JP2015106664A - 波長可変レーザの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 波長調整の精度を向上させることができる、波長可変レーザの制御方法を提供する。
【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、波長選択要素に対応するヒータが設けられた半導体レーザの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波長に対応した、前記波長検知部の波長特性あるいは前記目標値を定める検知部情報と、前記ヒータの制御目標値とを含む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波長と前記第１波長とは異なる第２波長との波長差分に基づいて、前記第１ステップにおいて取得された、前記検知部情報とヒータの制御目標値を前記第２波長に対応した値に更新する第２ステップと、
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第３ステップと、を含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は、波長可変レーザの制御方法に関するものである。

反射スペクトルのピーク波長が周期的に分布する第１波長選択部と、利得スペクトルのピーク波長が周期的に分布する第２波長選択部と、を備える半導体レーザが提案されている。特許文献１は、第２波長選択部において、屈折率制御領域と、位相調整領域とを設ける技術を開示している。

特開２０１１−２４９６１８号公報

しかしながら、特許文献１の技術では制御パラメータが多くなり、波長調整が困難である。それにより、波長調整の精度を向上させる技術が望まれる。

そこで、波長調整の精度を向上させることができる、波長可変レーザの制御方法を提供することを目的とする。

本願１の発明は、（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、波長選択要素に対応するヒータが設けられた半導体レーザの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波長に対応した、前記波長検知部の波長特性あるいは前記目標値を定める検知部情報と、前記ヒータの制御目標値とを含む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波長と前記第１波長とは異なる第２波長との波長差分に基づいて、前記第１ステップにおいて取得された、前記検知部情報とヒータの制御目標値を前記第２波長に対応した値に更新する第２ステップと、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第３ステップと、を含む波長可変レーザの制御方法である。

上記発明によれば、波長調整の精度を向上させることができる。

実施例１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。 本実施例における半導体レーザの全体構成を示す模式的断面図である。 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。 グリッドレス制御における要求波長と基本波長との関係を表す図である。 グリッドレス制御の原理を示す図である。 （ａ）は係数Ａを表し、（ｂ）は係数Ｂ１を表し、（ｃ）は係数Ｂ２を表す。 波長可変レーザの起動手順を説明するためのフローチャートである。 （ａ）は係数Ａを表し、（ｂ）は係数Ｂ１を表し、（ｃ）は係数Ｂ２を表す。

[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。

本願発明は、（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、波長選択要素に対応するヒータが設けられた半導体レーザの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波長に対応した、前記波長検知部の波長特性あるいは前記目標値を定める検知部情報と、前記ヒータの制御目標値とを含む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波長と前記第１波長とは異なる第２波長との波長差分に基づいて、前記第１ステップにおいて取得された、前記検知部情報とヒータの制御目標値を前記第２波長に対応した値に更新する第２ステップと、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第３ステップと、を含む波長可変レーザの制御方法である。
（２）前記波長選択要素は、複数の縦モードを有する第１波長選択要素、前記第１波長選択要素とは縦モード間隔が異なる複数の縦モードを有する第２波長選択要素、前記第１波長選択要素の温度を制御する第１ヒータ、前記第２波長選択要素の温度を制御する第２ヒータを含んでなり、前記第２ステップにおいては、前記波長差分に基づいて、前記第１ヒータおよび前記第２ヒータの前記制御目標値を更新する処理が実行されるとともに、その実行にあたっては、前記制御目標値を得るために、波長差分に対して適用される演算係数が、前記第１ヒータと前記第２ヒータとで異なっていてもよい。
（３）前記第１波長選択要素はＳＧ−ＤＦＢ領域であり、前記第２波長選択要素はＳＧ−ＤＢＲ領域であってもよい。

［本願発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る波長可変レーザの制御方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

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、検知部５０、メモリ６０、コントローラ７０などを備える。検知部５０は、出力検知部および波長ロッカ部として機能する。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、光吸収領域Ｄと、反射防止膜ＡＲと、反射膜ＨＲとを備える。ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａと、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂは、この半導体レーザ３０の波長選択要素として機能する。この半導体レーザ３０の波長制御は、このような波長選択要素の温度をヒータによって制御し、その屈折率を変更することにより、実行される。

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、反射防止膜ＡＲ、ＳＯＡ領域Ｃ、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂ、光吸収領域Ｄ、反射膜ＨＲ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。ＳＯＡ領域Ｃは、光増幅器として機能する。

ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａは、基板１上に、下クラッド層２、光導波層３、上クラッド層６が積層された構造を有する。ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａにおける上クラッド層６よりも上部については後述する。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。光吸収領域Ｄは、基板１上に、下クラッド層２、光吸収層５、上クラッド層６、コンタクト層１３、および電極１４が積層された構造を有する。端面膜１６は、ＡＲ（Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）膜からなる。反射膜１７は、ＨＲ（Ｈｉｇｈ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）膜からなる。

ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂ、ＳＯＡ領域Ｃおよび光吸収領域Ｄ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。光導波層３、光導波層４、光吸収層５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、光導波層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。光吸収領域Ｄ側における基板１、下クラッド層２、光吸収層５、および上クラッド層６の端面には、反射膜１７が形成されている。反射膜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、光導波層３、光導波層４、光吸収層５および光増幅層１９を上下で光閉込めしている。

光導波層３は、光伝搬方向に沿って利得領域３ａと、利得を持たないパッシブ導波路３ｂとが交互に配置された構造を有する。利得領域３ａ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。パッシブ導波路３ｂは、例えば、ＰＬ波長差２００ｎｍ以上のＩｎＧａＡｓＰ系バルク層、ＰＬ波長差２００ｎｍ以上のＡｌＧａＩｎＡｓＰ系量子井戸構造層などである。

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、利得領域３ａよりも大きいエネルギギャップを有する。光吸収層５は、半導体レーザ３０の発振波長に対して、吸収特性を有する材料が選択される。光吸収層５としては、その吸収端波長が例えば半導体レーザ３０の発振波長に対して長波長側に位置する材料を選択することができる。なお、半導体レーザ３０の発振波長のうち、もっとも長い発振波長よりも吸収端波長が長波長側に位置していることが好ましい。

光吸収層５は、例えば、量子井戸構造で構成することが可能であり、例えばＧａ_０．４７Ｉｎ_０．５３Ａｓ（厚さ５ｎｍ）の井戸層とＧａ_０．２８Ｉｎ_０．７２Ａｓ_０．６１Ｐ_０．３９（厚さ１０ｎｍ）の障壁層が交互に積層された構造を有する。また、光吸収層５はバルク半導体であってよく、例えばＧａ_０．４６Ｉｎ_０．５４Ａｓ_０．９８Ｐ_０．０２からなる材料を選択することもできる。なお、光吸収層５は、利得領域３ａと同じ材料で構成してもよく、その場合は、利得領域３ａと光吸収層５とを同一工程で作製することができるから、製造工程が簡素化される。

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と利得領域３ａとを同じ材料で構成することもできる。この場合、光増幅層１９と利得領域３ａとを同一工程で作製することができるため、製造工程が簡素化される。

コンタクト層１３，２０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、ＳｉＮ，ＳｉＯ_２等の絶縁体からなる保護膜である。ヒータ１０は、ＮｉＣｒ等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２１、電源電極１１およびグランド電極１２は、金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。反射膜１７は、１０％以上（一例として２０％）の反射率を有するＨＲ膜であり、反射膜１７から外部に漏洩する光出力を抑制することができる。例えばＳｉＯ_２とＴｉＯＮとを交互に３周期積層した多層膜で構成することができる。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。反射膜１７が１０％以上の反射率を有しているので、外部からリア側端面に入射する迷光に対してもその侵入が抑制される。また、リア側端面から半導体レーザ３０に侵入した迷光は、光吸収層５で光吸収される。それにより、半導体レーザ３０の共振器部分、すなわち、ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡおよびＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂへの迷光の到達が抑制される。

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。

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。本実施例においては、一例として、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂは７つのセグメントを備える。ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ側から、同一の光学長を有する３つのセグメントＳＧ１、同一の光学長を有する２つのセグメントＳＧ２、および同一の光学長を有する２つのセグメントＳＧ３が連結されている。セグメントＳＧ１、セグメントＳＧ２、およびセグメントＳＧ３の光学長は、１８０μｍ程度であり、互いに異なっている。なお、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａにおける各セグメントが第１反射器を構成し、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂにおける各セグメントが第２反射器を構成する。

ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａは、光学長の大きい長セグメント（長セグメント領域）と、光学長の小さい短セグメント（短セグメント領域）とを含む。長セグメントは、短セグメントの少なくとも１つよりＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂに近い位置に配置されている。長セグメントは、短セグメントよりも、短セグメントの整数倍（ｎ≧２）±２５％の範囲で大きい光学長を有する。すなわち、長セグメントは、短セグメントに、当該短セグメントの光学長の整数倍±２５％の光学長がプラスされた構成を有する。

また、長セグメントおよび短セグメントの回折格子部の光学長は、長セグメントおよび短セグメントのそれぞれのセグメントの光学長の１０％以下の光学長を有する。すなわち、長セグメントと短セグメントの回折格子部の光学長が、それぞれの長セグメントおよび短セグメントのセグメントの光学長の１０％以下の光学長であることが好ましい。

本実施例においては、一例として、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａは、６つのセグメントを備える。ＳＯＡ領域Ｃ側から、同一の光学長を有する５つの短セグメントＳＧ４が連結され、さらにＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂ側に１つの長セグメントＳＧ５が連結されている。短セグメントＳＧ４の光学長は、セグメントＳＧ１〜ＳＧ３と異なっており、例えば１６０μｍ程度である。長セグメントＳＧ５の光学長は、例えば３２０μｍ程度である。ＣＳＧ−ＤＢＲ領域ＢのセグメントＳＧ１〜ＳＧ３およびＳＧ−ＤＦＢ領域Ａの短セグメントＳＧ４および長セグメントＳＧ５が半導体レーザ３０内において共振器を構成する。ＣＳＧ−ＤＢＲ領域ＢのセグメントＳＧ１〜ＳＧ３およびＳＧ−ＤＦＢ領域Ａの短セグメントＳＧ４および長セグメントＳＧ５の回折格子部の長さは、４μｍ程度である。

なお、本実施例では、長セグメントのスペース部の光学長を短セグメントのスペース部の光学長より大きくすることでセグメントの光学長をプラスしているが、長セグメントの回折格子の光学長を短セグメントの回折格子の光学長より大きくすることで、セグメントの光学長をプラスしてもよい。また、セグメントの回折格子およびスペース部の両方の光学長を変化させることで、セグメントの光学長をプラスしてもよい。

半導体レーザ３０においては、フロント側への伝搬光とリア側への伝搬光との位相を整合させるために、半導体レーザ３０の共振器内を伝搬する光の位相を９０度シフトさせる位相シフト構造を有している。本実施例においては、長セグメントＳＧ５が位相シフト構造を有している。具体的には、長セグメントＳＧ５のスペース部において、導波路の幅を一部縮小（または拡大）した領域を設ける。これらを設けたことにより、他の導波路との境界（前後２箇所）において伝搬定数が変化する部分が生じる。この伝搬定数の変化により、上記位相シフトを実現している。この伝搬定数の変化量は、導波路幅の変化量によって決めることができる。なお、この方法によって位相シフトを導入する場合、ＳＧ−ＤＦＢ領域とＣＳＧ−ＤＢＲ側のそれぞれにおける回折格子の構造的なピッチの位相は、全て同じである。

なお、位相シフトを導入する方法は他にも種々ある。ＳＧ−ＤＦＢ領域あるいはＣＳＧ−ＤＢＲ領域側のいずれかの部分を境界にして、回折格子の構造的なピッチの位相をずらすことで位相シフトを実現することもできる。この境界は、スペース部でもよいし、回折格子部でもよい。境界は共振器全体の中央付近（本実施例ではＳＧ５の付近）に付与することが好ましい。また、他の位相シフト構造として、光導波路の一部に他とは屈折率の異なる材料を導入する方法もある。

続いて、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａにおける上クラッド層６よりも上部について説明する。利得領域３ａは、短セグメントＳＧ４および長セグメントＳＧ５の少なくとも回折格子１８を含む領域の上に配置されている。利得領域３ａの上方において、上クラッド層６上に、コンタクト層７および電極８が積層されている。コンタクト層７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。電極８は、金等の導電性材料からなる。

パッシブ導波路３ｂは、短セグメントＳＧ４および長セグメントＳＧ５のスペース部において、利得領域３ａ以外の箇所に配置されている。したがって、各セグメントにおいて、回折格子１８を含む領域に利得領域３ａが配置され、スペース部の少なくとも一部の領域にパッシブ導波路３ｂが配置されている。パッシブ導波路３ｂ上の上クラッド層６上には、絶縁膜９を介してヒータ２２が設けられている。ヒータ２２には、それぞれ電源電極２３およびグランド電極２４が設けられている。

なお、長セグメントＳＧ５は、短セグメントＳＧ４側から利得領域３ａ、パッシブ導波路３ｂ、利得領域３ａと配置されており、短セグメントＳＧ４が２つ分構成されたものである。長セグメントＳＧ５は、利得領域、パッシブ導波路、利得領域、パッシブ導波路の順に配置されたものうちＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂ側の利得領域、パッシブ導波路を反対に配置し、利得領域、パッシブ導波路、パッシブ導波路、利得領域の順に配置したものである。このように、長セグメントＳＧ５は、両側に利得領域３ａ、その内側にパッシブ導波路３ｂのように配置される。上述したように、この隣り合ったパッシブ導波路は、１つのパッシブ導波路として扱うことができる。

また、長セグメントＳＧ５は、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂ側の端で利得領域３ａを配置している。これは、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂ側の端にパッシブ導波路３ｂが配置されていると、長セグメントＳＧ５のパッシブ導波路３ｂを制御したときに、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂのパッシブ導波路３ｂに影響が出てしまうためである。よって、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂ側の端で利得領域３ａが配置されている。よって、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂ側の端で利得領域３ａを配置すると、長セグメントＳＧ５は、両側に利得領域３ａ、その内側にパッシブ導波路３ｂが配置された構成となる。

各電極８には、共通の電圧Ｖ_{ａｎｏｄｅ}が印加される。各ヒータ２２のグランド電極２４は、基準電位を有する共通端子に接続されている（図示しない）。長セグメントＳＧ５のヒータは、短セグメントＳＧ４のヒータ２つ分の構成である。各ヒータ２２の電源電極２３には、互いに独立した電源が接続されている。この場合、長セグメントＳＧ５のヒータ２２を短セグメントＳＧ４のヒータ２２と独立して制御できる。

続いて、半導体レーザ３０の動作について説明する。電極８に所定の駆動電流を注入することによって、利得領域３ａにおいて光が発生する。利得領域３ａにおいて発生した光は、光導波層３および光導波層４を繰り返し反射および増幅されてレーザ発振する。各セグメントで反射した光は、互いに干渉する。それにより、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａにおいては、ピーク強度が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、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂにおいては、ピーク強度が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。利得スペクトルおよび反射スペクトルの組み合わせにより、バーニア効果を利用して、所望の波長で安定してレーザ発振させることができる。

また、半導体レーザ３０の温度を、図示しない温度制御装置（ＴＥＣ：Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｏｌｅｒ）によって、所定の値に制御する。さらに、電源電極１１を介して各ヒータ１０に所定の電力を供給することによって、各ヒータ１０にそれぞれ所定の温度で発熱させる。それにより、セグメントＳＧ１〜ＳＧ３の屈折率を変化させる。さらに、電源電極２２を介して各ヒータ２２に所定の電力を供給することによって、各ヒータ２２にそれぞれ所定の温度で発熱させる。それにより、短セグメントＳＧ４および長セグメントＳＧ５の屈折率を変化させる。以上の手順により、発振波長を選択することができる。

レーザ発振によって得られるレーザ光は、フロント側端面（ＳＯＡ領域Ｃ側）から外部に出力される。なお、電極２１に所定の駆動電流を注入することによって、半導体レーザ３０から出力されるレーザ光の光強度を所定の値に制御することができる。本実施例においては、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの波長特性のピーク同士の強度が波長依存性を有しているため、安定したレーザ発振を実現することができる。

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。

波長可変レーザ１００においては、検知部５０が半導体レーザ３０のフロント側に配置されている。検知部５０が波長ロッカ部として機能することから、波長可変レーザ１００は、フロントロッカタイプと呼ぶことができる。検知部５０は、第１受光素子４２、ビームスプリッタ５１、エタロン５２、第２温度制御装置５３、第２受光素子５４、および第２サーミスタ５５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。ビームスプリッタ５１は、ビームスプリッタ４１からの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つの光の他一方を透過する位置に配置されている。第２受光素子５４は、エタロン５２を透過した透過光を受光する位置に配置されている。

エタロン５２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５２としてソリッドエタロンを用いる。なお、ソリッド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つの光の他方を透過する位置に配置されている。また、エタロン５２は、第２温度制御装置５３上に配置されている。第２温度制御装置５３は、ペルチェ素子を含み、ＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｏｌｅｒ）として機能する。このようなエタロン５２の温度を定める第２温度制御装置５３の温度設定値は、波長検知部における検知部情報ということができる。

第２受光素子５４は、エタロン５２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５５は、エタロン５２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５５は、例えば第２温度制御装置５３上に配置されている。本実施例では、第２温度制御装置５３の温度を第２サーミスタ５５で検出することで、エタロン５２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の発振波長に対応する番号である。各チャネルの波長は、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。例えば、各チャネルは、ＩＴＵ−Ｔ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｕｎｉｏｎ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ Ｓｅｃｔｏｒ）のグリッド波長（５０ＧＨｚ間隔）に対応している。または、ＩＴＵ−Ｔ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。本実施例においては、各チャネルの波長が基本波長と定義される。

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５２の初期温度値Ｔ_{Ｅｔａｌｏｎ}、セグメントＳＧ１に対応するヒータ１０に供給される初期電力値Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ１}、セグメントＳＧ２に対応するヒータ１０に供給される初期電力値Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ２}、セグメントＳＧ３に対応するヒータ１０に供給される初期電力値Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ３}、短セグメントＳＧ４に対応するヒータ２２に供給される初期電力値Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ４}、および長セグメントＳＧ５に対応するヒータ２２に供給される初期電力値Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ５}を含む。なお、ヒータの抵抗はあらかじめ得られているため、図３において、初期電力値Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ１}〜Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ５}は、電流値に変換して記載されている。

これら初期設定値は、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１受光素子４２が出力する光電流Ｉ_ｍ１に対する第２受光素子５４が出力する光電流Ｉ_ｍ２の比の目標値Ｉ_ｍ２／Ｉ_ｍ１を含む。このような目標値Ｉ_ｍ２／Ｉ_ｍ１についても、波長検知部の検知部情報ということができる。また、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、各チャネルに共通の値である。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。

本実施例に係る波長可変レーザ１００は、要求波長が基本波長と一致しなくても、当該要求波長を出力することができる。基本波長と異なる波長での出力を可能とする制御のことを、以下、グリッドレス制御と称する。図４は、グリッドレス制御における要求波長と基本波長との関係を表す図である。図４に示すように、グリッドレス制御においては、要求波長は、基本波長と隣接する他の基本波長との間の波長である。なお、要求波長は、基本波長と一致していてもよい。

図５は、グリッドレス制御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_ｍ２／Ｉ_ｍ１（エタロン５２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５２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５２の温度を第２温度制御装置５３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_ｍ２／Ｉ_ｍ１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５２が初期温度値Ｔ_{Ｅｔａｌｏｎ}であると、基本波長で発振することになる。一方、エタロン５２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_ｍ２／Ｉ_ｍ１が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、その基本波長からシフトする。つまり、要求波長と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_ｍ２／Ｉ_ｍ１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、要求波長と基本波長との波長差分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ことができる。

本実施例においては、フィードバック制御目標値を変更しないが、コントローラ７０は、上記波長差分ΔＦを用いて、初期設定値から更新設定値を演算する。更新設定値には、要求波長を実現するための、エタロン５２の温度値と、半導体レーザ３０の波長調整用の制御パラメータとが含まされる。まず、エタロン５２の温度値について説明する。上記したように、エタロン５２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５２における周波数変動量／温度変化量［ＧＨｚ／℃］を、エタロン５２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５２の設定温度をＴｅｔｌｎ＿Ａ［℃］とする。またエタロン５２の初期温度、すなわち選択された基本波長に対応したエタロン５２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、基本波長と要求波長との波長差分（絶対値）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５３の温度を設定温度Ｔｅｔｌｎ＿Ａに制御することによって、比Ｉ_ｍ２／Ｉ_ｍ１をそのまま利用して、要求波長を得ることが可能となる。なお、設定温度Ｔｅｔａｌｎ＿Ａを更新設定値として用いる。なお、第２温度制御装置５３の温度を設定温度Ｔｅｔｌｎ＿Ｂをそのまま利用し、比Ｉ_ｍ２／Ｉ_ｍ１を更新設定値として利用することによっても、要求波長で発振させる制御を実行することができる。

次に、半導体レーザ３０の波長調整用の制御パラメータについて説明する。半導体レーザ３０においては、短セグメントＳＧ４の屈折率を制御することによって、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａの波長特性を調整することができる。それにより、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａの利得スペクトルを調整することができ、その結果、半導体レーザ３０の発振波長を制御することができる。また、この制御に際しては、長セグメントＳＧ５の屈折率制御による位相シフト量の調整と、セグメントＳＧ１〜ＳＧ３の屈折率制御によるＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの反射スペクトルの調整を行う。ここで、Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ１}〜Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ５}は、更新設定値に含まれる波長調整用の制御パラメータに相当する。

Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ１}〜Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ５}の更新設定値は、初期設定値から演算により求めることができる。本実施例においては、波長差分ΔＦに応じて係数Ａを用いてＰ_{Ｈｅａｔｅｒ４}の更新設定値を求める。これに応じて、波長差分ΔＦ、係数Ａおよび係数Ｂ１を用いてＰ_{Ｈｅａｔｅｒ１}〜Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ３}の更新設定値を求め、波長差分ΔＦ、係数Ａおよび係数Ｂ２を用いてＰ_{Ｈｅａｔｅｒ５}の更新設定値を求める。このようにすることで、セグメントＳＧ４に対応するヒータ２２の制御情報に応じて、セグメントＳＧ１〜ＳＧ３に対応するヒータ１０の制御情報およびセグメントＳＧ５に対応するヒータ２２の制御情報を演算することができる。その結果、波長検知部における検知部情報だけを更新する場合に比べて、高速に要求波長を実現することができる。

なお、ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡとＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂは、縦モードの間隔がそれぞれ異なっている。これを利用して、半導体レーザ３０は、バーニア効果を利用した波長選択が可能になる。ここで、バーニア効果によって特定の縦モード波長が選択された状態で、ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡとＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの波長特性を同じだけシフトさせれば、選択された縦モード波長は、そのバーニア効果（選択効果）を維持したまま、シフト分だけ波長を変化させることができる。このため、ヒータが設けられたＳＧ−ＤＦＢ領域ＡとＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂを備える場合には、それぞれに設けられたヒータを同じだけ変更すれば、上記バーニア効果を維持した状態での波長シフトが実現できる。しかし、ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡとＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂは構造が異なることが多く、同じ温度変化を与えると、バーニア効果が破たんする場合が考えられる。そこで、本実施例では、ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡとＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂのヒータ温度を演算するにあたって、前記波長差分に異なる係数を適用する。

本実施例においては、Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ１}〜Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ３}の更新設定値を求めるに際して、温度を用いる。初期設定値のＰ_{Ｈｅａｔｅｒ１}で実現されるセグメントＳＧ１の温度をＴ１とし、Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ１}の更新設定値で実現されるセグメントＳＧ１の温度をＴ´１とする。初期設定値のＰ_{Ｈｅａｔｅｒ２}で実現されるセグメントＳＧ２の温度をＴ２とし、Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ２}の更新設定値で実現されるセグメントＳＧ２の温度をＴ´２とする。初期設定値のＰ_{Ｈｅａｔｅｒ３}で実現されるセグメントＳＧ３の温度をＴ３とし、Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ３}の更新設定値で実現されるセグメントＳＧ３の温度をＴ´３とする。初期設定値のＰ_{Ｈｅａｔｅｒ４}で実現される短セグメントＳＧ４の温度をＴ４とし、Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ４}の更新設定値で実現される短セグメントＳＧ４の温度をＴ´４とする。初期設定値のＰ_{Ｈｅａｔｅｒ５}で実現される長セグメント５の温度をＴ５とし、Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ５}の更新設定値で実現される長セグメント５の温度をＴ´５とする。なお、Ｔ１〜Ｔ５およびＴ´１〜Ｔ´５は、半導体レーザ３０の温度（第１温度制御装置３１の温度）からの温度差を表している。

まず、Ｔ´４の演算方法について説明する。上記の係数Ａは、短セグメントＳＧ４における温度変化量／周波数変動量［℃／ＧＨｚ］と定義することができる。ここでは波長を周波数で表現している。なお、短セグメントＳＧ４における温度変化量は、短セグメントＳＧ４に対応するヒータ２２の温度変化量と同義である。係数Ａは、半導体レーザ３０の駆動条件の波長変化に対する変化率に相当する。この係数Ａは、あらかじめ実験等によって得られた図６（ａ）のグラフの傾きとして得られる。図６（ａ）において、横軸は半導体レーザ３０の発振周波数を示し、縦軸は短セグメントＳＧ４の温度を示す。係数Ａを用いることによって、下記式（２）に従って、Ｔ´４を求めることができる。係数Ｄ４を利用して、下記式（３）に従って、Ｔ´４を電力変化量Ｐ４に変換することができる。係数Ｄ４は、電力変化量／温度変動量（ｍＷ／℃）である。
Ｔ´４＝Ｔ４＋ΔＦ×Ａ （２）
Ｐ４＝Ｔ´４×Ｄ４ （３）

次に、Ｔ´１〜Ｔ´３の演算方法について説明する。上記の係数Ｂ１は、（セグメントＳＧ１〜ＳＧ３における温度変化量（℃））／（短セグメントＳＧ４における温度変化量（℃））と定義することができる。ここでは波長を周波数で表現している。セグメントＳＧ１〜ＳＧ３における温度変化量は、セグメントＳＧ１〜ＳＧ３に対応するヒータ１０の温度変化量と同義である。係数Ｂ１は、あらかじめ実験等によって得られた図６（ｂ）のグラフの傾きとして得られる。図６（ｂ）において、横軸は短セグメントＳＧ４における温度変化量を示し、縦軸はセグメントＳＧ１〜ＳＧ３における温度変化量を示す。係数Ｂ１を用いることによって、下記式（４）に従って、Ｔ´１〜Ｔ´３を求めることができる。係数Ａおよび係数Ｂ１を用いることによって、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａの波長特性変化に合わせて、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの反射スペクトルを変化させることができる。また、係数Ｄ１〜Ｄ３を利用して、下記式（５）に従って、Ｔ´１〜Ｔ´３を電力変化量Ｐ１〜Ｐ３に変換することができる。係数Ｄ１〜Ｄ３は、電力変化量／温度変動量（ｍＷ／℃）であり、ヒータ１０の長さ（発熱量）に応じて設定される。
Ｔ´１＝Ｔ１＋ΔＦ×Ａ×Ｂ１
Ｔ´２＝Ｔ２＋ΔＦ×Ａ×Ｂ１
Ｔ´３＝Ｔ３＋ΔＦ×Ａ×Ｂ１ （４）
Ｐ１＝Ｔ´１×Ｄ１
Ｐ２＝Ｔ´２×Ｄ２
Ｐ３＝Ｔ´３×Ｄ３ （５）

次に、Ｔ´５の演算方法について説明する。上記の係数Ｂ２は、（長セグメントＳＧ５における温度変化量（℃））／（短セグメントＳＧ４における温度変化量（℃））と定義することができる。ここでは波長を周波数で表現している。長セグメントＳＧ５における温度変化量は、長セグメントＳＧ５に対応するヒータ２２の温度変化量と同義である。係数Ｂ２は、あらかじめ実験等によって得られた図６（ｃ）のグラフの傾きとして得られる。図６（ｃ）において、横軸は短セグメントＳＧ４における温度変化量を示し、縦軸は長セグメントＳＧ５における温度変化量を示す。係数Ｂ２を用いることによって、下記式（６）に従って、Ｔ´５を求めることができる。なお、係数Ａおよび係数Ｂ２を用いることによって、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａの波長特性変化に合わせて、位相をシフトさせることができる。また、係数Ｄ５を利用して、下記式（７）に従って、Ｔ´５を電力変化量Ｐ５に変換することができる。係数Ｄ５は、電力変化量／温度変動量（ｍＷ／℃）である。
Ｔ´５＝Ｔ５＋ΔＦ×Ａ×Ｂ２ （６）
Ｐ５＝Ｔ´５×Ｄ５ （７）

本実施例においては、電力変化量Ｐ１〜Ｐ３を初期電力値Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ１}〜Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ３}に足し合わせ、電力変化量Ｐ４を初期電力値Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ４}に足し合わせ、電力Ｐ５を初期電力値Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ５}に足し合わせることによって、Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ１}〜Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ３}の更新設定値を求めることができる。

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に格納されている基本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基本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基本波長から最大で隣接する基本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、エタロン５２の波長特性のシフト幅が、隣接する基本波長の差の範囲にわたって可変であればよい。

さらに、メモリ６０には、図３に示した基本波長のうち、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との差を求め、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。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］である。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］である。

次に、コントローラ７０は、Ｔ´４を求める。まず、Ｔ４を１０℃とする。このとき、波長差分ΔＦを＋７．０［ＧＨｚ］、係数Ａを−０．０９１８［℃／ＧＨｚ］とすると下記式（８）からＴ´４は、９．３６℃となる。これを電力変化量に変換すると、下記式（９）から１０２．１８ｍＷとなる。
Ｔ´４＝Ｔ４（１０℃）＋ΔＦ（７ＧＨｚ）×Ａ（−０．０９１８℃／ＧＨｚ）＝９．３６℃ （８）
Ｐ４＝Ｔ´４×Ｄ４＝９．３６℃×１０．９２ｍＷ＝１０２．２１ｍＷ （９）

次に、Ｔ´１を求める。まず、Ｔ１を５℃とする。このとき、波長差分ΔＦを＋７．０［ＧＨｚ］、係数Ａを−０．０９１８［℃／ＧＨｚ］、係数Ｂ１を０．８５［℃／℃］とすると、下記式（１０）からＴ´１は、４．４５℃となる。これを電力変化量に変換すると、２１．８９ｍＷとなる。
Ｔ´１＝Ｔ１（５℃）＋ΔＦ（７ＧＨｚ）×Ａ（−０．０９１８℃／ＧＨｚ）×Ｂ１（０．８５）＝４．４５℃ （１０）
Ｐ１＝Ｔ´１×Ｄ１＝４．４５℃×４．９２ｍＷ＝２１．８９ｍＷ （１１）

次に、Ｔ´２を求める。まず、Ｔ２を１０℃とする。このとき、波長差分ΔＦを＋７．０［ＧＨｚ］、係数Ａを−０．０９１８［℃／ＧＨｚ］、係数Ｂ１を０．８５［℃／℃］とすると下記式（１２）からＴ´２は、９．４５℃となる。これを電力変化量に変換すると、３１．３７ｍＷとなる。
Ｔ´２＝Ｔ２（１０℃）＋ΔＦ（７ＧＨｚ）×Ａ（−０．０９１８℃／ＧＨｚ）×Ｂ１（０．８５）＝９．４５℃ （１２）
Ｐ２＝Ｔ´２×Ｄ２＝９．４５℃×３．３２ｍＷ＝３１．３７ｍＷ （１３）

次に、Ｔ´３を求める。まず、Ｔ３を１５℃とする。このとき、波長差分ΔＦを＋７．０［ＧＨｚ］、係数Ａを−０．０９１８［℃／ＧＨｚ］、係数Ｂ１を０．８５［℃／℃］とすると下記式（１４）からＴ´３は、１４．４５℃となる。これを電力変化量に変換すると、４４．９４ｍＷとなる。
Ｔ´３＝Ｔ３（１５℃）＋ΔＦ（７ＧＨｚ）×Ａ（−０．０９１８℃／ＧＨｚ）×Ｂ１（０．８５）＝１４．４５℃ （１４）
Ｐ３＝Ｔ´３×Ｄ３＝１４．４５℃×３．１１ｍＷ＝４４．９４ｍＷ （１５）

次に、Ｔ´５を求める。まず、Ｔ５を２℃とする。このとき、波長差分ΔＦを＋７．０［ＧＨｚ］、係数Ａを−０．０９１８［℃／ＧＨｚ］、係数Ｂ２を１．００［℃／℃］とすると下記式（１６）からＴ´５は、１．３６℃となる。これを電力変化量に変換すると、４．９５ｍＷとなる。
Ｔ´５＝Ｔ５（２℃）＋ΔＦ（７ＧＨｚ）×Ａ（−０．０９１８℃／ＧＨｚ）×Ｂ２（１．００）＝１．３６℃ （１６）
Ｐ５＝Ｔ´５×Ｄ５＝１．３６℃×３．６４ｍＷ＝４．９５ｍＷ （１７）

図７は、波長可変レーザ１００の起動手順を説明するためのフローチャートである。図７に示すように、コントローラ７０に要求波長が入力される（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、一例として、要求波長に最も近い基本波長を選択する（ステップＳ２）。

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、設定値を要求波長に対応して更新（算出）し、更新設定値を得る（ステップＳ４）。次に、コントローラ７０は、更新設定値を自身のＲＡＭに書き込む（ステップＳ５）。次に、コントローラ７０は、ＲＡＭに書き込まれた更新設定値を用いて半導体レーザ３０を駆動させる（ステップＳ６）。なお、ＳＯＡ領域Ｃ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の範囲内になるように、ＡＴＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）制御を行う。また、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、更新設定値の温度値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５５の検出温度ＴＨ２が設定範囲内になるように、ＡＴＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）制御を行う。また、第２サーミスタ５５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、更新設定値に含まれる設定温度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５５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５３に供給される電流値を変更する。なお、ステップＳ８において「Ｙｅｓ」と判定された場合においても、上記の第２温度制御装置５３によるＡＴＣ制御の動作は継続する。

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、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Ｓ９）。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ＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｔｒｏｌ）制御を動作する。それにより、半導体レーザ３０から更新波長のレーザ光が出力される。なお、ステップＳ９においても、ＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｔｒｏｌ）制御の動作は継続する。

次に、コントローラ７０は、第１温度制御装置３１による温度値Ｔ_ＬＤを制御目標とした温度制御を終了する（ステップＳ１０）。次に、コントローラ７０は、第１温度制御装置３１によるＡＦＣ制御を開始する（ステップＳ１１）。つまり、第１温度制御装置３１の温度が、フィードバック制御目標値の比Ｉ_ｍ２／Ｉ_ｍ１を満たすようにフィードバック制御される。エタロン５２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Ｓ１１では、前後比がＩ_ｍ２／Ｉ_ｍ１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ＡＦＣ制御が動作される。それにより、要求波長が実現される。コントローラ７０は、比Ｉ_ｍ２／Ｉ_ｍ１がステップＳ２で選択された基本波長における目標値Ｉ_ｍ２／Ｉ_ｍ１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Ｓ１２）。その後、フローチャートの実行が終了する。

本実施例によれば、Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ４}の更新設定値が、波長差分ΔＦと短セグメントＳＧ４に対応するヒータ２２の温度変化量との関係（図６（ａ））を用いて設定される。Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ１}〜Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ３}の更新設定値は、波長差分ΔＦと短セグメントＳＧ４に対応するヒータ２２の温度変化量との関係（図６（ａ））が、半導体レーザ３０の波長変化に対する短セグメントＳＧ４の温度変化量とセグメントＳＧ１〜ＳＧ３の温度変化量との相関関係（図６（ｂ））を用いて補正されたものである。Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ５}の更新設定値は、波長差分ΔＦと短セグメントＳＧ４に対応するヒータ２２の温度変化量との関係（図６（ａ））が、半導体レーザ３０の波長変化に対する短セグメントＳＧ４の温度変化量と長セグメントＳＧ５の温度変化量との相関関係（図６（ｃ））を用いて補正されたものである。この場合、セグメントＳＧ１〜ＳＧ５をそれぞれ独立して制御する場合と比較して、制御パラメータを低減することができる。その結果、波長調整の精度を向上させることができる。

実施例１では、温度を計算してから電力を求めたが、係数を用いて直接電力を求めることもできる。実施例２では、係数を用いて直接電力を求める例について説明する。本実施例において、Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ４}の更新設定値をＰ´４とし、Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ１}〜Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ３}の更新設定値をＰ´１〜Ｐ´３とし、Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ５}の更新設定値をＰ´５とする。

まず、更新設定値Ｐ´４の演算方法について説明する。本実施例においては、係数Ａは、（セグメント４に対応するヒータ２２の電力変化量）／（短セグメントＳＧ４における周波数変動量）［ｍＷ／ＧＨｚ］と定義することができる。ここでは波長を周波数で表現している。係数Ａは、半導体レーザ３０の駆動条件の波長変化に対する変化率に相当する。なお、この係数Ａは、あらかじめ実験等によって得られた図８（ａ）のグラフの傾きとして得られる。図８（ａ）において、横軸は周波数を示し、縦軸は短セグメントＳＧ４に対応するヒータ２２の電力変化量を示す。係数Ａを用いることによって、下記式（１８）に従って、更新設定値Ｐ´４を求めることができる。
Ｐ´４＝Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ４}＋ΔＦ×Ａ （１８）

次に、更新設定値Ｐ´１〜Ｐ´３の演算方法について説明する。係数Ｂ１＿１〜Ｂ１＿３は、（セグメントＳＧ１〜ＳＧ３に対応するヒータ１０における電力変化量）／（短セグメントＳＧ４に対応するヒータ２２の電力変化量）と定義することができる。係数Ｂ１＿１〜Ｂ１＿３は、あらかじめ実験等によって得られた図８（ｂ）のグラフの傾きとして得られる。図８（ｂ）において、横軸は短セグメントＳＧ４に対応するヒータ２２の電力変化量を示し、縦軸はセグメントＳＧ１〜ＳＧ３に対応するヒータ１０の電力変化量を示す。係数Ｂ１＿１〜Ｂ１＿３を用いることによって、下記式（１９）に従って、更新設定値Ｐ´１〜Ｐ´３を求めることができる。なお、係数Ａおよび係数Ｂ１＿１〜Ｂ１＿３を用いることによって、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａの波長特性変化に合わせて、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの反射スペクトルを変化させることができる。
Ｐ´１＝Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ１}＋ΔＦ×Ａ×Ｂ１＿１
Ｐ´２＝Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ２}＋ΔＦ×Ａ×Ｂ１＿２
Ｐ´３＝Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ３}＋ΔＦ×Ａ×Ｂ１＿３ （１９）

次に、更新設定値Ｐ´５の演算方法について説明する。係数Ｂ２は、（長セグメントＳＧ５に対応するヒータ２２における電力変化量）／（短セグメントＳＧ４に対応するヒータ２２の電力変化量）と定義することができる。係数Ｂ２は、あらかじめ実験等によって得られた図８（ｃ）のグラフの傾きとして得られる。図８（ｃ）において、横軸は短セグメントＳＧ４に対応するヒータ２２の電力変化量を示し、縦軸は長セグメントＳＧ５に対応するヒータ２２の電力変化量を示す。係数Ｂ２を用いることによって、下記式（２０）に従って、更新設定値Ｐ´５を求めることができる。なお、係数Ａおよび係数Ｂ２を用いることによって、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａの波長特性変化に合わせて、位相をシフトさせることができる。
Ｐ´５＝Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ５}＋ΔＦ×Ａ×Ｂ２ （２０）

以下に具体例を示す。基本波長との差を演算することで、演算によって波長差分ΔＦは＋７．０［ＧＨｚ］を得ることができる。実施例１の波長差分ΔＦを得るところまでは、同じであるため省略する。次に、更新設定値Ｐ´４を求める。初期設定値Ｐ_{ｈｅａｔｅｒ４}を１０９．２０ｍＷとする。このとき、波長差分ΔＦを＋７．０［ＧＨｚ］、係数Ａ１を−１．００２５［ｍＷ／ＧＨｚ］とすると、下記式（２１）から更新設定値Ｐ´４は、１０２．１８ｍＷとなる。
Ｐ´４＝Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ４}（１０９．２０ｍＷ）＋ΔＦ（７ＧＨｚ）×Ａ（−１．００２５ｍＷ／ＧＨｚ）＝１０２．１８ｍＷ （２１）

次に、更新設定値Ｐ´２を求める。初期設定値Ｐ_{Ｈｅａｅｔｒ１}を２５ｍＷとする。このとき、波長差分ΔＦを＋７．０［ＧＨｚ］、係数Ｂ１＿１を０．３８２６とすると、下記式（２２）から更新設定値Ｐ´１は、２１．９２ｍＷとなる。
Ｐ´１＝Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ１}（２４．６０ｍＷ）＋ΔＦ（７ＧＨｚ）×Ａ（−１．００２５ｍＷ／ＧＨｚ）×Ｂ１＿１（０．３８２６）＝２１．９２ｍＷ （２２）

次に、更新設定値Ｐ´２を求める。初期設定値Ｐ_{Ｈｅａｅｔｒ２}を３４．０ｍＷとする。このとき、波長差分ΔＦを＋７．０［ＧＨｚ］、係数Ｂ１＿２を０．２５８８とすると、下記式（２３）から更新設定値Ｐ´２は、３２．４ｍＷとなる。
Ｐ´２＝Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ２}（３３．２０ｍＷ）＋ΔＦ（７ＧＨｚ）×Ａ（−１．００２５ｍＷ／ＧＨｚ）×Ｂ１＿２（０．２５８８）＝３１．３８ｍＷ （２３）

次に、更新設定値Ｐ´３を求める。初期設定値Ｐ_{Ｈｅａｅｔｒ３}を４６．６５ｍＷとする。このとき、波長差分ΔＦを＋７．０［ＧＨｚ］、係数Ｂ１＿３を０．２４２２とすると、下記式（２４）から更新設定値Ｐ´３は、４４．９５ｍＷとなる。
Ｐ´３＝Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ３}（４６．６５ｍＷ）＋ΔＦ（７ＧＨｚ）×Ａ（−１．００２５ｍＷ／ＧＨｚ）×Ｂ１＿３（０．２４２２）＝４４．９５ｍＷ （２４）

次に、更新設定値Ｐ´５を求める。初期設定値Ｐ_{Ｈｅａｅｔｒ５}を７．２８ｍＷとする。このとき、波長差分ΔＦを＋７．０［ＧＨｚ］、係数Ｂ２を０．３３００とすると、下記式（２５）から更新設定値Ｐ´５は、４．９６ｍＷとなる。
Ｐ´５＝Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ５}（７．２８ｍＷ）＋ΔＦ（７ＧＨｚ）×Ａ（−１．００２５ｍＷ／ＧＨｚ）×Ｂ２（０．３３００）＝４．９６ｍＷ （２５）

本実施例によれば、Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ４}の更新設定値が、波長差分ΔＦと短セグメントＳＧ４に対応するヒータ２２の電力変化量との関係（図８（ａ））を用いて設定される。Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ１}〜Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ３}の更新設定値は、波長差分ΔＦと短セグメントＳＧ４に対応するヒータ２２の電力変化量との関係（図８（ａ））が、半導体レーザ３０の波長変化に対する短セグメントＳＧ４に対応するヒータ２２の電力変化量とセグメントＳＧ１〜ＳＧ３に対応するヒータ１０の電力変化量との相関関係（図８（ｂ））を用いて補正されたものである。Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ５}の更新設定値は、波長差分ΔＦと短セグメントＳＧ４に対応するヒータ２２の電力変化量との関係（図８（ａ））が、半導体レーザ３０の波長変化に対する短セグメントＳＧ４に対応するヒータ２２の電力変化量と長セグメントＳＧ５に対応するヒータ２２の電力変化量との相関関係（図８（ｃ））を用いて補正されたものである。この場合、セグメントＳＧ１〜ＳＧ５をそれぞれ独立して制御する場合と比較して、制御パラメータを低減することができる。その結果、波長調整の精度を向上させることができる。

なお、上記各例において、セグメントの屈折率を調整するための屈折率制御部としてヒータを用いたが、それに限られない。例えば、電流注入によって屈折率を変化させるための電極を備えていてもよい。また、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂの代わりに、各セグメントの光学長が同じＳＧ−ＤＢＲを用いてもよい。

上記各例において、セグメントＳＧ１〜ＳＧ３に対応するヒータ１０が第１屈折率制御部として機能し、セグメントＳＧ１〜ＳＧ３が第１屈折率制御領域として機能する。また、短セグメントＳＧ４に対応するヒータ２２が第２屈折率制御部として機能し、短セグメントＳＧ４が第２屈折率制御領域として機能する。また、長セグメントＳＧ５に対応するヒータ２２が第３屈折率制御部として機能し、長セグメントＳＧ５が位相調整領域として機能する。また、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂが第１波長選択部として機能し、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａが第２波長選択部として機能する。

１ 基板
２ 下クラッド層
３ 光導波層
３ａ 利得領域
３ｂ パッシブ導波路
４ 光導波層
５ 光吸収層
６ 上クラッド層
７ コンタクト層
８ 電極
９ 絶縁膜
１０ ヒータ
１１ 電源電極
１２ グランド電極
１３ コンタクト層
１５ 裏面電極
１６ 端面膜
１７ 反射膜
１８ 回折格子
１９ 光増幅層
２０ コンタクト層
２１ 電極
２２ ヒータ
２３ 電源電極
２４ グランド電極
３０ 半導体レーザ
３１ 第１温度制御装置
３２ 第１サーミスタ
４１ ビームスプリッタ
４２ 第１受光素子
５０ 検知部
５１ ビームスプリッタ
５２ エタロン
５３ 第２温度制御装置
５４ 第２受光素子
５５ 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 (3)

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、波長選択要素に対応するヒータが設けられた半導体レーザの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波長に対応した、前記波長検知部の波長特性あるいは前記目標値を定める検知部情報と、前記ヒータの制御目標値とを含む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波長と前記第１波長とは異なる第２波長との波長差分に基づいて、前記第１ステップにおいて取得された、前記検知部情報とヒータの制御目標値を前記第２波長に対応した値に更新する第２ステップと、
   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第３ステップと、を含む波長可変レーザの制御方法。
2. 前記波長選択要素は、複数の縦モードを有する第１波長選択要素、前記第１波長選択要素とは縦モード間隔が異なる複数の縦モードを有する第２波長選択要素、前記第１波長選択要素の温度を制御する第１ヒータ、前記第２波長選択要素の温度を制御する第２ヒータを含んでなり、
   前記第２ステップにおいては、前記波長差分に基づいて、前記第１ヒータおよび前記第２ヒータの前記制御目標値を更新する処理が実行されるとともに、その実行にあたっては、前記制御目標値を得るために、波長差分に対して適用される演算係数が、前記第１ヒータと前記第２ヒータとで異なる、請求項１記載の波長可変レーザの制御方法。
3. 前記第１波長選択要素はＳＧ−ＤＦＢ領域であり、前記第２波長選択要素はＳＧ−ＤＢＲ領域である、請求項２記載の波長可変レーザの制御方法。

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