コントローラ７０は、ステップＳ７〜ステップ１１までを実行する。ステップＳ７〜ステップＳ１１の制御は、実施例１と同様であるので、その説明を省略する。なお、ステップＳ３２においてコントローラ７０のＲＡＭには基本波長に該当する初期設定値がセットされているため、ステップＳ１１においてロックフラグが出力された時点では、半導体レーザ３０はステップＳ２で選択された波長（基本波長）で発振している。

次に、本実施例では第２温度制御装置５４の温度制御目標値ＴＨ２をステップＳ４で演算した設定温度Ｔｅｔｌｎ＿Ａに変更する。これにより、エタロン５３の波長特性がステップ３で演算されたΔＦだけシフトする（ステップＳ３３）。ステップＳ３３によってエタロン５３の波長特性が変更されることにより、ステップＳ１１で一旦設定範囲内に収まったエタロン５３の前後比が、再び設定範囲外の値に推移する。一方、この間もステップＳ１０で開始された第１温度制御装置３１による自動波長制御は継続されている。このため、エタロン５３の前後比は徐々に設定範囲内の値に戻ることになる。

この後、コントローラ７０は、エタロン５３の温度が設定温度Ｔｅｔｌｎ＿Ａに達していることと、比Ｉ_ｍ３／Ｉ_ｍ２がステップＳ２で選択された基本波長における目標値Ｉ_ｍ３／Ｉ_ｍ２を中心とする所定範囲内にあることを確認すると、再びロックフラグを出力する（ステップＳ３４）。ステップＳ３４におけるロックフラグが出力された場合、コントローラ７０は、シャッタオープンの動作を行う（ステップＳ１２）。

本実施例では、一旦基本波長でロックさせた後にエタロン５３の温度を変更するため、確実に要求波長を得ることができる。また、実施例１と同様に複数のグリット波長のいずれかに基づいて、要求波長を実現することができるので、メモリ６０に格納するべきデータ量の増大を抑制することができる。

実施例１〜４では、半導体レーザ３０とエタロン５３とが異なる温度制御装置に搭載されていた。しかし、これらを１つの温度制御装置上に搭載した場合においても、本発明を実施することができる。図１２は、半導体レーザ３０とエタロン５３を共通の温度制御装置３１に搭載した波長可変レーザ１００aの態様を示す図である。なお、ここで半導体レーザ３０は後述する外部共振器レーザの場合、半導体光増幅器である。半導体レーザ３０と半導体光増幅器を総称した場合、半導体利得素子と称することができる。

図１２において、図１と同じ部分については同じ符号を附しており、その説明を省略する。本実施例の波長可変レーザ１００ａでは、エタロン５３の温度が温度制御装置３１の温度と異なる値に制御できるようにするため、エタロン５３の近傍にヒータ５７を設けている。すなわち本実施例は、エタロン５３の波長特性の制御をヒータ５７によって実施するものである。なお、エタロン５３はエタロンホルダ（図示せず）に保持されている。ヒータ５７はこのエタロンホルダに貼り付けて配置することができる。ヒータ５７はＮｉヒータなどの金属材料を発熱体に用いるものが典型的である。もちろん、エタロン５３の温度が制御できる状態であれば、ヒータ５７を配置する位置は任意である。

図１２に示した態様の波長可変レーザ１００ａにおいて、要求波長を実現するための制御は、基本的には実施例１〜４で説明した制御フローを採用することができる。ただし、本実施例はエタロン５３の波長特性をヒータ５７で制御する態様であるため、メモリ６０には第２温度制御装置５４の初期温度値Ｔ_{Ｅｔａｌｏｎ}に代えて、各グリット波長に対応して定められたヒータ５７の初期値が格納される。さらにメモリ６０には、ヒータ５７の温度変化に応じたエタロン５３の波長特性のシフト量の割合が、温度補正係数Ｃ１として格納されている。

本実施例を実行する場合、実施例１〜４における制御のうち、ステップＳ４では、ΔＦに基づいてエタロン５３の設定温度を演算する動作において、ΔＦに基づいてヒータ５７の発熱量の制御値を演算する動作が実施される。この場合、ステップＳ２において選択された基本波長に対応したヒータ５７の初期値と、ΔＦおよび、前記ヒータ５７の温度変化に応じたエタロン５３の波長特性のシフト量の割合Ｃ１を利用して、要求波長を実現するためのヒータ５７の制御値を演算する。

要求波長を実現するためのヒータ５７の制御値は、典型的にはヒータ５７に投入される電力量を演算することで求められる。また、必要に応じ、エタロン５３の温度をエタロン５３の近傍に配置したサーミスタの如き温度検知素子（図示せず）で測定し、これをヒータ５７の入力電力にフィードバックして制御することもできる。また、実施例１〜４における制御のうち、第２温度制御装置５４の温度をステップＳ４で演算された設定温度に変更する動作においては、これに代えて、ヒータ５７の制御値を前記ΔＦに基づいて演算された制御値に変更する動作を実施する。

以上の制御を実施することにより、半導体レーザ３０とエタロン５３とが１つの温度制御装置上に搭載された場合においても、本発明を実施することができる。なお、本実施例ではエタロン５３の波長特性をヒータ５７によって制御する態様について説明したが、これに限るものではない。たとえば、エタロン５３として液晶エタロンを採用することもできる。この場合、本実施例のヒータ５７の制御に代えて、液晶エタロンの液晶部に印加する電圧を制御すればよい。また、エタロン５３としてエアギャップエタロンを採用することができる。この場合、本実施例のヒータ５７の制御に代えて、エアギャップエタロンのギャップ量を制御すればよい。本実施例では、温度制御装置が１つであるので、消費電力を低減することができる。

図１３は、実施例６に係る波長可変レーザ１００ｂの全体構成を示すブロック図である。図１３に示すように、波長可変レーザ１００ｂにおいては、出力検知部４０および波長ロッカ部５０の両方が半導体レーザ３０のフロント側に配置されており、フロントロッカタイプと呼ぶことができる。これに対し図１において説明した波長可変レーザはリアロッカタイプと呼ぶことができる。フロントロッカタイプの場合、リアロッカタイプにおいて採用されていた第２受光素子５２は設けらない。これは、第１受光素子４２が第２受光素子の機能を兼用できるためである。

波長可変レーザ１００ｂにおいては、ビームスプリッタ５１は、半導体レーザ３０のフロントからの出力光を分岐する位置に配置されている。エタロン５３は、ビームスプリッタ５１によって分岐された２つの光の一方を透過する位置に配置されている。第３受光素子５５は、エタロン５３を透過した透過光を受光する位置に配置されている。ビームスプリッタ４１は、ビームスプリッタ５１によって分岐された２つの光の他方を分岐する位置に配置されている。第１受光素子４２は、ビームスプリッタ４１によって分岐された２つの光の一方を受光する位置に配置されている。

本実施例においては、第１受光素子４２が出力する光電流値Ｉ_ｍ１に応じて半導体レーザ３０の出力光強度を検出することができる。また、半導体レーザ３０のフロントからの出力光のうち、エタロン５３を透過していない光を第１受光素子４２で受光し、エタロン５３を透過した光を第３受光素子５５で受光することで、第１受光素子４２が出力する光電流値Ｉ_ｍ１と第３受光素子５５が出力する光電流値Ｉ_ｍ３との比Ｉ_ｍ１／Ｉ_ｍ３（前後比）を得ることができる。この前後比を利用して、半導体レーザ３０の出力波長を検出することができる。

以上のことから、図１３に示したように、出力検知部４０および波長ロッカ部５０の両方が半導体レーザ３０のフロント側に配置されていても、図１に示した構成の波長可変レーザ１００と同様の波長制御を実現することができる。

図１４は、本実施例に係る半導体レーザ３０の起動時制御に係るフローチャートの一例である。このフローチャートにおいて、実施例１と同じ制御を実行するステップにおいては、同じ符号を附しており、その説明を省略する。なお、本実施例では第１受光素子４２が、図１における第２受光素子５２の機能を兼ねることができる。このため、実施例１において第２受光素子の出力を参照した制御は、本実施例においては第１受光素子４２の出力を参照して実施すればよい。

まず、コントローラ７０は、実施例１におけるステップＳ１〜Ｓ８を実行する。ステップＳ７において、第１サーミスタ３２の温度ＴＨ１が設定範囲に到達して「Ｙｅｓ」の判定がなされ、且つステップＳ８において、第２サーミスタ５６の温度ＴＨ２が設定範囲に到達して「Ｙｅｓ」の判定がなされた場合、半導体レーザ３０のＳＯＡに駆動電流が注入され、半導体レーザ３０から出力光が出力される。この動作は、シャッタオープン動作である（ステップＳ４１）。

ステップＳ４１においてシャッタオープン動作が実行されると、第１サーミスタ３２の出力値ＴＨ１の目標値を初期温度Ｔ_ＬＤとした第１温度制御装置３１の制御を終了させる（ステップＳ９）。ステップＳ９の実行と同時にエタロン５３の前後比を参照した第１温度制御装置３１の温度制御を開始する（ステップＳ１０）。本実施例では、エタロン５３の前後比は、第３受光素子５５が出力する光電流Ｉ_ｍ３と、第１受光素子４２が出力する光電流Ｉ_ｍ１の比Ｉ_ｍ３／Ｉ_ｍ１が採用される。したがって、メモリ６０にはフィードバック制御目標値として、Ｉ_ｍ３／Ｉ_ｍ２に代えてＩ_ｍ３／Ｉ_ｍ１が格納されている。ステップＳ４〜ステップＳ６が実行されることで、第２温度制御装置５４の温度は基本波長に対応して定められた初期設定値Ｔ_{ｅｔａｒｏｎ}から変更されている。このため、エタロン５３の波長特性は、基本波長に対応した前後比を目標値としてフィードバック制御した場合に、要求波長が実現される波長特性へと変更されている。したがって、ステップＳ１０においてステップＳ２において選択された基本波長に対応した前後比を目標値としたフィードバック制御を実行することで、要求波長による発振波長を得る制御が実行されることになる。

そして、エタロン５３の前後比がステップＳ２で選択された基本波長に対応した前後比を中心とした所定の範囲内に到達したことを検知すると、コントローラ７０はロックフラグを出力する（ステップＳ１１）。ロックフラグがコントローラ７０から出力されることで、通信可能な状態が確定し、波長可変レーザの起動シーケンスが終了する。このような起動シーケンスの終了は、実施例１〜４と同様である。

本実施例で採用したフロントロッカタイプの波長可変レーザの場合、ロックフラグが出力される前の状態で、シャッタオープンの動作（ステップＳ４１）が実行される。しかし、この時点でエタロン５３の波長特性は、基本波長に対応した前後比を目標値としてフィードバック制御した場合に、要求波長が実現される波長特性へ到達している。したがって、シャッタオープンの動作の後、速やかに要求波長が出力されることになる。このことは、シャッタオープンの動作の後に、要求波長以外の波長での出力がなされる期間が短縮される効果を奏する。

なお、本実施例を実行するにあたり、ステップＳ４１においてＳＯＡをシャッタオープン動作させる際、ＳＯＡの駆動電流を絞る方法を採用することができる。ＳＯＡの駆動電流を正規の出力値に変更するのはステップＳ１１においてロックフラグが発せられた後とする。この方法によれば、要求波長でロックされるまでは、光出力が小さいため、要求波長以外の光出力が外部に悪影響を与えることを抑制することができる。

実施例６では、シャッタオープンの動作より前においては、第１温度制御装置３１の温度は、基本波長に対応した初期設定値Ｔ_ＬＤで制御されていた。このため、シャッタオープン直後においては、半導体レーザ３０は基本波長に近い波長で発振する傾向にある。実施例６よりも更に迅速に要求波長が得られるようにするためには、第１温度制御装置３１の温度をシャッタオープンよりも前に要求波長を実現する温度に近づける動作を実行すればよい。このための動作は、実施例２と同様の原理に基づく。

本実施例では、図１３において説明したフロントロッカタイプにおいて、実施例３と同様に、半導体レーザ３０の動作条件を演算によって算出して半導体レーザ３０に投入するものである。図１５は、本実施例の動作を説明するためのフローチャートである。本実施例は実施例２の制御原理と同じであり、実施例３と同じステップにおいては、同じ符号を付与することで、その説明を省略する。

まず、本実施例では図１５に示すように、ステップＳ１〜ステップＳ８を実行する。本実施例では、半導体レーザ３０の設定値の算出（ステップＳ２１）、ＲＡＭへの書き込み（ステップＳ２２）、半導体レーザ３０の駆動（Ｓ２３）において採用される半導体レーザ３０の設定値として、第１温度制御装置３１の温度を扱うものとする。なお、半導体レーザ３０の他の設定値としては、半導体レーザに入力される駆動電流やヒータ制御電力の条件などが挙げられる。

本実施例のステップＳ１〜ステップＳ８までの実行は、実施例３と同様である。
つぎに、ステップＳ７において、第１サーミスタ３２の温度ＴＨ１が設定範囲に到達して「Ｙｅｓ」の判定がなされ、且つステップＳ８において、第２サーミスタ５６の温度ＴＨ２が設定範囲に到達して「Ｙｅｓ」の判定がなされた場合、半導体レーザ３０のＳＯＡに駆動電流が注入され、半導体レーザ３０から出力光が出力される。この動作は、シャッタオープン動作である（ステップＳ５１）。

ステップＳ５１においてシャッタオープン動作が実行されると、第１サーミスタ３２の出力値ＴＨ１の目標値をステップＳ２１で算出した設定値とした第１温度制御装置３１の制御を終了させる（ステップＳ９）。ステップＳ９の実行と同時にエタロン５３の前後比を参照した第１温度制御装置３１の温度制御を開始する（ステップＳ１０）。本実施例では、エタロン５３の前後比は、第３受光素子５５が出力する光電流Ｉ_ｍ３と、第１受光素子４２が出力する光電流Ｉ_ｍ１の比Ｉ_ｍ３／Ｉ_ｍ１が採用される。したがって、メモリ６０にはフィードバック制御目標値としてＩ_ｍ３／Ｉ_ｍ１が格納されている。ステップＳ４〜ステップＳ６が実行されることで、第２温度制御装置５４の温度は基本波長に対応して定められた初期設定値Ｔ_{ｅｔａｒｏｎ}から変更されている。このため、エタロン５３の波長特性は、基本波長に対応した前後比を目標値としてフィードバック制御した場合に、要求波長が実現される波長特性へと変更されている。したがって、ステップＳ１０においてステップＳ２において選択された基本波長に対応した前後比を目標値としたフィードバック制御を実行することで、要求波長による発振波長を得る制御が実行されることになる。この際、本実施例では第１温度制御装置３１の温度が、ステップＳ２１で算出した設定値に到達しているので、迅速に要求波長が実現される。

この後、エタロン５３の前後比がステップＳ２で選択された基本波長に対応した前後比を中心とした所定の範囲内に到達したことを検知すると、コントローラ７０はロックフラグを出力する（ステップＳ１１）。ロックフラグがコントローラ７０から出力されることで、通信可能な状態が確定し、波長可変レーザの起動シーケンスが終了する。本実施例によれば、迅速に要求波長が実現できる。本実施例においても、実施例７と同様、ステップＳ１１でロックフラグが発せられるまでは、ＳＯＡの出力を絞る動作を実施してもよい。

図１６は、フロントロッカタイプの他の波長可変レーザ１００ｃの構成を説明する図である。図１６の波長可変レーザ１００ｃは、半導体レーザ３０およびエタロン５３が第１温度制御装置３１上に配置されている。この態様は、図１２で説明した波長可変レーザ１００ａと同じであり、フロントロッカタイプであることを除けば、その余の構成および要求波長を実現するための制御動作は、実施例５の制御に準じるため、説明を省略する。もちろん、フロントロッカタイプであるので、図１２において採用されていた第２受光素子５２は廃止され、その機能は第１受光素子４２の出力で代用される。この要点については、実施例７に準じる。

図１７は、半導体レーザ３０に代えて使用可能なレーザデバイスの例を開示するものである。図１７は外部共振器を備えるレーザモジュールの一例を示す図である。図１７に示すように、レーザモジュール３０ｂは、位相シフタ６１が一体化された半導体光増幅器６２、レンズ６３、波長選択手段６４、およびミラー６５を備える。レンズ６３、波長選択手段６４およびミラー６５は、半導体光増幅器６２の後方に順に配置されている。半導体光増幅器６２の前部にはミラー６６が設けられている。

半導体光増幅器６２の後部から出力された光は、波長選択手段６４に入射する。波長選択手段６４は典型的にはエタロンの構成を備えている。波長選択手段６４としては、たとえば温度制御可能な固定エタロン、液晶エタロン、エアギャップエタロンなどの波長特性可変エタロンが採用できる。あるいは、それら可変エタロンに加えて他の波長選択手段、たとえば異なる波長特性を有する可変エタロンが組み合わせられたユニットである。波長選択手段６４によって選択された波長の光は、半導体光増幅器６２によって利得が与えられ、ミラー６５およびミラー６６の間で共振することで、所定の波長で発振する。波長を変化させる場合は、波長選択手段６４の制御を実施する。また必要に応じて位相シフタ６１の位相シフト量を調整する。図１７に示すレーザモジュールは、実施例１〜８において説明した半導体レーザ３０に代えて使用することができる。

図１８は、半導体レーザ３０に代えて使用可能なレーザデバイスの他の例を開示するものである。図１８に示すように、レーザモジュール３０ｃは、複数のＤＦＢレーザ７１、光カプラ７２、光増幅器７３を備える。複数のＤＦＢレーザ７１は、それぞれコルゲージョンのピッチが異なっている。あるいは活性層を構成する半導体材料を異ならせる場合もある。このような構成により、それぞれのＤＦＢレーザ７１は同じ温度・駆動電流において、異なる発振波長を実現する。各ＤＦＢレーザ７１の出力は、光カプラ７２に結合される。光カプラ７２は、入射された光を光増幅器７３に接続する。光増幅器７３は、入射された光を増幅して外部に出力する。出力波長の選択にあたっては、まず、目的とする波長の帯域をカバーするＤＦＢレーザ７１を１つ選択する。そして、選択されたＤＦＢレーザ７１の温度を温度制御装置３１によって制御することで、所望の発振波長を実現する。したがって、ＤＦＢレーザ７１の数は、レーザモジュール３０ｃに要求される波長帯域全体をカバーする分だけ、用意される。なお、選択されなかったＤＦＢレーザ７１は、駆動電力が与えられずオフしている。図１８に示すレーザモジュールは、実施例１〜８において説明した半導体レーザ３０に代えて使用することができる。

以上説明した実施例では、要求波長を得るために波長検知手段であるエタロン５３の波長特性を初期設定値から変更することで、変更された分だけ発振波長がシフトする原理を利用していた。本実施例では、別な方法により要求波長を実現する方法を説明する。

図１９は本実施例に係る制御フローを説明する図である。図１９において実施例１と同じ動作においては、同じ符号を付与しており、特に注釈しない場合は実施例１に準じるものとする。本実施例では、まず波長要求を受け付ける（ステップＳ１）。つぎに、受け付けた波長要求の値（要求波長）に最も近いグリット波長を選択し、これを基本波長とする（ステップ２）。

次に、要求波長と基本波長との波長差分ΔＦを算出する（ステップＳ３）。次に、波長差分ΔＦに基づいて、基本波長を得るための前後比Ｉ_ｍ３／Ｉ_ｍ２から、要求波長を得るための前後比を得る演算を実施する。この前後比の演算は、基本波長において定められている前後比と、ΔＦ、および波長変化に対する前後比の変化の割合とが使用される。すなわち、波長変化に対する前後比の変化の割合が、駆動条件の波長変化に対する変化率に相当する。この演算を実施することにより、要求波長が実現された場合の前後比が算出できる（ステップＳ６１）。

なお、エタロン５３の波長特性は図２０に示すように周期性を備えている。また、周期のピークとボトムでは、波長変化に対する透過率の割合が小さくなる。このため、基本波長＋ΔＦの波長（要求波長を得るための目標値）を評価して、これが前記ピークあるいはボトムに近接することが判定された場合には、エタロン５３の波長特性をシフトさせる動作を実行する（ステップＳ６２）。この動作は、第２温度制御装置５４の温度を変更することで実行できる。この動作は、エタロン５３の波長検知のレンジを切り替える動作に相当する。この後は、実施例１のステップＳ６〜Ｓ１２と同様の動作が実行される。本実施例では、エタロン５３の前後比が、要求波長を実現するための値に訂正されているため、半導体レーザ３０は要求波長で発振することになる。

以上説明した要求波長の実現方法は、ステップＳ１において外部から要求波長が入力されていた。しかし外部から要求波長そのものを指定する以外の方法を採用することもできる。本実施例では、チャネル番号と、そのチャネル番号に対応する波長と実現するべき波長（要求波長）との波長差分を入力するものである。この場合、メモリ６０にはチャネル番号に対応する波長が記録されている。

本実施例では、チャネル番号と波長差分が入力されると、コントローラ７０はチャネル番号に対応する波長をメモリ６０から読み出して、基本波長として定める。本実施例によれば、実施例１〜１１におけるステップＳ２（基本波長の選択）、ステップＳ３（基本波長と要求波長の波長差分の算出）が省略される。本実施例では、上記定められた基本波長と、本実施例において外部から入力された波長差分が得られているので、それ以降のステップは、実施例１〜１１を採用することができる。

本実施例によれば、ステップＳ２およびステップＳ３の省略により、制御フローが簡単化できる。なお、チャネル番号を指定する代わりに、基本波長とするべきグリット波長を指定してもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

３０ 半導体レーザ
３１ 第１温度制御装置
３２ 第１サーミスタ
４０ 出力検知部
４１ ビームスプリッタ
４２ 第１受光素子
５０ 波長ロッカ部
５１ ビームスプリッタ
５２ 第２受光素子
５３ エタロン
５４ 第２温度制御装置
５５ 第３受光素子
５６ 第２サーミスタ
６０ メモリ
７０ コントローラ
１００ 波長可変レーザ

Claims (17)

1. 波長検知部による波長の検知結果と目標値との差に基づいて、発振波長を制御する波長可変レーザの制御方法であって、
   メモリから、第１波長でレーザ発振させるための前記波長可変レーザの駆動条件を取得する第１ステップと、
   前記第１波長の前記駆動条件と、前記第１波長と前記第１波長とは異なる第２波長との波長差分とを参照して、前記第２波長で前記波長可変レーザを駆動するための駆動条件を算出する第２ステップと、を含み、
   前記第２ステップによって得られた駆動条件に基づいて、前記波長可変レーザを駆動することを特徴とする波長可変レーザの制御方法。
2. 前記第２ステップは、前記波長検知部における波長特性の制御値あるいは前記目標値を算出するものであることを特徴とする請求項１記載の波長可変レーザの制御方法。
3. 前記波長検知部は、エタロンを備え、
   前記第２ステップは、前記第１波長を得るための前記目標値において、前記第２波長を得ることができる前記エタロンの波長特性の制御値を算出するステップであることを特徴とする請求項２記載の波長可変レーザの制御方法。
4. 前記エタロンの波長特性の制御値を算出するステップは、前記エタロンの温度の制御値を算出するステップであることを特徴とする請求項３記載の波長可変レーザの制御方法。
5. 前記波長可変レーザは、半導体利得素子を備え、
   前記エタロンは、前記半導体利得素子と共通の温度制御装置に搭載されてなることを特徴とする請求項３または４記載の波長可変レーザの制御方法。
6. 前記第１波長で前記波長可変レーザを発振させる制御を実行した後に、前記第２ステップで算出された駆動条件によって、前記波長可変レーザを駆動することを特徴とする請求項１乃至５記載の波長可変レーザの制御方法。
7. 前記波長可変レーザは、温度によって波長を変化させることのできる半導体レーザを備え、
   前記第２ステップにおいては、さらに前記第１波長を実現するための前記半導体レーザの温度条件に基づいて、前記第２波長を実現するための前記半導体レーザの温度条件を算出することを特徴とする請求項２乃至６記載の波長可変レーザの制御方法。
8. 前記波長可変レーザは、光出力制御部を備え、
   前記波長検知部は、前記光出力制御部の出力を検知するものであり、
   前記波長検知部が前記第２波長を検知した後に、前記光出力制御部の光出力を増大させる制御をなすことを特徴とする請求項２乃至７記載の波長可変レーザの制御方法。
9. 前記第２ステップは、前記目標値を算出するものであり、
   前記波長検知部は、エタロンを備え、
   前記算出された目標値に基づいて前記エタロンの検知レンジを切り替える制御をなすことを特徴とする請求項２乃至８記載の波長可変レーザの制御方法。
10. 前記メモリは、レーザ発振させるための駆動条件を異なる波長ごとに複数格納してなり、
    前記第１ステップは、前記格納された駆動条件の中から前記第１波長における駆動条件を選択するステップを含むことを特徴とする請求項１乃至９記載の波長可変レーザの制御方法。
11. 前記第１ステップに先立ち、前記第２波長を指示する情報に基づいて前記第１波長を決定するステップが実行されることを特徴とする請求項１０記載の波長可変レーザの制御方法。
12. 前記第１ステップに先立ち、前記第１波長を指示する情報と前記第１波長と第２波長との波長差分を指示する情報とを得るステップが実行されることを特徴とする請求項１０記載の波長可変レーザの制御方法。
13. 波長可変レーザを発振させるための駆動条件を異なる波長ごとに複数格納してなる第１データテーブルと、
    前記駆動条件の波長変化に対する変化率を格納してなる第２データテーブルと、を具備してなることを特徴とする波長可変レーザの制御データ構造。
14. 前記第２データテーブルには、前記波長可変レーザの波長検知部が備えるエタロンの温度の波長変化量に対する変化率が格納されてなることを特徴とする請求項１３記載の波長可変レーザの制御データ構造。
15. 出力波長を制御可能な波長可変レーザであって、
    第１波長でレーザ発振させるための波長可変レーザの駆動条件と、前記第１波長と前記第１波長とは異なる第２波長との波長差分とに基づき、前記第２波長で前記波長可変レーザを駆動するための駆動条件を算出する制御と、前記算出された駆動条件に基づいて、前記波長可変レーザを前記第２波長で発振させる制御と、を行うコントローラを含むことを特徴とする波長可変レーザ。
16. 波長可変帯域内における離散的な複数の波長ごとに、その駆動条件を格納したメモリと、
    指示された要求波長が、前記離散的な複数の波長の間の波長である場合には、当該波長を実現するための駆動条件を演算によって取得して、前記要求波長における駆動制御をなす制御部と、を備えることを特徴とする波長可変レーザ。
17. 前記要求波長は、前記離散的な複数の波長の間の帯域全域において受容されることを特徴とする請求項１６記載の波長可変レーザ。

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