JP2017005034A - Wavelength variable laser array and wavelength control method for wavelength variable laser array - Google Patents

Wavelength variable laser array and wavelength control method for wavelength variable laser array Download PDF

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PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce fluctuation in oscillation wavelength of a TDA-DFB laser and to reduce difference of the oscillation wavelength from a target oscillation wavelength even when thermal compensation of the TDA-DFB laser is performed.SOLUTION: A wavelength variable laser array which changes output wavelengths of a plurality of wavelength-variable lasers and performs variable control includes: a plurality of wavelength-variable lasers which have active layers and control layers that are formed on a board and can independently apply current, perform thermal compensation of the wavelength-variable lasers for the control layers of all wavelength-variable lasers other than a first wavelength-variable laser while the first wavelength-variable laser of the plurality of wavelength-variable lasers is in operation; a Peltier element formed on the board; a control unit which is connected to the Peltier element, obtains difference from the wavelength-variable laser between a real oscillation wavelength and a target oscillation wavelength, calculates a calibration value of chip temperature so as to lower the chip temperature of a wavelength variable laser array from the difference so that the real oscillation wavelength becomes the target oscillation wavelength, and applies current to the Peltier element.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、波長可変レーザアレイ及び波長可変レーザアレイの波長制御方法に関し、より詳細には、波長可変半導体レーザにおいて波長の変更を行う際、実際の発振波長と目標の発振波長のずれを校正する波長可変レーザアレイ及び波長可変レーザアレイの波長制御方法に関する。   The present invention relates to a wavelength tunable laser array and a wavelength control method for the wavelength tunable laser array, and more specifically, calibrates a deviation between an actual oscillation wavelength and a target oscillation wavelength when the wavelength is changed in the wavelength tunable semiconductor laser. The present invention relates to a wavelength tunable laser array and a wavelength control method for the wavelength tunable laser array.

波長可変レーザは波長多重伝送、光測定、光周波数掃引型OCT、レーザ光分光、光感度計測等の幅広い分野に利用される有用な光源である。これまでに、要求される発振波長領域、出力強度、波長安定性、スペクトル線幅等に応じて種々多様な波長可変レーザが開発されてきた。波長可変レーザは、例えば、レーザの発振媒体の種類によって分類すると、ガスレーザ、液体(色素)レーザ、固体レーザ、半導体レーザ等の種類がある。   The wavelength tunable laser is a useful light source used in a wide range of fields such as wavelength division multiplexing, optical measurement, optical frequency sweep type OCT, laser light spectroscopy, and photosensitivity measurement. Until now, various tunable lasers have been developed according to the required oscillation wavelength region, output intensity, wavelength stability, spectral line width, and the like. The wavelength tunable laser is classified into, for example, a gas laser, a liquid (pigment) laser, a solid-state laser, and a semiconductor laser when classified according to the type of laser oscillation medium.

いずれの種類の波長可変レーザも、励起エネルギー供給源(光、電気等)、利得(発振)媒体、共振器から構成されている。その中でも、利得媒体として半導体を用いた波長可変レーザは消費電力が低く、小型で取り扱いが簡単であるため、様々な分野において広く用いられる。そのため、今まで多くの種類の波長可変半導体レーザが開発されてきた。波長可変半導体レーザの特性を決める性能指数としては、出力、波長可変幅、モード安定性、隣接モード抑制比(SMSR:Side Mode Suppression Raito)、寿命、及び発振線幅等がある。すべての性能において特性が秀でているレーザが望ましいが、通常はすべてを同時に満たすことは難しいので、使い方に応じた性能を向上させるようレーザのチューニングを行っていく。例えば波長選択型スイッチに用いられるような波長可変半導体レーザとしては、波長可変幅が広く、高速に波長切替ができるものが要求される。   All types of tunable lasers are composed of a pump energy supply source (light, electricity, etc.), a gain (oscillation) medium, and a resonator. Among them, a wavelength tunable laser using a semiconductor as a gain medium is widely used in various fields because of low power consumption, small size, and easy handling. Therefore, many types of wavelength tunable semiconductor lasers have been developed so far. The figure of merit that determines the characteristics of a wavelength tunable semiconductor laser includes output, wavelength tunable width, mode stability, adjacent mode suppression ratio (SMSR), lifetime, and oscillation line width. Lasers with excellent characteristics in all performances are desirable, but usually it is difficult to satisfy all of them at the same time, so laser tuning is performed to improve performance according to usage. For example, a wavelength tunable semiconductor laser used in a wavelength selective switch is required to have a wide wavelength tunable width and capable of switching wavelengths at high speed.

波長可変半導体レーザを、高密度波長多重送信(DWDM;Dense Wavelength Division Multiplexing)において用いようとすると、通常は単一の波長可変半導体レーザのレーザ素子だけでは必要な波長域をカバーしきれない。そのため、必要な波長域をカバーするための方法として、レーザの自由スペクトル領域(FSR;Free Spectral Range)の違う2つ以上の共振器を設け、バーニア効果を使って発振波長域を広げるという試みが行われている。代表的なものとしてはSSG−DBR(SuperStructure Grating Distributed Bragg Reflector)レーザが挙げられる。このレーザは利得媒体の前後にFSRの異なる2種類の回折格子を配置し、そこに電流を印加させる事によって屈折率を変化させFSRの値を変化させる事によって、広帯域を確保している。バーニア効果を用いたレーザは比較的小さな駆動電流で制御することができるのが特徴であるが、原理的にモード飛びが起こってしまうということと、2つのFSRの異なる回折格子を同時に制御しなければいけないため制御が複雑になるという、2つの欠点がある。   When a tunable semiconductor laser is used in high-density wavelength division multiplexing (DWDM), a necessary wavelength region cannot be usually covered only by a laser element of a single tunable semiconductor laser. Therefore, as a method for covering the necessary wavelength range, an attempt is made to provide two or more resonators having different free spectral ranges (FSRs) of the laser and widen the oscillation wavelength range using the vernier effect. Has been done. A typical example is an SSG-DBR (SuperStructure Grafted Distributed Bragg Reflector) laser. In this laser, two types of diffraction gratings having different FSRs are arranged before and after the gain medium, and a wide band is secured by changing the refractive index and changing the FSR value by applying a current thereto. Lasers using the vernier effect are characterized by being able to be controlled with a relatively small drive current. However, in principle, mode skipping occurs, and two diffraction gratings with different FSRs must be controlled simultaneously. There are two disadvantages that control is complicated because it must be done.

必要な波長域をカバーするためのもうひとつの試みとしては、発振波長域の異なるレーザをアレイ状に並べることにより、発振波長領域を拡張したレーザがある。その1つがDFBレーザアレイである。DFBレーザアレイの特徴は、発振波長域の異なるDFBレーザをアレイ状に並べる事で広い波長域で発振することにある。   As another attempt to cover the necessary wavelength range, there is a laser that expands the oscillation wavelength range by arranging lasers having different oscillation wavelength ranges in an array. One of them is a DFB laser array. A feature of the DFB laser array is that it oscillates in a wide wavelength range by arranging DFB lasers having different oscillation wavelength ranges in an array.

またDFBレーザアレイを改良したのが分布活性型(TDA:Tunable Distribution Amplification)DFBレーザアレイである。TDA−DFBレーザアレイの特徴は、モード飛びすることなく、40nm以上の広い波長域で発振することにある。TDA−DFBレーザアレイの構造は、λ/4位相シフタを挟んで両側に利得を得るための活性層と波長制御を行う制御層が交互に配置されている。モード飛びを回避するためにλ/4位相シフタの両側のユニット長を変えている(非特許文献1参照)。   A DFB laser array is an improved TFB (Tunable Distribution Amplification) DFB laser array. A feature of the TDA-DFB laser array is that it oscillates in a wide wavelength region of 40 nm or more without mode skipping. In the structure of the TDA-DFB laser array, active layers for obtaining gain and control layers for performing wavelength control are alternately arranged on both sides of the λ / 4 phase shifter. In order to avoid mode skipping, the unit length on both sides of the λ / 4 phase shifter is changed (see Non-Patent Document 1).

TDA−DFBレーザアレイの各LDは7〜8nm程度の波長可変範囲を持ち、LD毎に7〜8nm程度波長領域をずらしているため、結果として40nm以上の波長可変領域を得ることが出来る。従って7〜8nm程度の波長可変領域の範囲で使うのであれば、LDアレイの中の単独のLDを用いて波長可変動作を実現する事が可能であるし、更に広い波長可変範囲で使用する場合には、LDアレイの中の複数のLDを用いる事によって波長可変範囲を拡大することが出来る。   Each LD of the TDA-DFB laser array has a wavelength variable range of about 7 to 8 nm, and the wavelength region is shifted by about 7 to 8 nm for each LD. As a result, a wavelength variable region of 40 nm or more can be obtained. Therefore, if it is used in the range of the wavelength variable region of about 7 to 8 nm, it is possible to realize the wavelength variable operation using a single LD in the LD array, and when using in a wider wavelength variable range. The wavelength tunable range can be expanded by using a plurality of LDs in the LD array.

波長選択スイッチにTDA−DFBレーザアレイを用いて波長可変を実現するためには、TDA−DFBレーザアレイの制御層へ注入する電流を変化させる。制御電流が数十mA程度の比較的大きな電流を必要とする場合、波長選択スイッチの切替時の波長変化自体はキャリア−プラズマ効果で起こるため、波長はスイッチの切替時から数nsで変化する。しかし、TDA−DFBレーザアレイの制御層に印加した電流が変化することにより、局所的な温度変化が発生してしまう。温度変化による波長変動のために切替時から波長が安定するまで数ms程度かかり高速応答性に問題が生じる。このような熱による波長変動を抑制するためにレーザアレイに隣接して熱補償用に電極を導入し、熱補償用の電極に対して波長制御電流と相補的な電流を印加することで、レーザチップ全体の温度変化を抑制し、結果として波長変動を抑制してきた(特許文献1)。   In order to realize wavelength tunability using a TDA-DFB laser array as a wavelength selective switch, the current injected into the control layer of the TDA-DFB laser array is changed. When the control current requires a relatively large current of about several tens of mA, the wavelength change itself at the time of switching the wavelength selective switch occurs due to the carrier-plasma effect, so the wavelength changes in several ns from the time of switching the switch. However, when the current applied to the control layer of the TDA-DFB laser array changes, a local temperature change occurs. Due to wavelength fluctuations due to temperature changes, it takes about several ms from the time of switching until the wavelength stabilizes, causing a problem in high-speed response. In order to suppress such wavelength fluctuation due to heat, an electrode for heat compensation is introduced adjacent to the laser array, and a current complementary to the wavelength control current is applied to the electrode for heat compensation. The temperature change of the whole chip is suppressed, and as a result, the wavelength fluctuation has been suppressed (Patent Document 1).

また、波長変動を抑制する他の方法として、TDA−DFBレーザアレイ内の一つのレーザから、TDA−DFBレーザアレイの他のレーザに切り替えてレーザ光を出力させる場合、すなわち利得電流の切り替えを行う場合、発振を行っているTDA−DFBレーザ以外のTDA−DFBレーザの制御電極に対して、予め電流を印加しておくことで、発振するTDA−DFBレーザが切り替わった際のTDA−DFBレーザアレイのチップ温度の変動を抑え、レーザ切り替え時の発振波長変動を抑制している(非特許文献2参照)。   As another method for suppressing wavelength fluctuation, when switching laser light from one laser in the TDA-DFB laser array to another laser in the TDA-DFB laser array, that is, switching the gain current. The TDA-DFB laser array when the oscillating TDA-DFB laser is switched by applying a current in advance to the control electrode of the TDA-DFB laser other than the TDA-DFB laser that is oscillating. The variation of the chip temperature is suppressed, and the oscillation wavelength variation at the time of laser switching is suppressed (see Non-Patent Document 2).

特許第4850757号公報Japanese Patent No. 4850757

布谷伸浩、石井啓之、伊賀龍三 NTT技術ジャーナル 高速波長可変分布活性DFBレーザの開発 (2012 Vol.24 No.10 pp.48−52)Nobuhiro Nutani, Hiroyuki Ishii, Ryuzo Iga NTT Technology Journal Development of high-speed tunable distributed active DFB laser (2012 Vol.24 No.10 pp.48-52) 下小園真、金井拓也、石井啓之 TDA-DFBレーザアレイを用いた多チャンネル切替の予備検討 (2015年 電子情報通信学会総合大会 C―4―21)Makoto Shimozono, Takuya Kanai, Hiroyuki Ishii Preliminary study of multi-channel switching using TDA-DFB laser array (2015 IEICE General Conference C-4-21)

しかしながら、発振を担っているTDA−DFBレーザ以外のTDA−DFBレーザの制御層に追加的に電流を加えると、結果としてTDA−DFBレーザアレイ全体のチップ温度を上昇させてしまう。ここで、TDA−DFBレーザアレイ全体のチップ温度が変化してしまうと、TDA−DFBレーザアレイの収束後の発振波長がずれてしまう。そのため、熱補償を行わずにレーザ発振を行った場合に出力される発振波長と同じ値の発振波長を得ることができない。すなわち、熱補償を行わずにレーザ発振を行った場合の発振波長を目標の発振波長とすると、実際の発振波長と目標となる発振波長との間にずれが生じてしまう。そうすると、波長選択型スイッチにおいて、変更後の発振波長が、スイッチを構成するバンドパスフィルタの中心波長から外れてしまうという問題が生じる。   However, if a current is additionally applied to the control layer of a TDA-DFB laser other than the TDA-DFB laser that is responsible for oscillation, the chip temperature of the entire TDA-DFB laser array is increased as a result. Here, if the chip temperature of the entire TDA-DFB laser array is changed, the oscillation wavelength after convergence of the TDA-DFB laser array is shifted. Therefore, it is not possible to obtain an oscillation wavelength having the same value as the oscillation wavelength output when laser oscillation is performed without performing thermal compensation. That is, if the oscillation wavelength when laser oscillation is performed without performing thermal compensation is set as the target oscillation wavelength, a deviation occurs between the actual oscillation wavelength and the target oscillation wavelength. Then, in the wavelength selective switch, there arises a problem that the oscillation wavelength after the change is deviated from the center wavelength of the bandpass filter constituting the switch.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、TDA−DFBレーザの発振波長の変動を少なくし、かつ、TDA−DFBレーザの熱補償を行った場合でも、発振波長を目標となる発振波長とのずれを少なくできる波長可変レーザアレイ及び波長可変レーザアレイの波長制御方法である。   The present invention has been made in view of such problems. The object of the present invention is to reduce fluctuations in the oscillation wavelength of the TDA-DFB laser and to perform thermal compensation of the TDA-DFB laser. These are a wavelength tunable laser array and a wavelength control method for the wavelength tunable laser array that can reduce the deviation of the oscillation wavelength from the target oscillation wavelength.

このような目的を達成するために、本発明の第1の態様は、複数の波長可変レーザの出力波長を変更して可変制御する波長可変レーザアレイであって、基板上に形成され、独立に電流を印加できる活性層及び制御層を有する電流制御型の複数の波長可変レーザであって、複数の波長可変レーザのうちの第1の波長可変レーザの動作中に、前記第1の波長可変レーザ以外のすべての波長可変レーザの制御層に対して、波長可変レーザの熱補償が行われる、波長可変レーザと、前記基板上に設けられたペルチェ素子であって、前記波長可変レーザからの実際の発振波長が目標の発振波長となるように、前記実際の発振波長と前記目標の発振波長との差分から求められた、前記基板の温度を調整するための温度の校正値に対応した電流が印加されている、ペルチェ素子とを備えることを特徴とする。   In order to achieve such an object, a first aspect of the present invention is a wavelength tunable laser array that variably controls an output wavelength of a plurality of wavelength tunable lasers, and is formed on a substrate and independently. A plurality of current control type wavelength tunable lasers having an active layer and a control layer to which a current can be applied, wherein the first wavelength tunable laser is operated during the operation of the first wavelength tunable laser of the plurality of wavelength tunable lasers. The wavelength tunable laser is thermally compensated for the control layers of all the tunable lasers other than the tunable laser and a Peltier element provided on the substrate, and the actual wavelength from the tunable laser A current corresponding to a temperature calibration value for adjusting the temperature of the substrate, obtained from the difference between the actual oscillation wavelength and the target oscillation wavelength, is applied so that the oscillation wavelength becomes the target oscillation wavelength. Been That, characterized in that it comprises a Peltier device.

また、本発明の第2の態様は、第1の態様の波長可変レーザアレイであって、前記目標の発振波長は、前記複数の波長可変レーザのうち第1の波長可変レーザの動作中に、前記第1の波長可変レーザ以外のすべての波長可変レーザの制御層に対して電流を印加しない場合の、前記波長可変レーザからの実際の発振波長であることを特徴とする。   Further, a second aspect of the present invention is the wavelength tunable laser array according to the first aspect, wherein the target oscillation wavelength is during operation of the first wavelength tunable laser among the plurality of wavelength tunable lasers. It is an actual oscillation wavelength from the tunable laser when no current is applied to the control layers of all the tunable lasers other than the first tunable laser.

また、本発明の第3の態様は、第1又は第2の態様の波長可変レーザアレイであって、
前記熱補償は、前記第1の波長可変レーザの制御層に隣接する第2の波長可変レーザの制御層に、前記第1の波長可変レーザの可変波長範囲内で波長を変更するときの熱補償を行うための値の電流を印加し、前記第1及び第2の波長可変レーザ以外の波長可変レーザの制御層には、それぞれ均等な電流を印加されることにより行われることを特徴とする。
A third aspect of the present invention is the wavelength tunable laser array according to the first or second aspect,
The thermal compensation is performed when the wavelength is changed within the variable wavelength range of the first wavelength tunable laser to the control layer of the second wavelength tunable laser adjacent to the control layer of the first wavelength tunable laser. A current having a value for performing the above is applied, and an equal current is applied to each of the control layers of the wavelength tunable lasers other than the first and second wavelength tunable lasers.

また、本発明の第4の態様は、独立に電流を印加できる活性層及び制御層を有する電流制御型の複数の波長可変レーザと、ペルチェ素子とを備え、前記複数の波長可変レーザの出力波長を変更して可変制御する、波長可変レーザアレイの波長を制御する方法であって、前記複数の波長可変レーザのうち第1の波長可変レーザの動作中に、前記第1の波長可変レーザ以外のすべての波長可変レーザの制御層に対して、波長可変レーザの熱補償を行うことと、前記波長可変レーザからの実際の発振波長と、目標の発振波長との差分を求め、前記実際の発振波長が前記目標の発振波長となるように、前記差分から前記波長可変レーザアレイのチップ温度を調整するためのチップ温度の校正値を算出することと、前記ペルチェ素子に、前記校正値に対応した値の電流を印加し、前記校正値の分だけ前記波長可変レーザアレイのチップ温度を調整することとを含むことを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a plurality of current control type wavelength tunable lasers having an active layer and a control layer to which a current can be independently applied, and a Peltier element, and output wavelengths of the plurality of wavelength tunable lasers. Is a method of controlling the wavelength of the wavelength tunable laser array by changing the wavelength of the plurality of wavelength tunable lasers other than the first wavelength tunable laser during the operation of the first wavelength tunable laser. Performing the thermal compensation of the wavelength tunable laser for all control layers of the wavelength tunable laser, obtaining a difference between the actual oscillation wavelength from the wavelength tunable laser and the target oscillation wavelength, and calculating the actual oscillation wavelength. Calculating a chip temperature calibration value for adjusting the chip temperature of the wavelength tunable laser array from the difference so that the target oscillation wavelength becomes the target oscillation wavelength; The value of the current applied was characterized by and adjusting the die temperature of an amount corresponding the wavelength tunable laser array of the calibration value.

また、本発明の第5の態様は、第4の態様の方法であって、前記目標の発振波長は、前記複数の波長可変レーザのうち第1の波長可変レーザの動作中に、前記第1の波長可変レーザ以外のすべての波長可変レーザの制御層に対して電流を印加しない場合の、前記波長可変レーザからの実際の発振波長であることを特徴とする。   Further, a fifth aspect of the present invention is the method according to the fourth aspect, wherein the target oscillation wavelength is the first wavelength during the operation of the first wavelength tunable laser among the plurality of wavelength tunable lasers. It is an actual oscillation wavelength from the wavelength tunable laser when no current is applied to the control layers of all the wavelength tunable lasers other than the wavelength tunable laser.

また、本発明の第6の態様は、第4又は第5の態様の方法であって、前記熱補償は、前記第1の波長可変レーザの制御層に隣接する第2の波長可変レーザの制御層に、前記第1の波長可変レーザの可変波長範囲内で波長を変更するときの熱補償を行うための値の電流を印加し、前記第1及び第2の波長可変レーザ以外の波長可変レーザの制御層には、それぞれ均等な電流を印加されることにより行われることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the method according to the fourth or fifth aspect, wherein the thermal compensation is performed by controlling a second wavelength tunable laser adjacent to the control layer of the first wavelength tunable laser. A current having a value for performing thermal compensation when changing the wavelength within the variable wavelength range of the first wavelength tunable laser is applied to the layer, and the wavelength tunable laser other than the first and second wavelength tunable lasers Each of the control layers is performed by applying an equal current to each control layer.

本発明は波長可変レーザアレイを構成する波長可変レーザに対して、切替時間を短縮化するために印加した追加制御電流によって生じたチップの温度上昇に伴い生じた波長ずれ(長波長化)を補正する事が出来るため、レーザを正確な波長で動作させることができる。また、波長選択型光パケットスイッチや光バーストスイッチのような高速切替のアプリケーションにおいて中心波長からのずれを低減できるので、有効な波長可変光源として適用する事が出来る。   The present invention corrects the wavelength shift (lengthening) caused by the temperature rise of the chip caused by the additional control current applied to shorten the switching time for the wavelength tunable laser constituting the wavelength tunable laser array. The laser can be operated at the correct wavelength. In addition, since the shift from the center wavelength can be reduced in high-speed switching applications such as a wavelength selective optical packet switch and an optical burst switch, it can be applied as an effective variable wavelength light source.

本発明の1実施形態に係るレーザアレイを示す平面図である。It is a top view showing a laser array concerning one embodiment of the present invention. 波長を変更するために制御層に印加する電流の値を変化させたときの、発振周波数の時間的変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of an oscillation frequency when changing the value of the electric current applied to a control layer in order to change a wavelength. 図1のレーザアレイのチップ温度と発振波長との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the chip | tip temperature of a laser array of FIG. 1, and an oscillation wavelength. 図1のレーザアレイにおける、非特許文献2に記載の方法により熱補償を行った場合のレーザ活性層及びレーザ制御層の設定電流である。FIG. 3 shows the set currents of the laser active layer and the laser control layer when thermal compensation is performed by the method described in Non-Patent Document 2 in the laser array of FIG. 図1のレーザアレイ中の任意の1のTDA−DFBレーザにおける、波長変更を行う際の制御電流と安定後の発振波長との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the control current at the time of changing a wavelength, and the oscillation wavelength after stabilization in arbitrary one TDA-DFB laser in the laser array of FIG.

[レーザアレイの構成]
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態にかかる波長選択スイッチのレーザアレイ100を示す上面図である。レーザアレイ100は、電流制御型の波長可変レーザであるTDA−DFBレーザアレイであり、半導体基板110と、半導体基板110上に設けられたレーザ活性層111a〜416a、111b〜116b、111c〜116cと、半導体基板110上に設けられたレーザ制御層121a〜126a、121b〜126b、121c〜126cとを備える。レーザ活性層111a〜111cとレーザ制御層121a〜121cとは、それぞれが基板上に設けられ、半導体基板110上において交互に配置されTDA−DFBレーザ101を形成する。レーザ活性層112a〜116a、112b〜116b、112c〜116cとレーザ制御層122a〜126a、122b〜126b、122c〜126cとについても、半導体基板110上において交互に配置されTDA−DFBレーザ102〜106を形成する。TDA−DFBレーザ101〜106は、それぞれ並列に配置されている。
[Laser array configuration]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a top view showing a laser array 100 of wavelength selective switches according to an embodiment of the present invention. The laser array 100 is a TDA-DFB laser array that is a current-controlled tunable laser, and includes a semiconductor substrate 110 and laser active layers 111a to 416a, 111b to 116b, and 111c to 116c provided on the semiconductor substrate 110. And laser control layers 121a to 126a, 121b to 126b, and 121c to 126c provided on the semiconductor substrate 110. The laser active layers 111 a to 111 c and the laser control layers 121 a to 121 c are provided on the substrate, and are alternately arranged on the semiconductor substrate 110 to form the TDA-DFB laser 101. The laser active layers 112a to 116a, 112b to 116b, 112c to 116c and the laser control layers 122a to 126a, 122b to 126b, 122c to 126c are also alternately arranged on the semiconductor substrate 110, and the TDA-DFB lasers 102 to 106 are used. Form. The TDA-DFB lasers 101 to 106 are arranged in parallel.

また、レーザアレイ100は、レーザ活性層111a〜116a、111b〜116b、111c〜116cとそれぞれ接続された電極131〜136と、電極131〜136にそれぞれ接続された増幅器181〜186と、増幅器181〜186にそれぞれ接続されたDAコンバータ171〜176とを備える。また、レーザアレイ100は、レーザ制御層121a〜126a、121b〜126b、121c〜126cとそれぞれ接続された電極141〜146と、電極141〜146にそれぞれ接続された増幅器191〜196と、増幅器191〜196にそれぞれ接続されたDAコンバータ151〜156と、DAコンバータ171〜176及びDAコンバータ151〜156に接続された制御装置170とを備える。レーザ活性層111a〜111cはDAコンバータ171から増幅器181及び電極131を介して制御装置170からの信号が変換された電流が印加されレーザ光を発振する。レーザ活性層112a〜116cもそれぞれDAコンバータ172〜176から増幅器182〜186及び電極132〜136を介して制御装置170からの信号が変換された電流が印加されレーザ光を発振する。   The laser array 100 includes electrodes 131 to 136 connected to the laser active layers 111a to 116a, 111b to 116b, and 111c to 116c, amplifiers 181 to 186 connected to the electrodes 131 to 136, and amplifiers 181 to 181, respectively. DA converters 171 to 176 connected to 186, respectively. The laser array 100 includes electrodes 141 to 146 connected to the laser control layers 121a to 126a, 121b to 126b, and 121c to 126c, amplifiers 191 to 196 connected to the electrodes 141 to 146, and amplifiers 191 to 191, respectively. DA converters 151 to 156 connected to 196, respectively, and a control device 170 connected to the DA converters 171 to 176 and the DA converters 151 to 156. The laser active layers 111 a to 111 c oscillate laser light when a current converted from a signal from the control device 170 is applied from the DA converter 171 through the amplifier 181 and the electrode 131. The laser active layers 112a to 116c also oscillate laser light when the DA converters 172 to 176 are applied with currents obtained by converting signals from the control device 170 via the amplifiers 182 to 186 and the electrodes 132 to 136, respectively.

レーザ制御層121a〜121cはDAコンバータ151から増幅器191及び電極141を介して、制御装置170からの信号が変換された電流が印加され、屈折率を変化させることにより出力光の波長が制御される。レーザ制御層122a〜126cもそれぞれDAコンバータ152〜156から増幅器192〜196及び電極142〜146を介して、制御装置170からの信号が変換された電流が印加され、屈折率を変化させることにより出力光の波長が制御される。   The laser control layers 121a to 121c are supplied with a current converted from the signal from the control device 170 from the DA converter 151 via the amplifier 191 and the electrode 141, and the wavelength of the output light is controlled by changing the refractive index. . The laser control layers 122a to 126c are also output from the DA converters 152 to 156 through the amplifiers 192 to 196 and the electrodes 142 to 146, respectively. The wavelength of light is controlled.

また、レーザアレイ100は、各TDA−DFBレーザからの出力光を導波する導波路161〜166と、導波路161〜166を導波した出力光を合波する光結合器であるMMI(多モード干渉)カプラ167と、最終段で出力光の強度を調整するSOA(半導体増幅器)168と、SOA168からの出力光を導波して出力する導波路169と、SOA168に接続された電極137とを備える。各TDA−DFBレーザの発振光は、後段に配置された導波路161〜166を介してMMIカプラ167により1つに合波され、SOA168を経た後に、出力光として導波路169から出力される。SOA168は、電極137を介して、外部から電流が供給される。   The laser array 100 includes waveguides 161 to 166 that guide the output light from each TDA-DFB laser, and an optical coupler that combines the output lights that are guided through the waveguides 161 to 166. Mode interference) coupler 167, SOA (semiconductor amplifier) 168 that adjusts the intensity of output light at the final stage, waveguide 169 that guides and outputs the output light from SOA 168, and electrode 137 connected to SOA 168 Is provided. The oscillation light of each TDA-DFB laser is combined into one by the MMI coupler 167 via the waveguides 161 to 166 disposed in the subsequent stage, and after passing through the SOA 168, is output from the waveguide 169 as output light. The SOA 168 is supplied with current from the outside via the electrode 137.

また、レーザアレイ100は、半導体基板110に設けられた温度検出装置157及びペルチェ素子158と、温度検出装置157に接続された電極147と、ペルチェ素子158に接続された電極148と、電極147及び148に接続された制御装置159とを備える。   The laser array 100 includes a temperature detection device 157 and a Peltier element 158 provided on the semiconductor substrate 110, an electrode 147 connected to the temperature detection device 157, an electrode 148 connected to the Peltier element 158, an electrode 147, and And a control device 159 connected to 148.

[レーザアレイの熱補償]
次に、本実施例における波長選択スイッチのレーザアレイの発振光の波長制御の方法について説明する。波長選択スイッチのTDA−DFBレーザアレイにおいて波長を変更する場合、波長の範囲に応じて2種類の方法がある。第1の方法は、発振を行っている第1のTDA−DFBレーザの可変波長範囲内で波長を変化させる場合である。この場合は第1のTDA−DFBレーザの制御層に印加する電流のみを変化させる。この方法では制御層に印加する電流の変化量と正の相関を持つ周波数変動が観測される。従って制御電流変化量が大きい、すなわち波長を大きく変動させる場合には、波長を変更してから波長が安定するまでの時間が遅くなってしまうが、これについては発振を行う第1のTDA−DFBレーザに隣接する第2のTDA−DFBレーザの制御層に電流を印加することにより熱補償を用いれば、波長ドリフトを低減でき、結果として波長を変更してから波長が安定するまでの時間を短くすることが出来る。
[Thermal compensation of laser array]
Next, a method for controlling the wavelength of the oscillation light of the laser array of the wavelength selective switch in this embodiment will be described. When changing the wavelength in the TDA-DFB laser array of the wavelength selective switch, there are two types of methods depending on the wavelength range. The first method is a case where the wavelength is changed within the variable wavelength range of the first TDA-DFB laser that is performing oscillation. In this case, only the current applied to the control layer of the first TDA-DFB laser is changed. In this method, frequency fluctuations having a positive correlation with the amount of change in current applied to the control layer are observed. Therefore, when the amount of change in the control current is large, that is, when the wavelength is greatly changed, the time from the change of the wavelength to the stabilization of the wavelength is delayed, but this is the first TDA-DFB that oscillates. If thermal compensation is used by applying a current to the control layer of the second TDA-DFB laser adjacent to the laser, the wavelength drift can be reduced, resulting in a shorter time from changing the wavelength until the wavelength stabilizes. I can do it.

第2の方法は、比較的波長の変化量が大きい場合、即ち発振を行っている第1のTDA−DFBレーザの可変波長範囲を超えた波長変化をさせる場合であるが、このような場合には第1のTDA−DFBレーザから他の第3のTDA−DFBレーザに発振を切り替えることにより発振光の波長を切り替える。第1のTDA−DFBレーザから第3のTDA−DFBレーザに発振を切り替える場合、TDA−DFBレーザの制御層に印加する電流だけでなく、活性層に印加する電流の変化も伴うため、第1の方法に比べて各TDA−DFBレーザの電流変化量が大きい、すなわち波長ドリフトも大きい。従って、結果として波長を変更してから波長が安定するまでの時間も大きくなってしまう。この場合、非特許文献2において、TDA−DFBレーザアレイのすべてのTDA−DFBレーザの制御層に予め電流を印加して、TDA−DFBレーザにおいて発生する発熱量を波長変更前後において一定とすることにより、半導体基板における温度変化を抑制し、温度変化による屈折率変化を抑制する。   The second method is a case where the amount of change in wavelength is relatively large, that is, a case where the wavelength is changed beyond the variable wavelength range of the first TDA-DFB laser that is oscillating. Switches the wavelength of the oscillation light by switching the oscillation from the first TDA-DFB laser to another third TDA-DFB laser. When the oscillation is switched from the first TDA-DFB laser to the third TDA-DFB laser, not only the current applied to the control layer of the TDA-DFB laser but also the change of the current applied to the active layer is accompanied. Compared with this method, the current change amount of each TDA-DFB laser is large, that is, the wavelength drift is also large. Therefore, as a result, the time from changing the wavelength to stabilizing the wavelength also increases. In this case, in Non-Patent Document 2, a current is applied in advance to the control layers of all TDA-DFB lasers in the TDA-DFB laser array so that the amount of heat generated in the TDA-DFB laser is constant before and after the wavelength change. Thus, the temperature change in the semiconductor substrate is suppressed, and the refractive index change due to the temperature change is suppressed.

非特許文献2においては、波長選択スイッチのTDA−DFBレーザアレイにおいて波長を変更する際に、変更する波長の値が決定していない場合に、第1の方法による波長の変更を行う場合、及び第2の方法により波長の変更を行う場合の双方の場合における温度変化による屈折率変化に対応するために、TDA−DFBレーザアレイの熱補償を行い、波長ドリフトを低減し、波長が安定するまでの時間を短縮する。   In Non-Patent Document 2, when changing the wavelength in the TDA-DFB laser array of the wavelength selective switch, if the wavelength value to be changed is not determined, the wavelength is changed by the first method, and In order to cope with the refractive index change due to temperature change in both cases when changing the wavelength by the second method, thermal compensation of the TDA-DFB laser array is performed, the wavelength drift is reduced, and the wavelength is stabilized. To shorten the time.

具体的には、波長の変更による熱補償を行うために、発振を行う第1のTDA−DFBレーザ以外のTDA−DFBレーザの制御層すべてに対し、追加的に予め電流を印加して、半導体基板(チップ)内の熱分布を緩和する。   Specifically, in order to perform thermal compensation by changing the wavelength, a current is additionally applied in advance to all control layers of the TDA-DFB laser other than the first TDA-DFB laser that oscillates. The heat distribution in the substrate (chip) is relaxed.

まず、波長選択スイッチのTDA−DFBレーザアレイにおいて第1の値の波長を出力するために、発振を行うTDA−DFBレーザである第1のTDA−DFBレーザの活性層及び制御層に所望の値の電流を印加する。次に、その後のTDA−DFBレーザアレイにおける波長変更において上記第1の方法により波長変更が行われる場合に対応するために、第1のTDA−DFBレーザに隣接する第2のTDA−DFBレーザの制御層に、所望の電流を印加する。第2のTDA−DFBレーザの制御層に電流を印加することにより、第1のTDA−DFBレーザの可変波長範囲内で波長を変更する場合(上記第1の方法による波長変更)に、第1のTDA−DFBレーザの熱補償を行うことができるため、波長を変更してから波長が安定するまでの時間を短縮することができる。   First, in order to output the first wavelength in the TDA-DFB laser array of the wavelength selective switch, desired values are applied to the active layer and the control layer of the first TDA-DFB laser that is the TDA-DFB laser that performs oscillation. Apply a current of. Next, in order to cope with the case where the wavelength change is performed by the first method in the wavelength change in the subsequent TDA-DFB laser array, the second TDA-DFB laser adjacent to the first TDA-DFB laser is changed. A desired current is applied to the control layer. When the wavelength is changed within the variable wavelength range of the first TDA-DFB laser by applying a current to the control layer of the second TDA-DFB laser (the wavelength change by the first method), the first Therefore, it is possible to reduce the time until the wavelength is stabilized after the wavelength is changed.

さらに、第1のTDA−DFBレーザ及び第2のTDA−DFBレーザ以外のTDA−DFBレーザの制御層にも、電流を印加する。その後のTDA−DFBレーザアレイにおける波長変更において上記第2の方法により波長変更が行われる場合に対応するためである。ここで、第1及び第2のTDA−DFBレーザ以外のTDA−DFBレーザの制御層には、すべて同一の電流値を設定する。各レーザに同一の電流値を設定することにより、発振を行うレーザ付近のみに偏ってしまうチップ内の熱を広範囲に分布して波長の変更に対する熱補償を行うことができ、第1のTDA−DFBレーザ以外の他の任意のTDA−DFBレーザ(第3のTDA−DFBレーザとする)に発振を切り替えて波長を変更する場合(上記第2の方法による波長変更)にも、波長を変更してから波長が安定するまでの時間を短縮することが可能となる。   Furthermore, a current is also applied to a control layer of a TDA-DFB laser other than the first TDA-DFB laser and the second TDA-DFB laser. This is to cope with the case where the wavelength is changed by the second method in the subsequent wavelength change in the TDA-DFB laser array. Here, the same current value is set in all the control layers of the TDA-DFB lasers other than the first and second TDA-DFB lasers. By setting the same current value for each laser, the heat in the chip that is biased only in the vicinity of the laser that oscillates can be distributed over a wide range, and the heat compensation for the wavelength change can be performed. When changing the wavelength by switching the oscillation to any other TDA-DFB laser other than the DFB laser (referred to as the third TDA-DFB laser) (changing the wavelength by the second method), the wavelength is also changed. It is possible to shorten the time until the wavelength stabilizes after the first time.

次に、波長選択スイッチのTDA−DFBレーザアレイにおいて波長を変更して、第2の値の波長を出力するが、このとき、第1の方法により波長を変更する場合、発振を行っている第1のTDA−DFBレーザの制御層に印加する電流値を変更することにより、波長を変更する。また、このとき、第1のTDA−DFBレーザに隣接する第2のTDA−DFBレーザに印加する電流も変更して、波長変更前の第1のTDA−DFBレーザの制御層に印加する電流値と第2のTDA−DFBレーザの制御層に印加する電流値との合計が、波長変更後の第1のTDA−DFBレーザの制御層に印加する電流値と第2のTDA−DFBレーザの制御層に印加する電流値との合計と、同一になるようにする。第1のTDA−DFBレーザに隣接する第2のTDA−DFBレーザに電流を印加することにより、さらなる第1の方法による波長変更に対する熱補償を行うためである。なお、第1及び第2のTDA−DFBレーザ以外のTDA−DFBレーザの制御層に印加する電流値は、波長変更前と同一である。さらなる第2の方法による波長変更に対する熱補償を行うためである。   Next, the wavelength is changed in the TDA-DFB laser array of the wavelength selective switch to output the second value of the wavelength. At this time, when the wavelength is changed by the first method, oscillation is performed. The wavelength is changed by changing the current value applied to the control layer of one TDA-DFB laser. At this time, the current applied to the second TDA-DFB laser adjacent to the first TDA-DFB laser is also changed, and the current value applied to the control layer of the first TDA-DFB laser before the wavelength change. And the current value applied to the control layer of the second TDA-DFB laser is the sum of the current value applied to the control layer of the first TDA-DFB laser after the wavelength change and the control of the second TDA-DFB laser. The sum of the current values applied to the layers is the same. This is because a current is applied to the second TDA-DFB laser adjacent to the first TDA-DFB laser to perform thermal compensation for the wavelength change by the first method. Note that the current value applied to the control layer of the TDA-DFB laser other than the first and second TDA-DFB lasers is the same as before the wavelength change. This is to perform thermal compensation for wavelength change by the second method.

一方で、第2の方法により波長を変更する場合、第1のTDA−DFBレーザから第3のTDA−DFBレーザに切り替えて発振を行うために、第3のTDA−DFBレーザの活性層及び制御層に電流を印加する。また、熱補償を行うための第3のTDA−DFBレーザに隣接するTDA−DFBレーザ(第4のTDA−DFBレーザとする)の制御層にも電流を印加する。   On the other hand, when the wavelength is changed by the second method, the active layer and the control of the third TDA-DFB laser are used to oscillate by switching from the first TDA-DFB laser to the third TDA-DFB laser. Apply current to the layer. In addition, a current is also applied to a control layer of a TDA-DFB laser (referred to as a fourth TDA-DFB laser) adjacent to the third TDA-DFB laser for performing thermal compensation.

ここで、切替先の第3のTDA−DFBレーザの活性層には第1のTDA−DFBレーザに印加した電流の値と同一の値の電流を印加する。また、第4のTDA−DFBレーザの制御層に印加する電流値は、発振を行う第3のTDA−DFBレーザの制御層の電流値に対して相補的な値に設定して、第3のTDA−DFBレーザを熱補償用に用いる。具体的には、第3のTDA−DFBレーザの制御層に印加する電流値と第4のTDA−DFBレーザの制御層に印加する電流値の合計が、チャネル1において第1のTDA−DFBレーザ制御層に印加した電流値と第2のTDA−DFBレーザの制御層に印加した電流値との合計値となるように設定する。さらなる第1の方法による波長変更に対する熱補償を行うためである。また、第3のTDA−DFBレーザおよび第4のTDA−DFBレーザ以外のTDA−DFBレーザの制御層にも電流を印加する。さらなる第2の方法による波長変更に対する熱補償を行うためである。印加する電流値は、チャネル1において第1のTDA−DFBレーザ及び第2のTDA−DFBレーザ以外のTDA−DFBレーザの制御層に印加した電流値と同一の電流値とする。   Here, a current having the same value as the current applied to the first TDA-DFB laser is applied to the active layer of the third TDA-DFB laser to be switched. The current value applied to the control layer of the fourth TDA-DFB laser is set to a value complementary to the current value of the control layer of the third TDA-DFB laser that oscillates, A TDA-DFB laser is used for thermal compensation. Specifically, the sum of the current value applied to the control layer of the third TDA-DFB laser and the current value applied to the control layer of the fourth TDA-DFB laser is the first TDA-DFB laser in the channel 1. The current value applied to the control layer and the current value applied to the control layer of the second TDA-DFB laser are set to be the total value. This is to perform thermal compensation for wavelength change by the further first method. In addition, a current is also applied to a control layer of a TDA-DFB laser other than the third TDA-DFB laser and the fourth TDA-DFB laser. This is to perform thermal compensation for wavelength change by the second method. The applied current value is the same as the current value applied to the control layer of the TDA-DFB laser other than the first TDA-DFB laser and the second TDA-DFB laser in the channel 1.

非特許文献2においては、チャネル1とチャネル2では全ての活性層電流と制御電流の和が一定になるように設定する。これは、チャネル1とチャネル2の総電流の合計値が変わってしまうと、チップ温度が安定せず振動してしまうことにより、発振波長も安定しないためである。また、印加電流を一定としているが、印加する電力を一定としてもよい。   In Non-Patent Document 2, channel 1 and channel 2 are set so that the sum of all active layer currents and control current is constant. This is because if the total value of the total current of the channel 1 and the channel 2 changes, the chip temperature does not stabilize and the oscillation oscillates, so that the oscillation wavelength is not stable. Moreover, although the applied current is constant, the applied power may be constant.

なお、第1及び第2(又は第3及び第4)のTDA−DFBレーザ以外のTDA−DFBレーザの制御層追加的に印加する電流は、すべて同一の電流値でなくとも、発振を行うレーザ付近のみに偏ってしまうチップ内の熱を広範囲に分布できるように設定できれば良い。例えば、発振しているレーザから離れているレーザほど、制御層に印加する電流の値を大きくしても良い。   It should be noted that a current that is additionally applied to the control layer of the TDA-DFB laser other than the first and second (or third and fourth) TDA-DFB lasers does not have the same current value but oscillates. It suffices if the heat within the chip that is biased only in the vicinity can be set to be distributed over a wide range. For example, the value of the current applied to the control layer may be increased as the distance from the oscillating laser increases.

[レーザアレイの温度校正]
非特許文献2においては、このように各TDA−DFBレーザの制御層に印加する電流値を設定することで、発振を行うレーザ付近だけでなく、チップ(半導体基板)全体に熱を加えることができ、さらに任意のTDA−DFBレーザに発振を切り替えて波長を変更したときにも、波長を変更してから波長が安定するまでの時間を短縮することが可能となる。
[Laser array temperature calibration]
In Non-Patent Document 2, by setting the current value applied to the control layer of each TDA-DFB laser in this way, heat can be applied not only to the vicinity of the laser that oscillates but also to the entire chip (semiconductor substrate). In addition, even when the oscillation is switched to an arbitrary TDA-DFB laser and the wavelength is changed, it is possible to shorten the time from the change of the wavelength to the stabilization of the wavelength.

しかし、波長を変更してから波長が安定するまでの時間を短縮するためにレーザアレイ100の全体のチップ温度を上昇させて熱補償を行った場合の発振波長は、熱補償を行わない場合の発振波長と異なることがある。熱補償を行わずにTDA−DFBレーザの制御層に電流を印加した場合の発振波長を目標の発振波長と考えた場合、熱補償を行った場合の実際の発振波長と、目標の発振波長との間で、ずれが生じてしまう。この発振波長(発振周波数)のずれについて説明する。   However, the oscillation wavelength when heat compensation is performed by increasing the overall chip temperature of the laser array 100 in order to shorten the time from when the wavelength is changed to when the wavelength is stabilized is the same as when oscillation compensation is not performed. May differ from oscillation wavelength. Assuming that the oscillation wavelength when the current is applied to the control layer of the TDA-DFB laser without performing thermal compensation is the target oscillation wavelength, the actual oscillation wavelength when performing thermal compensation, the target oscillation wavelength, Deviation occurs between the two. The deviation of the oscillation wavelength (oscillation frequency) will be described.

まず、電流注入による波長(周波数)の変更を行った場合の任意のTDA−DFBレーザの実際の周波数の変動について説明する。図2は、上記第1の方法又は第2の方法により波長を変更するために、制御層に印加する電流の値を変化させたときの、発振周波数の時間的変化を示す図である。図2において、発振周波数の時間的変化は実線201により表され、制御電流の時間的変化は一点鎖線202により表されている。切替前の制御電流値をA1、切替後の制御電流値をA2で示している。一方、切替前の発振周波数H1は制御電流がA1からA2切り替わることにより(切替211)、図2に示すような変動を経る。この時、まずキャリア効果によって一度高周波側に大きく変動し、目標の発振周波数(熱補償を行わない場合の発振周波数)H2を上回り、H3になる。このとき、最大周波数値と目標周波数値との差(H3−H2)に相当する値ΔHmaxを最大周波数ずれと呼ぶ。その後、熱の発生に伴い徐々に低周波数側に周波数変動が起こり、一定の発振周波数の値H4に安定する。ここで、最終的にH4は切替後の目標の発振周波数値H2を下回る場合があり、切り替え後の目標周波数と収束周波数値との差(H2−H4)に相当する値ΔHconを、収束周波数ずれと呼んでいる。   First, the actual frequency variation of an arbitrary TDA-DFB laser when the wavelength (frequency) is changed by current injection will be described. FIG. 2 is a diagram showing temporal changes in the oscillation frequency when the value of the current applied to the control layer is changed in order to change the wavelength by the first method or the second method. In FIG. 2, the temporal change in the oscillation frequency is represented by a solid line 201, and the temporal change in the control current is represented by a one-dot chain line 202. The control current value before switching is indicated by A1, and the control current value after switching is indicated by A2. On the other hand, the oscillation frequency H1 before switching is changed as shown in FIG. 2 when the control current is switched from A1 to A2 (switching 211). At this time, first, it largely fluctuates to the high frequency side due to the carrier effect, exceeds the target oscillation frequency (oscillation frequency when heat compensation is not performed) H2, and becomes H3. At this time, a value ΔHmax corresponding to a difference (H3−H2) between the maximum frequency value and the target frequency value is referred to as a maximum frequency deviation. Thereafter, with the generation of heat, the frequency fluctuation gradually occurs on the low frequency side, and becomes stable at a constant oscillation frequency value H4. Here, finally, H4 may be lower than the target oscillation frequency value H2 after switching, and a value ΔHcon corresponding to the difference (H2−H4) between the target frequency after switching and the convergence frequency value is set to a convergence frequency shift. It is called.

本発明においては、この収束周波数ずれを低減するために、レーザアレイ100のチップ上にペルチェ素子158を配置し、ペルチェ素子158を使用してチップ温度の校正を行ない、目標の発振周波数(波長)を得る。図3は、レーザアレイ100のチップ温度と発振波長との関係を示す図である。レーザアレイ100の発振波長はチップ温度が上昇するのに伴って長波長側に変化する。すべてのTDA−DFBレーザに制御電流を印加することによって、図3において、チップ温度はB1となる。このとき、レーザアレイ100の発振波長の値はI1である。ここで、レーザアレイ100の発振波長の値を、目標の発振波長I2に戻すため、レーザアレイ100のチップ温度をB2に下げなければならない。レーザアレイ100のチップ温度を下げるためには、レーザアレイ100のチップ上に設けられたペルチェ素子158に電圧を印加することにより、レーザアレイ100のチップを冷却することができる。従って、レーザアレイ100のチップ上に設けられたペルチェ素子158に電圧を印加することにより、レーザアレイ100のチップ温度をB2に校正し、所望の発振波長I2を発振するように制御することができる。この場合、制御装置159において収束周波数ずれΔHconを算出する。一方で、温度検出装置157によりレーザアレイ100のチップ温度を検出して、制御装置159に送信する。制御装置159において、収束周波数ずれΔHconとレーザアレイ100のチップ温度とから、レーザアレイ100のチップを調整(冷却)する温度の校正値を算出する。次に、算出した調整(冷却)の温度だけ、ペルチェ素子158がチップを調整(冷却)するために、調整(冷却)温度に対応した、ペルチェ素子158に印加すべき電流値を算出・設定した上で、ペルチェ素子158に設定した電流を印加してチップ温度を調整(冷却)する。   In the present invention, in order to reduce this convergence frequency shift, a Peltier element 158 is arranged on the chip of the laser array 100, the chip temperature is calibrated using the Peltier element 158, and a target oscillation frequency (wavelength) is obtained. Get. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the chip temperature of the laser array 100 and the oscillation wavelength. The oscillation wavelength of the laser array 100 changes to the longer wavelength side as the chip temperature rises. By applying a control current to all TDA-DFB lasers, the chip temperature is B1 in FIG. At this time, the value of the oscillation wavelength of the laser array 100 is I1. Here, in order to return the value of the oscillation wavelength of the laser array 100 to the target oscillation wavelength I2, the chip temperature of the laser array 100 must be lowered to B2. In order to lower the chip temperature of the laser array 100, the chip of the laser array 100 can be cooled by applying a voltage to the Peltier element 158 provided on the chip of the laser array 100. Therefore, by applying a voltage to the Peltier element 158 provided on the chip of the laser array 100, the chip temperature of the laser array 100 can be calibrated to B2 and controlled to oscillate a desired oscillation wavelength I2. . In this case, the control device 159 calculates the convergence frequency deviation ΔHcon. On the other hand, the chip temperature of the laser array 100 is detected by the temperature detection device 157 and transmitted to the control device 159. The control device 159 calculates a calibration value for the temperature at which the chip of the laser array 100 is adjusted (cooled) from the convergence frequency deviation ΔHcon and the chip temperature of the laser array 100. Next, in order for the Peltier element 158 to adjust (cool) the chip by the calculated adjustment (cooling) temperature, a current value to be applied to the Peltier element 158 corresponding to the adjustment (cooling) temperature was calculated and set. Above, the current set in the Peltier element 158 is applied to adjust (cool) the chip temperature.

チップ温度を校正した上で上述の通り第1の方法及び第2の方法で波長の変更を行うことにより、レーザアレイ100の収束周波数ずれを低減することができる。   By calibrating the chip temperature and changing the wavelength by the first method and the second method as described above, it is possible to reduce the convergence frequency shift of the laser array 100.

なお、レーザアレイ100から出力される発振波長の収束値が、目標の発振波長に満たない場合(発振周波数が、目標の周波数よりも大きい場合)は、ペルチェ素子158に電流を印加して、チップ温度を上昇させ、目標の発振波長を得ることができる。   When the convergence value of the oscillation wavelength output from the laser array 100 is less than the target oscillation wavelength (when the oscillation frequency is higher than the target frequency), a current is applied to the Peltier element 158, and the chip The target oscillation wavelength can be obtained by increasing the temperature.

[実施例]
ここで、本発明のレーザアレイの発振光の波長制御の具体的な例(実施例)を説明する。まず、非特許文献2に記載の方法により、レーザ制御層に追加的に電流を印加してTDA−DFBレーザの熱補償を行う場合の設定電流について説明する。
[Example]
Here, a specific example (example) of wavelength control of the oscillation light of the laser array of the present invention will be described. First, a setting current in the case where thermal compensation of a TDA-DFB laser is performed by additionally applying a current to the laser control layer by the method described in Non-Patent Document 2 will be described.

図4は、図1のレーザアレイ100における、非特許文献2に記載の方法により熱補償を行った場合のレーザ活性層及びレーザ制御層の設定電流である。   FIG. 4 shows set currents of the laser active layer and the laser control layer when the thermal compensation is performed by the method described in Non-Patent Document 2 in the laser array 100 of FIG.

まず、TDA−DFBレーザ103のレーザ活性層113に80mAの電流を印加し、TDA−DFBレーザ103のレーザ制御層123に10mAの電流を印加する。この際各TDA−DFBレーザの熱補償を行うために、まずは隣接のTDA−DFBレーザ104のレーザ制御層124に対して35mAの電流を印加する。これは、その後のTDA−DFBレーザアレイにおける波長変更において上記第1の方法により波長変更が行われる場合の熱補償を行うために必要な電流である。このときのTDA−DFBレーザ104の発振周波数は192.0THz(チャネル1)であった。   First, an 80 mA current is applied to the laser active layer 113 of the TDA-DFB laser 103, and a 10 mA current is applied to the laser control layer 123 of the TDA-DFB laser 103. At this time, in order to perform thermal compensation of each TDA-DFB laser, first, a current of 35 mA is applied to the laser control layer 124 of the adjacent TDA-DFB laser 104. This is a current necessary for performing thermal compensation when the wavelength is changed by the first method in the subsequent wavelength change in the TDA-DFB laser array. The oscillation frequency of the TDA-DFB laser 104 at this time was 192.0 THz (channel 1).

更にTDA−DFBレーザ103および104以外のTDA−DFBレーザ101〜102、105〜106のレーザ制御層121〜122、125〜126に予め10mAの電流を印加する。その後のTDA−DFBレーザアレイにおける波長変更において上記第2の方法により波長変更が行われる場合に対応するためである。レーザ制御層121〜122、125〜126に予め同一の電流値を設定することにより、発振を行うレーザ付近のみに偏ってしまうチップ内の熱を広範囲に分布してチップ内の熱分布を予め緩和しておくことができ、上記第2の方法による波長の変更に対する熱補償を行うことができる。   Further, a current of 10 mA is applied in advance to the laser control layers 121 to 122 and 125 to 126 of the TDA-DFB lasers 101 to 102 and 105 to 106 other than the TDA-DFB lasers 103 and 104. This is to cope with the case where the wavelength is changed by the second method in the subsequent wavelength change in the TDA-DFB laser array. By setting the same current value in advance in the laser control layers 121 to 122 and 125 to 126, the heat in the chip that is biased only near the laser that oscillates is distributed over a wide range, and the heat distribution in the chip is relaxed in advance. Therefore, it is possible to perform thermal compensation for wavelength change by the second method.

次に、波長選択スイッチのTDA−DFBレーザアレイ100において波長の変更を行うが、上記第2の方法により波長を変更する。ここで選択されるTDA−DFBレーザはTDA−DFBレーザ105である。まず、TDA−DFBレーザ105のレーザ活性層115に80mAの電流を印加し、TDA−DFBレーザ105のレーザ制御層125に15mAの電流を印加する。このときのTDA−DFBレーザ105の発振周波数は193.3THz(チャネル2)であった。また、更なるTDA−DFBレーザアレイにおける波長変更において上記第1の方法により波長変更が行われる場合に対応するためにTDA−DFBレーザ105の熱補償を行う。熱補償は、隣接するTDA−DFBレーザ104の制御層124に対して30mAの電流を印加するが、この電流値は、発振を行うTDA−DFBレーザ105の制御層に印加する電流の設定値に対し、相補的な値に設定する必要がある。具体的には、TDA−DFBレーザ105の制御層125に印加する電流値とTDA−DFBレーザ104の制御層124に印加する電流値との合計値が、チャネル1においてTDA−DFBレーザ103の制御層123に印加した電流値とTDA−DFBレーザ104の制御層124に印加した電流値との合計値と同一になるように設定する。   Next, although the wavelength is changed in the TDA-DFB laser array 100 of the wavelength selective switch, the wavelength is changed by the second method. The TDA-DFB laser selected here is the TDA-DFB laser 105. First, a current of 80 mA is applied to the laser active layer 115 of the TDA-DFB laser 105, and a current of 15 mA is applied to the laser control layer 125 of the TDA-DFB laser 105. The oscillation frequency of the TDA-DFB laser 105 at this time was 193.3 THz (channel 2). Further, thermal compensation of the TDA-DFB laser 105 is performed to cope with the case where the wavelength is changed by the first method in the wavelength change in the further TDA-DFB laser array. In the thermal compensation, a current of 30 mA is applied to the control layer 124 of the adjacent TDA-DFB laser 104, and this current value is a set value of the current applied to the control layer of the TDA-DFB laser 105 that oscillates. On the other hand, it is necessary to set a complementary value. Specifically, the total value of the current value applied to the control layer 125 of the TDA-DFB laser 105 and the current value applied to the control layer 124 of the TDA-DFB laser 104 is the control of the TDA-DFB laser 103 in the channel 1. The total value of the current value applied to the layer 123 and the current value applied to the control layer 124 of the TDA-DFB laser 104 is set to be the same.

次に、TDA−DFBレーザ105および104以外の各TDA−DFBレーザ101〜103、106のレーザ制御層121〜123、126に予め10mAの電流を印加する。さらなるTDA−DFBレーザアレイにおける波長変更において上記第2の方法により波長変更が行われる場合に対応するためである。   Next, a current of 10 mA is applied in advance to the laser control layers 121 to 123 and 126 of the TDA-DFB lasers 101 to 103 and 106 other than the TDA-DFB lasers 105 and 104. This is to cope with the case where the wavelength is changed by the second method in the wavelength change in the further TDA-DFB laser array.

次に、レーザアレイ100のチップ温度の校正を行う。図5は、レーザアレイ100中の任意の1のTDA−DFBレーザにおける、波長変更を行う際の制御電流と安定後の発振波長との関係を示す図である。ここで、実線501は熱補償を行うために各TDA−DFBレーザの制御層に追加的に電流を印加した場合を示し、破線502は熱補償を行わない場合を示している。   Next, the chip temperature of the laser array 100 is calibrated. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the control current when changing the wavelength and the oscillation wavelength after stabilization in any one TDA-DFB laser in the laser array 100. Here, a solid line 501 indicates a case where a current is additionally applied to the control layer of each TDA-DFB laser in order to perform thermal compensation, and a broken line 502 indicates a case where thermal compensation is not performed.

本実施例において、ある電流値C1を、任意のDFBレーザの制御層に印加する際、上述の非特許文献2に記載の方法により熱補償を行なうと、一定時間経過後、発振周波数はB1に安定した。一方、熱補償を行なわずに、ある電流値C1を、任意のDFBレーザの制御層に印加すると、一定時間経過後、発振周波数はB2に安定した。このときの発振周波数の数値の差(周波数ずれ:J1−J2)は、2GHzあった。このとき、ペルチェ素子に電流を印加して、レーザアレイ100のチップ温度を下げるための温度を算出する。ここで、2GHzの周波数差は、波長差に換算すると0.16nmに相当する。半導体レーザの発振波長は1℃上昇すると0.1nm長波長(低周波数)にシフトする事から、0.16nmの波長ずれは1.6℃温度が上昇した事に相当する。従って、ペルチェ素子の設定値を1.6℃下げるようにペルチェ素子に電流を印加する。そうすると、発振周波数は、B2となった。従って、本実施例において、校正温度は1.6℃とした。   In this embodiment, when a certain current value C1 is applied to the control layer of an arbitrary DFB laser, if the thermal compensation is performed by the method described in Non-Patent Document 2, the oscillation frequency is set to B1 after a certain time has elapsed. Stable. On the other hand, when a certain current value C1 was applied to the control layer of an arbitrary DFB laser without performing thermal compensation, the oscillation frequency was stabilized at B2 after a predetermined time. The difference in the numerical values of the oscillation frequencies (frequency deviation: J1-J2) at this time was 2 GHz. At this time, a current is applied to the Peltier element to calculate a temperature for lowering the chip temperature of the laser array 100. Here, the frequency difference of 2 GHz corresponds to 0.16 nm in terms of a wavelength difference. Since the oscillation wavelength of the semiconductor laser shifts to a long wavelength (low frequency) of 0.1 nm when it rises by 1 ° C., a wavelength shift of 0.16 nm corresponds to an increase in temperature of 1.6 ° C. Therefore, a current is applied to the Peltier element so as to lower the set value of the Peltier element by 1.6 ° C. As a result, the oscillation frequency was B2. Therefore, in this example, the calibration temperature was 1.6 ° C.

レーザアレイ100のチップ温度の校正値を1.6℃として、ペルチェ素子の設定値を1.6℃下げるように電流を印加したうえで、さらに、図3の通りにTDA−DFBレーザ103への電流印加とTDA−DFBレーザ105への電流印加とを1msごとに切替え、192.0THzの発振周波数(チャネル1)と193.3THzの発振周波数(チャネル2)とを交互に得る。切替えたときから目標周波数の10GHz内に入った時間を切り替え時間と定義した場合、本制御方法では、切り替え時間は38μs、この時の切替後1msにおける目標周波数に対する収束周波数ずれは20MHzとなり、大幅な低減を図る事が出来た。   The calibration value of the chip temperature of the laser array 100 is set to 1.6 ° C., and a current is applied so as to lower the set value of the Peltier element by 1.6 ° C. Current application and current application to the TDA-DFB laser 105 are switched every 1 ms, and an oscillation frequency of 192.0 THz (channel 1) and an oscillation frequency of 193.3 THz (channel 2) are alternately obtained. When the time within 10 GHz of the target frequency from the time of switching is defined as the switching time, in this control method, the switching time is 38 μs, and the convergence frequency shift with respect to the target frequency in 1 ms after switching is 20 MHz, which is significant. We were able to reduce it.

波長可変レーザ(TDA−DFBレーザ)の発振波長を高速かつ正確に変化させることができるため、光パケットスイッチや光バーストスイッチのような、波長の高速切替が要求されるアプリケーションへ適用可能な波長可変レーザを実現することができる。   Because the oscillation wavelength of a wavelength tunable laser (TDA-DFB laser) can be changed quickly and accurately, the wavelength tunable applicable to applications that require high-speed wavelength switching, such as optical packet switches and optical burst switches. A laser can be realized.

100 レーザアレイ
101〜106 TDA−DFBレーザ
110 半導体基板
111a〜116c レーザ活性層
121a〜126c レーザ制御層
131〜137、141〜148 電極
141〜146、181〜186 増幅器
151〜156、171〜176 DAコンバータ
157 温度検出装置
158 ペルチェ素子
161〜166、169 導波路
167 MMIカプラ
168 SOA
159、170 制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Laser array 101-106 TDA-DFB laser 110 Semiconductor substrate 111a-116c Laser active layer 121a-126c Laser control layer 131-137, 141-148 Electrode 141-146, 181-186 Amplifier 151-156, 171-176 DA converter 157 Temperature detector 158 Peltier elements 161-166, 169 Waveguide 167 MMI coupler 168 SOA
159, 170 Controller

Claims (6)

複数の波長可変レーザの出力波長を変更して可変制御する波長可変レーザアレイであって、
基板上に形成され、独立に電流を印加できる活性層及び制御層を有する電流制御型の複数の波長可変レーザであって、複数の波長可変レーザのうちの第1の波長可変レーザの動作中に、前記第1の波長可変レーザ以外のすべての波長可変レーザの制御層に対して、波長可変レーザの熱補償が行われる、波長可変レーザと、
前記基板上に設けられたペルチェ素子であって、前記波長可変レーザからの実際の発振波長が目標の発振波長となるように、前記実際の発振波長と前記目標の発振波長との差分から求められた、前記基板の温度を調整するための温度の校正値に対応した電流が印加されている、ペルチェ素子と
を備えることを特徴とする波長可変レーザアレイ。
A tunable laser array that variably controls the output wavelength of a plurality of tunable lasers,
A plurality of current control type tunable lasers formed on a substrate and having an active layer and a control layer to which current can be independently applied, during operation of the first tunable laser of the plurality of tunable lasers A wavelength tunable laser in which thermal compensation of the wavelength tunable laser is performed on the control layers of all the wavelength tunable lasers other than the first wavelength tunable laser;
A Peltier device provided on the substrate, which is obtained from a difference between the actual oscillation wavelength and the target oscillation wavelength so that an actual oscillation wavelength from the wavelength tunable laser becomes a target oscillation wavelength. And a Peltier element to which a current corresponding to a temperature calibration value for adjusting the temperature of the substrate is applied.
前記目標の発振波長は、前記複数の波長可変レーザのうち第1の波長可変レーザの動作中に、前記第1の波長可変レーザ以外のすべての波長可変レーザの制御層に対して電流を印加しない場合の、前記波長可変レーザからの実際の発振波長であることを特徴とする請求項1に記載の波長可変レーザアレイ。   The target oscillation wavelength is such that no current is applied to the control layers of all the wavelength tunable lasers other than the first wavelength tunable laser during the operation of the first wavelength tunable laser among the plurality of wavelength tunable lasers. The tunable laser array according to claim 1, wherein the oscillating wavelength is an actual oscillation wavelength from the tunable laser. 前記熱補償は、前記第1の波長可変レーザの制御層に隣接する第2の波長可変レーザの制御層に、前記第1の波長可変レーザの可変波長範囲内で波長を変更するときの熱補償を行うための値の電流を印加し、前記第1及び第2の波長可変レーザ以外の波長可変レーザの制御層には、それぞれ均等な電流を印加されることにより行われることを特徴とする請求項1又は2に記載の波長可変レーザアレイ。   The thermal compensation is performed when the wavelength is changed within the variable wavelength range of the first wavelength tunable laser to the control layer of the second wavelength tunable laser adjacent to the control layer of the first wavelength tunable laser. A current having a value for performing the above is applied, and a uniform current is applied to each of the control layers of the wavelength tunable lasers other than the first and second wavelength tunable lasers. Item 3. The wavelength tunable laser array according to Item 1 or 2. 独立に電流を印加できる活性層及び制御層を有する電流制御型の複数の波長可変レーザと、ペルチェ素子とを備え、前記複数の波長可変レーザの出力波長を変更して可変制御する、波長可変レーザアレイの波長を制御する方法であって、
前記複数の波長可変レーザのうち第1の波長可変レーザの動作中に、前記第1の波長可変レーザ以外のすべての波長可変レーザの制御層に対して、波長可変レーザの熱補償を行うことと、
前記波長可変レーザからの実際の発振波長と、目標の発振波長との差分を求め、前記実際の発振波長が前記目標の発振波長となるように、前記差分から前記波長可変レーザアレイのチップ温度を調整するためのチップ温度の校正値を算出することと、
前記ペルチェ素子に、前記校正値に対応した値の電流を印加し、前記校正値の分だけ前記波長可変レーザアレイのチップ温度を調整することと
を含むことを特徴とする波長可変レーザアレイの波長を制御する方法。
A wavelength tunable laser, comprising: a plurality of current control type wavelength tunable lasers having an active layer and a control layer to which current can be applied independently; and a Peltier element, and variably controlling the output wavelengths of the plurality of wavelength tunable lasers A method for controlling the wavelength of an array comprising:
Performing thermal compensation of the wavelength tunable laser to the control layers of all the wavelength tunable lasers other than the first wavelength tunable laser during the operation of the first wavelength tunable laser among the plurality of wavelength tunable lasers; ,
The difference between the actual oscillation wavelength from the wavelength tunable laser and the target oscillation wavelength is obtained, and the chip temperature of the wavelength tunable laser array is determined from the difference so that the actual oscillation wavelength becomes the target oscillation wavelength. Calculating a calibration value of the chip temperature for adjustment;
Applying a current having a value corresponding to the calibration value to the Peltier element, and adjusting a chip temperature of the wavelength tunable laser array by the calibration value. How to control.
前記目標の発振波長は、前記複数の波長可変レーザのうち第1の波長可変レーザの動作中に、前記第1の波長可変レーザ以外のすべての波長可変レーザの制御層に対して電流を印加しない場合の、前記波長可変レーザからの実際の発振波長であることを特徴とする請求項4に記載の方法。   The target oscillation wavelength is such that no current is applied to the control layers of all the wavelength tunable lasers other than the first wavelength tunable laser during the operation of the first wavelength tunable laser among the plurality of wavelength tunable lasers. 5. The method of claim 4, wherein the actual oscillation wavelength from the tunable laser is. 前記熱補償は、前記第1の波長可変レーザの制御層に隣接する第2の波長可変レーザの制御層に、前記第1の波長可変レーザの可変波長範囲内で波長を変更するときの熱補償を行うための値の電流を印加し、前記第1及び第2の波長可変レーザ以外の波長可変レーザの制御層には、それぞれ均等な電流を印加されることにより行われることを特徴とする請求項4又は5に記載の方法。   The thermal compensation is performed when the wavelength is changed within the variable wavelength range of the first wavelength tunable laser to the control layer of the second wavelength tunable laser adjacent to the control layer of the first wavelength tunable laser. A current having a value for performing the above is applied, and a uniform current is applied to each of the control layers of the wavelength tunable lasers other than the first and second wavelength tunable lasers. Item 6. The method according to Item 4 or 5.
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