JP2017147249A - 波長可変型レーザモジュールおよびその波長制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】全ての使用周波数に対して制御パラメータを予め記憶しておかなくても、全ての使用周波数に対する制御を行うこと。
【解決手段】制御装置のメモリ内に記憶された各基本周波数チャンネル当たり２点以上における測定周波数および波長フィルタ制御値のデータを参照する参照ステップと、レーザ光源が出射するように指示されたレーザ光の周波数に最も近い基本周波数チャンネルを選択し、前記最も近い基本周波数チャンネルに割り当てられた前記測定周波数および波長フィルタ制御値のデータから、前記指示されたレーザ光の周波数を実現するための第１の波長フィルタ制御値を算出する第１の算出ステップと、前記第１の波長フィルタ制御値を用いて前記波長フィルタの透過特性を制御する制御ステップとを含む波長可変型レーザモジュールの波長制御方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、波長可変型レーザモジュールおよびその波長制御方法に関する。

１本の光ファイバに波長が異なる複数の光信号を多重化して同時に伝送する波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）通信分野では、情報通信量の増加に伴い、より狭い波長間隔で光信号を多重化することが求められている。より狭い波長間隔で光信号を多重化するためには、信号としてレーザ素子から出射されるレーザ光の波長を精度高く制御する必要がある。

近年では、光伝送波長帯域の効率的利用のために、レーザ光の周波数間隔についても、２５ＧＨｚや５０ＧＨｚに固定されていた従来の固定グリッド方式から、異なる周波数間隔で混在して配置できる、いわゆるフレキシブルグリッド方式が導入されようとしている。

このため、温度を制御することにより波長透過特性を変更することができるエタロンフィルタを用いた半導体レーザモジュールをフレキシブルグリッド方式の通信に利用することが検討されている。エタロンフィルタを用いた半導体レーザモジュールは、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の一部をエタロンフィルタ側に分岐し、エタロンフィルタを透過した分岐光の強度に基づいて半導体レーザ素子の温度を制御することによって、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の波長を制御する。エタロンフィルタは、周期的な波長透過特性を有し、かつ、この周期的な波長透過特性は、温度に依存して波長方向にシフトする。したがって、エタロンフィルタを用いた半導体レーザモジュールは、エタロンフィルタと半導体レーザ素子の温度を制御することによって、出力するレーザ光を所望の波長かつ所望の強度に制御することができる（例えば特許文献１参照）。

特開２０１２−３３８９５号公報

しかしながら、従来技術の延長としてフレキシブルグリッド方式を実現しようとすると自ずと限界が訪れる。例えば従来の５０ＧＨｚグリッドのチャンネルでＣ−ｂａｎｄを全てカバーすると約１００チャンネルである。これを、フレキシブルグリッドを実現するための波長可変型レーザモジュールのグリッド間隔の一例である０．１ＧＨｚグリッドに単純拡張すると５０ＧＨｚグリッドの場合の５００倍となり、約５０，０００チャンネルとなってしまう。この約５０，０００チャンネルの全てに対して、キャリブレーションを行い、その結果のレーザ駆動条件や制御の目標値などをメモリに記憶することは、量産およびコストの観点から現実的ではない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、全ての使用周波数に対して制御パラメータを予め記憶しておかなくても、全ての使用周波数に対する制御を行うことができる波長可変型レーザモジュールの波長制御方法を提供することにある。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る波長可変型レーザモジュールの波長制御方法は、レーザ光を出射するレーザ光源と、光の波長に対して周期的な透過特性を有する波長フィルタと、前記波長フィルタを透過した前記レーザ光の強度に基づいて前記レーザ光源から出射されるレーザ光の波長の制御および前記波長フィルタの透過特性の制御を行う制御装置と、を備える波長可変型レーザモジュールの波長制御方法であって、前記制御装置のメモリ内に記憶された各基本周波数チャンネル当たり２点以上における測定周波数および波長フィルタ制御値のデータを参照する参照ステップと、前記レーザ光源が出射するように指示されたレーザ光の周波数に最も近い基本周波数チャンネルを選択し、前記最も近い基本周波数チャンネルに割り当てられた前記測定周波数および波長フィルタ制御値のデータから、前記指示されたレーザ光の周波数を実現するための第１の波長フィルタ制御値を算出する第１の算出ステップと、前記第１の波長フィルタ制御値を用いて前記波長フィルタの透過特性を制御する制御ステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る波長可変型レーザモジュールの波長制御方法は、前記第１の算出ステップは、指示された周波数を挟む前記測定周波数および波長フィルタ制御値のデータから線形近似もしくは次数が２以上の多項式近似により、前記指示された周波数を実現するための第１の波長フィルタ制御値を算出することを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る波長可変型レーザモジュールの波長制御方法は、前記第１の算出ステップは、指示された周波数を挟まない前記測定周波数および波長フィルタ制御値のデータから線形近似もしくは次数が２以上の多項式近似により、前記指示された周波数を実現するための第１の波長フィルタ制御値を算出することを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る波長可変型レーザモジュールの波長制御方法は、前記制御装置のメモリ内に記憶された測定周波数および波長フィルタ制御値のデータは、隣接する基本周波数チャンネルの周波数間隔をｎ分割し、該隣接する基本周波数チャンネルの間におけるｎ−１個の分割点のうち少なくとも１点以上の周波数における追加測定を行い、前記追加測定の結果である測定周波数および波長フィルタ制御値のデータがメモリ内に事前に記録されたものであることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る波長可変型レーザモジュールの波長制御方法は、前記レーザ光源が出射するように指示されたレーザ光の周波数に２番目に近い基本周波数チャンネルを選択し、前記２番目に近い基本周波数チャンネルに割り当てられた前記測定周波数および波長フィルタ制御値のデータから、前記指示されたレーザ光の周波数を実現するための第２の波長フィルタ制御値を算出する第２算出ステップと、前記第１の波長フィルタ制御値の代わりに、前記第１の波長フィルタ制御値と前記第２の波長フィルタ制御値のうち、前記メモリに記憶されている波長フィルタ制御値の中心値に近い方を用いて前記波長フィルタの透過特性を制御する制御ステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る波長可変型レーザモジュールは、レーザ光を出射するレーザ光源と、光の波長に対して周期的な透過特性を有する波長フィルタと、前記波長フィルタを透過した前記レーザ光の強度に基づいて前記レーザ光源から出射されるレーザ光の波長の制御および前記波長フィルタの透過特性の制御を行う制御装置と、を備え、前記制御装置の演算部は、前記制御装置のメモリ内に記憶された各基本周波数チャンネル当たり２点以上における測定周波数および波長フィルタ制御値のデータを参照する参照ステップと、前記レーザ光源が出射するように指示されたレーザ光の周波数に最も近い基本周波数チャンネルを選択し、前記最も近い基本周波数チャンネルに割り当てられた前記測定周波数および波長フィルタ制御値のデータから、前記指示されたレーザ光の周波数を実現するための第１の波長フィルタ制御値を算出する第１の算出ステップと、前記第１の波長フィルタ制御値を用いて前記波長フィルタの透過特性を制御する制御ステップと、を実行するようにプログラムされていることを特徴とする。

本発明に係る波長可変型レーザモジュールの波長制御方法は、全ての使用周波数に対して制御パラメータを予め記憶しておかなくても、全ての使用周波数に対する制御を行うことができるという効果を奏する。

図１は、波長可変型レーザモジュールの構成例を模式的に示す図である。 図２は、波長フィルタが有する周期的な透過特性の例を示すグラフである。 図３は、２つの波長フィルタ温度におけるＰＤ電流比の例を示すグラフである。 図４は、基本周波数チャンネルと追加測定周波数との関係の例を示す図である。 図５は、算出方法２の効果を説明するための図である。 図６は、波長可変型レーザモジュールの制御方法の全体の流れの例を示す図である。 図７は、弁別曲線を波長方向にシフトの例を示す図である。 図８は、ＳＯＡに供給する電流とパワーモニタが出力する電流との関係の例を示すグラフである。 図９は、指示された周波数に対応するためにシフトされた弁別曲線の例を示すグラフである。 図１０は、本実施形態に係る波長可変型レーザモジュールの波長制御方法における波長精度の測定結果の例を示すグラフである。 図１１は、比較例に係る波長可変型レーザモジュールの波長制御方法における波長精度の測定結果の例を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る波長可変型レーザモジュールの波長制御方法を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する構成要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各層の厚さや厚さの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。

（実施形態）
図１は、波長可変型レーザモジュールの構成例を模式的に示す図である。図１に示される波長可変型レーザモジュールは、実施形態に係る波長可変型レーザモジュールの波長制御方法の実施に用いられる装置の代表例を示している。

図１に示すように、波長可変型レーザモジュール１００は、波長可変光源部２００と制御装置３００とを主要な構成要素として備えている。波長可変光源部２００は、制御装置３００からの制御に応じて所望の波長および出力のレーザ光を出力し、当該レーザ光を後段の装置に供給する。制御装置３００は、例えばユーザーインターフェイスを備えた上位の制御装置と接続されており、当該上位の制御装置を介したユーザーからの指示に従って、波長可変光源部２００を制御する。なお、波長可変型レーザモジュール１００は、波長可変光源部２００と制御装置３００とを別体として備えることもできるが、制御装置３００と波長可変光源部２００とを同一の回路基板上に実装することも可能である。

図１に示すように、波長可変光源部２００は、レーザ光源２１０と波長検知部２２０と光分波器２３０とパワーモニタ２４０と光ファイバ２６０とを備えている。

レーザ光源２１０は、さらに詳しく、ＤＦＢ−ＬＤ（Distributed Feedback Laser Diode：分布帰還型レーザダイオード）２１１と光導波路２１２と光合波器２１３とＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier：半導体光増幅器）２１４とペルチェ素子２１５とレーザ温度モニタ素子２１６とを備えている。なおＤＦＢ−ＬＤ２１１と光導波路２１２と光合波器２１３とＳＯＡ２１４は、単一の半導体チップの上に形成することも可能である。

レーザ光源２１０は、それぞれ異なる波長のレーザ光を前端面から出射するストライプ形状の複数のＤＦＢ−ＬＤ２１１を備えている。各ＤＦＢ−ＬＤ２１１は、温度を調整することによってその発振波長を制御することができる。各ＤＦＢ−ＬＤ２１１は、ペルチェ素子２１５の上に載置されており、ペルチェ素子２１５によって温度が変更可能なように構成されている。また、ペルチェ素子２１５の上にはレーザ温度モニタ素子２１６が設けられ、ＤＦＢ−ＬＤ２１１の温度を監視することが可能である。

ＤＦＢ−ＬＤは３ｎｍ〜４ｎｍ程度の範囲内で発振波長を変化させることができるので、各ＤＦＢ−ＬＤ２１１の発振波長が３ｎｍ〜４ｎｍ程度の間隔でずらして各ＤＦＢ−ＬＤ２１１の発振波長を設計する。これにより、レーザ光源２１０は、複数のＤＦＢ−ＬＤ２１１のうち、所望のレーザ光の波長を得るのに適した１個のＤＦＢ−ＬＤ２１１を選択して駆動すると共にＤＦＢ−ＬＤ２１１の温度を制御することによって、単体のＤＦＢ−ＬＤよりも広帯域な連続した波長帯域に亘ってレーザ光を出射することができる。

なお、ＷＤＭ通信用の波長帯域全体（例えば１．５３μｍ〜１．５６μｍのＣバンド又は１．５７μｍ〜１．６１μｍのＬバンド）をカバーするためには、それぞれ３ｎｍ〜４ｎｍの範囲内で発振波長を変化させることが可能な例えば１２個のＤＦＢ−ＬＤ２１１を集積する。これによって、３０ｎｍ以上の波長帯域に亘ってレーザ光の波長を変化させることができる。

複数のＤＦＢ−ＬＤ２１１の何れかが出射したレーザ光は、光導波路２１２および光合波器２１３を経由することによって１つの光路に導かれ、ＳＯＡ２１４によって増幅された後に、レーザ光源２１０から出射される。

光分波器２３０は、レーザ光源２１０から出力されたレーザ光の大半を波長可変光源部２００から出力するために光ファイバ２６０に結合する。同時に、レーザ光源２１０から出力されたレーザ光の一部をパワーモニタ２４０と波長検知部２２０とに分波して供給する。光ファイバ２６０は光分波器２３０から入力されたレーザ光を出力し、図示しない後段の装置に供給する。

パワーモニタ２４０は、入力された光の強度に応じた電気信号を出力するフォトダイオードを利用した測定器である。したがって、パワーモニタ２４０から出力される電気信号を光ファイバ２６０から出力されるレーザ光の出力に換算することができる。

波長検知部２２０は、さらに詳しく、波長フィルタ２２１とペルチェ素子２２２とフィルタ温度モニタ素子２２３と波長モニタ２５０とを備えている。波長フィルタ２２１は、光の波長に対して周期的な透過特性を有し、例えばエタロンフィルタが用いられる。図２は、波長フィルタが有する周期的な透過特性の例を示すグラフである。

また、波長フィルタ２２１は、温度に依存してこの周期的な波長透過特性が波長方向にシフトする。その温度係数は、波長フィルタ２２１を形成する材料によって異なり、例えば、石英（ＳｉＯ_２）によって形成されたエタロンフィルタの温度特性は１．２５GHz/deg.C程度、水晶によって形成されたエタロンフィルタの温度特性は１．９GHz/deg.C程度、ビスマスゲルマニウムオキサイド（Ｂｉ_１２ＧｅＯ_２０：ＢＧＯ）によって形成されたエタロンフィルタの温度特性は２．５GHz/deg.C程度である。

なお、エタロンフィルタの温度特性を大きくしすぎると、エタロンフィルタの透過特性が温度変化に対して敏感になり、エタロンフィルタの透過特性にばらつきが生じやすくなる。一方、エタロンフィルタの温度特性を小さくしすぎると、基本周波数チャンネル以外の使用周波数を出力する制御時にエタロンフィルタの温度を大きくシフトさせる必要が生じる結果、消費電力が大きくなってしまう。

波長フィルタ２２１は、ペルチェ素子２２２の上に載置されており、ペルチェ素子２２２によって温度が変更可能に構成されている。また、ペルチェ素子２２２の上にはフィルタ温度モニタ素子２２３が設けられ、波長フィルタ２２１の温度を監視することが可能である。

光分波器２３０によって分波されたレーザ光は、波長検知部２２０の波長フィルタ２２１を透過して、波長モニタ２５０に入射される。波長モニタ２５０は、パワーモニタ２４０と同様に、入力された光の強度に応じた電気信号を出力するフォトダイオードを利用した測定器である。したがって、波長モニタ２５０から出力される電気信号は、レーザ光源２１０から出力され、分波器２３０で分波されて波長フィルタ２２１に入射したレーザ光の強度に図２に示したような透過特性を乗じたものとなる。

先述のように、波長フィルタ２２１は、光の波長に対して周期的な透過特性を有する。そこで、波長モニタ２５０から出力される電気信号（ＰＤ２）とパワーモニタ２４０から出力される電気信号（ＰＤ１）との比（これをＰＤ電流比という）を考えると、ＰＤ電流比（ＰＤ２／ＰＤ１）も、光の波長に対して周期的な値となる。しかも、波長フィルタ２２１における周期的な波長透過特性は、波長フィルタ２２１の温度に依存して波長方向にシフトする。図３は、２つの波長フィルタ２２１の温度におけるＰＤ電流比の例を示すグラフである。

図３のグラフに示される曲線は、弁別曲線と呼ばれ、測定されるＰＤ電流比と出力されているレーザ光の波長との関係を示している。したがって、図３に示されるような弁別曲線を用いてＰＤ電流比を監視すれば、レーザ光源２１０から出力されたレーザ光の波長に誤差が生じた場合に、その誤差を検知することができる。また、波長フィルタ２２１の温度を制御すれば弁別曲線を波長方向にシフトすることができるので、レーザ光源２１０から出力すべき所望のレーザ光の波長に対応した弁別曲線を得ることが可能である。

次に、制御装置３００の構成について説明する。なお、図１に示す制御装置３００の構成は、機能をブロックで表示したものであり、図示されるブロックが物理的に分離されていることを意味するものではない。

図１に示すように、制御装置３００は、ＤＦＢ−ＬＤ選択回路３１１と、ＤＦＢ−ＬＤ電流制御回路３１２と、レーザ温度モニタ回路３２１と、レーザ温度制御回路３２２と、ＳＯＡ制御回路３３０と、ＰＤ１電流モニタ回路３４１と、ＰＤ２電流モニタ回路３４２と、エタロン温度モニタ回路３５１と、エタロン温度制御回路３５２と、デジタル演算器３６０と、メモリ３７０とを備えている。

ＤＦＢ−ＬＤ選択回路３１１は、デジタル演算器３６０からの指令に従い、複数のＤＦＢ−ＬＤ２１１のうち１つを選択するための回路である。具体的には、ＤＦＢ−ＬＤ２１１に電流を供給するための回路のスイッチを切り替えることで実現することが可能である。ＤＦＢ−ＬＤ電流制御回路３１２は、デジタル演算器３６０からの指令に従い、ＤＦＢ−ＬＤ２１１に供給する電流を制御するための回路である。

レーザ温度モニタ回路３２１は、レーザ温度モニタ素子２１６の温度を検出することによりＤＦＢ−ＬＤ２１１の温度を特定し、ＤＦＢ−ＬＤ２１１の温度のデータをデジタル信号としてデジタル演算器３６０へ送信する。一方、レーザ温度制御回路３２２は、デジタル演算器３６０から指示された温度にＤＦＢ−ＬＤ２１１がなるように、ペルチェ素子２１５に供給する電流を制御する。

ＳＯＡ制御回路３３０は、デジタル演算器３６０からの指示に基づいて、ＳＯＡ２１４に供給される電流を制御し、ＳＯＡ２１４の利得を調整する。

ＰＤ１電流モニタ回路３４１およびＰＤ２電流モニタ回路３４２は、それぞれ、パワーモニタ２４０および波長モニタ２５０から出力された電流をデジタル信号に変換し、デジタル演算器３６０へ送信する。

エタロン温度モニタ回路３５１は、フィルタ温度モニタ素子２２３の温度を検出することにより波長フィルタ２２１の温度を特定し、波長フィルタ２２１の温度のデータをデジタル信号としてデジタル演算器３６０へ送信する。一方、エタロン温度制御回路３５２は、デジタル演算器３６０から指示された温度に波長フィルタ２２１がなるように、ペルチェ素子２２２に供給する電流を制御する。

メモリ３７０は、デジタル演算器３６０が制御パラメータを算出するために必要なレーザ駆動条件および波長検知部の目標値などのデータを各種記憶している。特に、後に詳述する制御方法のため、メモリ３７０は、各基本周波数チャンネルにおける基本周波数チャンネル自体の周波数と波長フィルタ２２１の温度との組、さらに、追加測定周波数における測定周波数と波長フィルタ２２１の温度との組を記憶している。

ここで、基本周波数チャンネルとは、設計思想に従って設定し得るパラメータであるが、例えば、標準規格によって定められた周波数を用いることも可能であり、また、基本周波数チャンネルの間隔として波長フィルタ２２１の透過特性の半周期や四分の一周期等の周波数間隔を用いることも可能である。ただし、この基本周波数チャンネルの間隔は、波長可変光源部２００が制御装置３００によるＡＦＣ制御によって出力し得るレーザ光の周波数の最小間隔よりは大きいものとする。基本周波数チャンネルの間隔が、波長可変光源部２００が制御装置３００によるＡＦＣ制御によって出力し得るレーザ光の最小間隔よりも小さい場合、出力可能な全ての周波数に対してのパラメータを記憶することになるので効率的ではないからである。

また、追加測定周波数とは、隣接する基本周波数チャンネルの周波数間隔をｎ分割し、その結果におけるｎ−１個の分割点の周波数のことをいう。なお、当該ｎ−１個の分割点の周波数のうち少なくとも１点以上の周波数を追加測定周波数として採用すれば本実施形態の効果を奏することができるが、ｎ−１個の分割点の全てを追加測定周波数として採用すれば本実施形態の効果はより大きくなる。なお、各基本周波数チャンネルに割り当てられる追加測定の個数は、隣接する基本周波数チャンネルの間隔を、ユーザーが使用する最小の周波数間隔で割った数程度以下にすることが好ましい。ユーザーが使用する周波数の個数よりも、追加測定の個数が多すぎると、効率的でないからである。

例えば、Ｃ−ｂａｎｄ全域における２５ＧＨｚ間隔で約２００ｃｈを基本周波数チャンネルとすると、基本周波数チャンネルに対するキャリブレーションでは、波長計を用いた波長キャリブレーションを行い、メモリ３７０に各基本周波数チャンネルのレーザ駆動条件および波長検知部の目標値を含む駆動条件を記録する。

図４は、基本周波数チャンネルと追加測定周波数との関係の例を示す図である。図４には基本周波数チャンネルの間隔を２５ＧＨｚ、開始周波数を１９１．２５ＴＨｚとした、４つの基本周波数チャンネルが示されている。基本周波数チャンネル１（◆）は１９１．２５ＴＨｚで５点の追加測定周波数（◇）が割り当てられ、基本周波数チャンネル２（黒四角）は１９１．２７５ＴＨｚで５点の追加測定周波数（□）が割り当てられ、基本周波数チャンネル３（黒三角）は１９１．３ＴＨｚで５点の追加測定周波数（△）が割り当てられ、基本周波数チャンネル４（●）は１９１．３２５ＴＨｚで５点の追加測定周波数（○）が割り当てられている。各追加測定周波数は波長計を用いた波長測定により得られる。なお、図４に示されるように、追加測定周波数の間隔は、等間隔にする必要はない。また、例えば追加測定周波数（□、△、○）のように、各基本周波数チャンネルに割り当てる追加測定周波数は、基本周波数チャンネルを中心に略対称に設定することが好ましいが、例えば追加測定周波数（◇）のように、端の基本周波数チャンネル（１９１．２５０ＴＨｚ）などでは、使用周波数の側に重点を置くように追加測定周波数を設定することもできる。また、基本周波数チャンネルに割り当てる追加測定周波数は、当該追加測定周波数に最も近い基本周波数チャンネルに限定されることはなく、例えば追加測定周波数（○、△）のように、基本周波数チャンネルと追加測定周波数の関係が交差してもよい。また、互いに異なる基本周波数チャンネルに割り当てられている２つ以上の追加測定周波数が全く同一の周波数であっても良い。また、図４に示されるように、追加測定を行う隣接する基本周波数チャンネル間の分割数は隣接する基本周波数チャンネルごとに異なっていても良い。

ここで、追加測定周波数に対する波長測定における波長フィルタ２２１の温度は、前記追加測定周波数を割り当てる基本周波数チャンネルにおける波長フィルタ２２１の温度から、波長フィルタ２２１の温度特性に従ってシフトさせる。当該測定結果である波長および波長フィルタ２２１の温度を追加測定周波数における測定周波数と波長フィルタ２２１の温度との組としてメモリ３７０に記憶する。

デジタル演算器３６０は、いわゆるＣＰＵと呼ばれる演算装置である。デジタル演算器３６０は、レーザ温度モニタ回路３２１、ＰＤ１電流モニタ回路３４１、ＰＤ２電流モニタ回路３４２、および、エタロン温度モニタ回路３５１から受信した波長可変光源部２００の状態のデータから適切な制御パラメータを算出し、ＤＦＢ−ＬＤ選択回路３１１、ＤＦＢ−ＬＤ電流制御回路３１２、レーザ温度制御回路３２２、ＳＯＡ制御回路３３０、および、エタロン温度制御回路３５２に制御信号を送信する。

デジタル演算器３６０は、メモリ３７０内に記憶された各基本周波数チャンネル当たり２点以上における測定周波数と波長フィルタ２２１の温度との組のデータを参照する参照ステップと、レーザ光源２１０が出射するように指示されたレーザ光の周波数に最も近い基本周波数チャンネルを選択し、最も近い基本周波数チャンネルに割り当てられた測定周波数と波長フィルタ２２１の温度との組のデータから、指示されたレーザ光の周波数を実現するための波長フィルタ２２１の温度を算出するステップと、当該算出された波長フィルタ２２１の温度を用いて波長フィルタ２２１の透過特性を制御するステップとを実行し得るようにプログラムされている。

なお、上位の制御装置を介したユーザーからの制御装置３００への周波数の指示は周波数の値そのものによる指示とは限らず、間接的な値を用いた指示の場合もある。例えば、開始周波数、グリッド間隔、チャンネル番号で、これらの情報から指示された周波数を以下の式により算出することが出来る。
指示された周波数＝開始周波数＋（チャンネル番号−１）×グリッド間隔
例えば、開始周波数＝１９１．３ＴＨｚ、グリッド間隔＝０．１ＧＨｚ、チャンネル番号＝５１６９の場合、指示された周波数は１９１．８１６８ＴＨｚと算出される。

以下、波長フィルタ２２１の制御値として波長フィルタ２２１の温度を用いて、指示されたレーザ光の周波数を実現するための波長フィルタ２２１の温度を算出する方法の具体例を挙げる。

（算出方法１）
デジタル演算器３６０は、メモリ３７０に記憶されている基本周波数チャンネルのうち、指示されたレーザ光の周波数に最も近い基本周波数チャンネルを選択する。そして、この最も近い基本周波数チャンネルに割り当てられた２組の測定周波数と波長フィルタ２２１の温度との組（(Freq1，Tf1)，(Freq2，Tf2)）を選択する。

これら２組の測定周波数と波長フィルタ２２１の温度との組（(Freq1，Tf1)，(Freq2，Tf2)）を用いれば、指示されたレーザ光の周波数を実現するための波長フィルタ２２１の温度Tfは、以下の式によって算出することができる。ただし、Freq_targetは指示されたレーザ光の周波数である。
Tf＝Tf1＋｛（Tf2−Tf1）／（Freq2−Freq1）｝＊（Freq_target−Freq1）

なお、これら周波数と波長フィルタ２２１の温度との組は、基本周波数チャンネル自体における周波数と波長フィルタ２２１の温度との組と追加測定周波数における測定周波数と波長フィルタ２２１の温度との組とを選択することが可能である。つまり、本算出方法を実施するためには、隣接基本周波数チャンネル間におけるｎ−１個の分割点のうち少なくとも１点以上の周波数における追加測定を行っておけばよい。

また、上記算出方法は２個の追加測定周波数を用いた単純な線形近似であるが、用いる追加測定周波数の個数を増やして最小二乗法を用いた線形近似とすることも可能である。さらに、上記算出方法は線形近似に限らず、２次以上の多項式近似を用いることも可能である。また、補間の方法についても、内挿および外挿のいずれを用いることも可能である。すなわち、指示された周波数を挟む測定周波数および波長フィルタ２２１の温度のデータから線形近似もしくは次数が２以上の多項式近似を用いることも、指示された周波数を挟まない測定周波数および波長フィルタ２２１の温度のデータから線形近似もしくは次数が２以上の多項式近似を用いることも可能である。

（算出方法２）
まず算出方法１と同様に、デジタル演算器３６０は、メモリ３７０に記憶されている基本周波数チャンネルのうち、指示されたレーザ光の周波数に最も近い基本周波数チャンネルに割り当てられた２組の測定周波数と波長フィルタ２２１の温度との組（(Freq1_a，Tf1_a)，(Freq2_a，Tf2_a)）を選択する。

そして、これらの組（(Freq1_a，Tf1_a)，(Freq2_a，Tf2_a)）を用いて、指示されたレーザ光の周波数を実現するための波長フィルタ２２１の温度の候補Tf_aを、以下の式によって算出する。
Tf_a＝Tf1_a＋｛（Tf2_a−Tf1_a）／（Freq2_a−Freq1_a）｝＊（Freq_target−Freq1_a）

さらに、デジタル演算器３６０は、メモリ３７０に記憶されている基本周波数チャンネルのうち、指示されたレーザ光の周波数に２番目に近い基本周波数チャンネルに割り当てられた２組の測定周波数と波長フィルタ２２１の温度との組（(Freq1_b，Tf1_b)，(Freq2_b，Tf2_b)）を選択し、同様に、指示されたレーザ光の周波数を実現するための波長フィルタ２２１の温度の候補Tf_bを、以下の式によって算出する。
Tf_b＝Tf1_b＋｛（Tf2_b−Tf1_b）／（Freq2_b−Freq1_b）｝＊（Freq_target−Freq1_b）

そして、２つの候補Tf_a，Tf_bのうち、メモリ３７０に記憶されている波長フィルタ２２１の温度の中心値に近い方を、指示されたレーザ光の周波数を実現するための波長フィルタ２２１の温度に採用する。

なお、上記算出方法は、算出方法１と同様に、用いる追加測定周波数の個数を増やして最小二乗法を用いた線形近似とすることも、２次以上の多項式近似を用いることも可能である。また、補間の方法についても、内挿および外挿のいずれを用いることも可能である。

図５は、算出方法２の効果を説明するための図である。図５に示されるグラフは、横軸に周波数をとり、縦軸に波長フィルタ２２１の温度をとり、指示されたレーザ光の周波数を１９１．２８６５ＴＨｚとし、指示されたレーザ光の周波数に最も近い基本周波数チャンネル１（１９１．２７５ＴＨｚ）に割り当てられた測定周波数と波長フィルタ２２１の温度との組と指示されたレーザ光の周波数に２番目に近い基本周波数チャンネル２（１９１．３ＴＨｚ）に割り当てられた測定周波数と波長フィルタ２２１の温度との組とがプロットされている。基本周波数チャンネルの間隔は２５ＧＨｚである。メモリ３７０に記憶されている波長フィルタ２２１の温度の中心値を５４℃とする。

具体的には、５点の追加測定データ１（＋）が、指示されたレーザ光の周波数に最も近い基本周波数チャンネル１に割り当てられた測定周波数と波長フィルタ２２１の温度との組であり、５点の追加測定データ２（△）が、指示されたレーザ光の周波数に２番目に近い基本周波数チャンネル２に割り当てられた測定周波数と波長フィルタ２２１の温度との組である。また、指示されたレーザ光の周波数における波長フィルタ温度を、追加測定データ１（＋）から内挿して算出したものが波長フィルタ温度（●）であり、追加測定データ２（△）から外挿して算出したものが波長フィルタ温度（○）である。

図５から読み取れるように、２番目に近い基本周波数チャンネル２の追加測定データ（△）から算出される波長フィルタ温度（○）の方が、最も近い基本周波数チャンネルの追加測定データ（＋）から算出される波長フィルタ温度（●）よりも、波長フィルタ２２１の温度の中心値（＝５４℃）に近い。したがって、この場合、算出方法２では、２番目に近い基本周波数チャンネル２の追加測定データ（△）から算出された波長フィルタ温度（○）を、指示されたレーザ光の周波数を実現するための波長フィルタ２２１の温度に採用する。このように、算出方法２では、波長フィルタ２２１の温度の中心値に近い方を、指示されたレーザ光の周波数を実現するための波長フィルタ２２１の温度に採用する。メモリ３７０に記憶されている波長フィルタ２２１の温度の中心値をあらかじめ適切な値に設定しておけば、ペルチェ素子２２２で消費される電力が高くなってしまうような波長フィルタ２２１の温度として低い温度が採用されることがないので、結果、ペルチェ素子２２２で消費される電力を少なく抑えることが可能である。なお、図５のフィルタ温度の算出方法の例では、基本周波数チャンネルに割り当てられた追加測定周波数とフィルタ２２１の温度の追加測定データのみを用いたが、追加測定データのみならず基本周波数チャンネル自体の周波数とフィルタ温度２２１のデータも用いても良い。

（制御方法）
ここで、図６を参照しながら、波長可変型レーザモジュール１００の制御方法の全体の流れを説明する。図６は、波長可変型レーザモジュールの制御方法の全体の流れの例を示す図である。

既に説明したように、制御装置３００のメモリ３７０には、初期値として、基本周波数チャンネルごとにＤＦＢ−ＬＤ２１１の番号および温度、波長フィルタ２２１の温度、ＤＦＢ−ＬＤ２１１に供給する電流、および、フィードバック制御目標値としてＰＤ電流比（＝ＰＤ１／ＰＤ２）を含むデータが記憶されている。これらデータは波長可変型レーザモジュールの出荷前に波長計を用いた波長キャリブレーションにより取得され、メモリ３７０に記録されたものである。

さらに、制御装置３００のメモリ３７０には、基本周波数チャンネルごとに例えば５点の周波数と波長フィルタ２２１の温度のデータ（基本周波数チャンネル自身の周波数と波長フィルタ２２１の温度のデータ＋４点の追加測定周波数の測定周波数と波長フィルタ２２１の温度のデータ）が記憶されている。これらデータは波長可変型レーザモジュールの出荷前に波長計を用いた波長測定により取得され、メモリ３７０に記録されたものである。

ステップＳ１にて、制御装置３００は、上位の制御装置を介したユーザーからの指示された周波数に従って、波長フィルタ２２１の温度の目標値を算出する。具体的には、制御装置３００のデジタル演算器３６０が、メモリ３７０内に記憶された各基本周波数チャンネル当たり２点以上における測定周波数と波長フィルタ２２１の温度との組のデータを参照し、レーザ光源２１０が出射するように指示されたレーザ光の周波数に最も近い基本周波数チャンネルを選択し、最も近い基本周波数チャンネルに割り当てられた測定周波数と波長フィルタ２２１の温度との組のデータから、指示されたレーザ光の周波数を実現するための波長フィルタ２２１の温度を算出する。

そして、ステップＳ２にて、ＤＦＢ−ＬＤ２１１および波長フィルタ２２１の温度の制御を開始する。

さらに、制御装置３００のデジタル演算器３６０は、波長フィルタ２２１の温度が算出された目標値になるように、エタロン温度制御回路３５２に制御信号を送信すると共に、フィルタ温度モニタ素子２２３およびエタロン温度モニタ回路３５１を介した波長フィルタ２２１の温度の監視を開始する。

結果、図７に示すように、基本周波数チャンネルにおける波長フィルタ２２１の弁別曲線を波長方向にシフトした、ユーザーからの指示された周波数に対応した弁別曲線を得ることになる。図７は、弁別曲線を波長方向にシフトの例を示す図であり、同図では、基本周波数チャンネルにおける弁別曲線が破線、ユーザーからの指示された周波数に対応した弁別曲線が実線で記載されている。

次に、ステップＳ３にて、複数のＤＦＢ−ＬＤ２１１のうちから基本周波数チャンネルに対応したものを選択し、当該ＤＦＢ−ＬＤ２１１に対して一定電流の供給を開始する。具体的には、制御装置３００のデジタル演算器３６０は、ＤＦＢ−ＬＤ選択回路３１１およびＤＦＢ−ＬＤ電流制御回路３１２に対して制御信号を送信する。

そして、ステップＳ４にて、ＤＦＢ−ＬＤ２１１および波長フィルタ２２１の温度が共に設定範囲内に収まるまで待機する。具体的には、制御装置３００のデジタル演算器３６０は、レーザ温度モニタ回路３２１およびエタロン温度モニタ回路３５１からの温度情報を監視して設定範囲内であるか否かを判断する。

ＤＦＢ−ＬＤ２１１および波長フィルタ２２１の温度が共に設定範囲内になった場合、ステップＳ５にて、ＳＯＡ２１４に電流供給を開始し、ＡＰＣ制御（Auto Power Control制御）を開始する。具体的には、制御装置３００のデジタル演算器３６０は、ＳＯＡ制御回路に制御信号を送信すると共に、パワーモニタ２４０およびＰＤ１電流モニタ回路３４１を介してレーザ光源２１０からの出力を監視し、パワーモニタ２４０からの電流がメモリ３７０に記憶されている目標値となるようにフィードバック制御を行う。

図８に示すように、ＳＯＡ２１４に供給する電流を増加させると、パワーモニタ２４０が出力する電流も増加する。図８は、ＳＯＡに供給する電流とパワーモニタが出力する電流との関係の例を示すグラフである。したがって、図８に示されるような関係を用いれば、下記のステップＳ６およびステップＳ７にて、レーザ光源２１０からの出力を上げていくと共に、レーザ光源２１０からの出力が目標値に達したかを監視することで、レーザ光源２１０からの出力を目標値に合わせることができる。

その後、レーザ光源２１０からの出力が目標値になったところで、ステップＳ８にて、ＡＦＣ制御（Auto Frequency Control制御）を行う。具体的には、制御装置３００のデジタル演算器３６０は、ＰＤ１電流モニタ回路３４１およびＰＤ２電流モニタ回路３４２を介して、パワーモニタ２４０から出力される電流（ＰＤ１）と波長モニタ２５０とから出力される電流（ＰＤ２）を監視し、ＰＤ電流比（ＰＤ２／ＰＤ１）を算出する。

そして、制御装置３００のデジタル演算器３６０は、図９に示されるような弁別曲線に基づいて、算出されたＰＤ電流比が、基本周波数チャンネルのフィードバック制御目標値としてメモリ３７０に記憶されているＰＤ電流比になるようにフィードバック制御を行う。図９は、ステップＳ１で得られたエタロン温度目標値になるように波長フィルタ２２１の温度を制御することにより得られた、指示された周波数に対応する弁別曲線の例を示すグラフである。

ステップＳ８のＡＦＣ制御で用いられる弁別曲線は、基本周波数チャンネルにおける弁別曲線を波長方向にシフトしたものである。したがって、ステップＳ８のＡＦＣ制御で用いられるフィードバック制御目標値は、基本周波数チャンネルのフィードバック制御目標値としてメモリ３７０に記憶されているＰＤ電流比を用いることができる。

（精度の検証）
図１０および図１１は、本実施形態および比較例に係る波長可変型レーザモジュールの波長制御方法における波長精度の測定結果の例を示すグラフである。図１０に示される波長精度の測定結果は、上記説明した実施形態においてＣ−ｂａｎｄを２５ＧＨｚ間隔の基本周波数チャンネルに分割し、隣接基本周波数チャンネルを６分割した追加測定周波数を設定した場合の、０．１ＧＨｚ間隔の波長精度を測定したものである。一方、図１１に示される波長精度の測定結果は、波長フィルタの温度特性から波長フィルタの温度（弁別曲線のシフト量）を決める方式で０．１ＧＨｚ間隔の波長精度を測定したものである。なお、どちらの波長精度測定にも同一の波長計が用いられている。

図１０および図１１を比較すると解るように、比較例では波長精度が±０．６ＧＨｚ程度であるが、本実施形態では波長精度が±０．２ＧＨｚ程度に改善している。したがって、本実施形態に係る波長可変型レーザモジュールの波長制御方法によれば、全ての使用周波数に対して制御パラメータを予め記憶しておかなくても、全ての使用周波数に対する制御を行うことができるのみならず、その波長精度も向上することができることが示された。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば、本実施形態では、レーザ光源として、アレイ型の半導体レーザ素子を用いたが、合波器や半導体光増幅器を備えない構成やＤＢＲレーザ素子（分布ブラッグ反射型半導体レーザ素子）による単一縦モード半導体レーザ素子とすることもできる。このように、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１００ 波長可変型レーザモジュール
２００ 波長可変光源部
２１０ レーザ光源
２１１ ＤＦＢ−ＬＤ
２１２ 光導波路
２１３ 光合波器
２１４ ＳＯＡ
２１５，２２２ ペルチェ素子
２１６ レーザ温度モニタ素子
２２０ 波長検知部
２２１ 波長フィルタ
２２３ フィルタ温度モニタ素子
２３０ 光分波器
２４０ パワーモニタ
２５０ 波長モニタ
２６０ 光ファイバ
３００ 制御装置
３１１ ＤＦＢ−ＬＤ選択回路
３１２ ＤＦＢ−ＬＤ電流制御回路
３２１ レーザ温度モニタ回路
３２２ レーザ温度制御回路
３３０ ＳＯＡ制御回路
３４１ ＰＤ１電流モニタ回路
３４２ ＰＤ２電流モニタ回路
３５１ エタロン温度モニタ回路
３５２ エタロン温度制御回路
３６０ デジタル演算器
３７０ メモリ

Claims (6)

1. レーザ光を出射するレーザ光源と、
   光の波長に対して周期的な透過特性を有する波長フィルタと、前記波長フィルタを透過した前記レーザ光の強度に基づいて前記レーザ光源から出射されるレーザ光の波長の制御および前記波長フィルタの透過特性の制御を行う制御装置と、
   を備える波長可変型レーザモジュールの波長制御方法であって、
   前記制御装置のメモリ内に記憶された各基本周波数チャンネル当たり２点以上における測定周波数および波長フィルタ制御値のデータを参照する参照ステップと、
   前記レーザ光源が出射するように指示されたレーザ光の周波数に最も近い基本周波数チャンネルを選択し、前記最も近い基本周波数チャンネルに割り当てられた前記測定周波数および波長フィルタ制御値のデータから、前記指示されたレーザ光の周波数を実現するための第１の波長フィルタ制御値を算出する第１の算出ステップと、
   前記第１の波長フィルタ制御値を用いて前記波長フィルタの透過特性を制御する制御ステップと、
   を含むことを特徴とする波長可変型レーザモジュールの波長制御方法。
2. 前記第１の算出ステップは、指示された周波数を挟む前記測定周波数および波長フィルタ制御値のデータから線形近似もしくは次数が２以上の多項式近似により、前記指示された周波数を実現するための第１の波長フィルタ制御値を算出することを特徴とする請求項１に記載の波長可変型レーザモジュールの波長制御方法。
3. 前記第１の算出ステップは、指示された周波数を挟まない前記測定周波数および波長フィルタ制御値のデータから線形近似もしくは次数が２以上の多項式近似により、前記指示された周波数を実現するための第１の波長フィルタ制御値を算出することを特徴とする請求項１に記載の波長可変型レーザモジュールの波長制御方法。
4. 前記制御装置のメモリ内に記憶された測定周波数および波長フィルタ制御値のデータは、隣接する基本周波数チャンネルの周波数間隔をｎ分割し、該隣接する基本周波数チャンネルの間におけるｎ−１個の分割点のうち少なくとも１点以上の周波数における追加測定を行い、前記追加測定の結果である測定周波数および波長フィルタ制御値のデータがメモリ内に事前に記録されたものであることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１つに記載の波長可変型レーザモジュールの波長制御方法。
5. 前記レーザ光源が出射するように指示されたレーザ光の周波数に２番目に近い基本周波数チャンネルを選択し、前記２番目に近い基本周波数チャンネルに割り当てられた前記測定周波数および波長フィルタ制御値のデータから、前記指示されたレーザ光の周波数を実現するための第２の波長フィルタ制御値を算出する第２算出ステップと、
   前記第１の波長フィルタ制御値の代わりに、前記第１の波長フィルタ制御値と前記第２の波長フィルタ制御値のうち、前記メモリに記憶されている波長フィルタ制御値の中心値に近い方を用いて前記波長フィルタの透過特性を制御する制御ステップと、
   を含むことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１つに記載の波長可変型レーザモジュールの波長制御方法。
6. レーザ光を出射するレーザ光源と、
   光の波長に対して周期的な透過特性を有する波長フィルタと、
   前記波長フィルタを透過した前記レーザ光の強度に基づいて前記レーザ光源から出射されるレーザ光の波長の制御および前記波長フィルタの透過特性の制御を行う制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置の演算部は、
   前記制御装置のメモリ内に記憶された各基本周波数チャンネル当たり２点以上における測定周波数および波長フィルタ制御値のデータを参照する参照ステップと、
   前記レーザ光源が出射するように指示されたレーザ光の周波数に最も近い基本周波数チャンネルを選択し、前記最も近い基本周波数チャンネルに割り当てられた前記測定周波数および波長フィルタ制御値のデータから、前記指示されたレーザ光の周波数を実現するための第１の波長フィルタ制御値を算出する第１の算出ステップと、
   前記第１の波長フィルタ制御値を用いて前記波長フィルタの透過特性を制御する制御ステップと、
   を実行するようにプログラムされている、
   ことを特徴とする波長可変型レーザモジュール。

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