JP2017183439A - 光源制御方法および光源制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キャプチャレンジからレーザ光の周波数が逸脱した場合でも正しい制御目標値へレーザ光の周波数を誘導すること。【解決手段】周波数の異なるレーザ光を出射するための発振周波数変更手段が設けられたレーザ素子と、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をモニタ値として検出する検出器と、を備えるレーザ光源を制御する光源制御方法であって、前記検出器によるモニタ値の微分情報と、前記発振周波数変更手段における前記レーザ素子の発振周波数に関連した制御パラメータに関する監視情報とに基づいて、前記発振周波数変更手段に対する制御パラメータの制御を行う発振周波数制御処理を含むことを特徴とする光源制御方法。【選択図】図５

Description

本発明は、光源制御方法および光源制御装置に関する。

波長可変型レーザモジュールは、出力されるレーザ光の周波数を監視し、検知した周波数に基づいてレーザ素子の発振周波数を制御する機能を備えている。当該監視では、エタロンフィルタと呼ばれる波長に対する周期的な透過特性を有するフィルタが用いられるのが一般的である（例えば特許文献１参照）。

エタロンフィルタを用いた波長可変型レーザモジュールでは、出力されるレーザ光がエタロンフィルタの周期的透過特性によって減衰される度合いを測定することによって、出力されているレーザ光の周波数を検知する。また、エタロンフィルタは、温度を変更することによって透過特性が波長方向にシフトするという特徴を有しており、エタロンフィルタの温度を変更することによって、波長可変型レーザモジュールにおける可変波長帯域の全てをカバーするようにレーザ素子の発振周波数を制御することが可能である。

特開２００４−６４０１１号公報

ところで、エタロンフィルタを用いた光源制御方法では、目標の周波数へ制御パラメータを誘導することができずに、間違った周波数へ制御パラメータが誘導されてしまう、いわゆる誤ロックという現象が発生することがある。エタロンフィルタは周期的透過特性を有するので、当該周期に対応するキャプチャレンジと呼ばれる範囲から出力波長が逸脱してしまうと、目標の周波数へ制御パラメータを誘導することができなくなってしまうからである。

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、キャプチャレンジからレーザ光の周波数が逸脱した場合でも正しい制御目標値へレーザ光の周波数を誘導することができる光源制御方法および光源制御装置を提供することである。

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光源制御方法は、周波数の異なるレーザ光を出射するための発振周波数変更手段が設けられたレーザ素子と、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をモニタ値として検出する検出器と、を備えるレーザ光源を制御する光源制御方法であって、前記検出器によるモニタ値の微分情報と、前記発振周波数変更手段における前記レーザ素子の発振周波数に関連した制御パラメータに関する監視情報とに基づいて、前記発振周波数変更手段に対する制御パラメータの制御を行う発振周波数制御処理を含むことを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る光源制御方法は、前記発振周波数制御処理は、前記検出器によるモニタ値の微分情報と、前記モニタ値と制御目標との差分とに基づいて、発振周波数制御開始時における前記レーザ素子から出力されるレーザ光の周波数を、前記波長フィルタの透過特性の周期に対応させて特定する制御開始エリア特定処理を含むことを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る光源制御方法は、前記発振周波数制御処理は、前記発振周波数変更手段における前記レーザ素子の発振周波数に関連した制御パラメータに関する監視情報に基づいて、前記発振周波数制御開始時と現在との間における前記レーザ素子から出力されるレーザ光の周波数差を計算し、前記周波数差に基づいて、前記波長フィルタの透過特性の周期に対応した通常制御可能な範囲から逸脱したか否かを判定する逸脱判定処理をさらに含むことを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る光源制御方法は、前記検出器が検出するモニタ値は、前記波長フィルタを透過した前記レーザ光の強度を、前記波長フィルタを透過しない前記レーザ光の強度で正規化し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光源制御方法は、前記発振周波数変更手段は、前記レーザ素子の発振周波数に関連した制御パラメータとして前記レーザ素子の温度を変更することによって前記レーザ素子の発振周波数を変更することを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る光源制御方法は、前記発振周波数変更手段は、前記レーザ素子の発振周波数に関連した制御パラメータとして前記レーザ素子に注入する電流の強度を変更することによって前記レーザ素子の発振周波数を変更することを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る光源制御装置は、周波数の異なるレーザ光を出射するための発振周波数変更手段が設けられたレーザ素子と、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をモニタ値として検出する検出器と、を備えるレーザ光源を制御する光源制御装置であって、前記検出器によるモニタ値の微分情報と、前記発振周波数変更手段における前記レーザ素子の発振周波数に関連した制御パラメータに関する監視情報とに基づいて、前記発振周波数変更手段に対する制御パラメータの制御を行う発振周波数制御処理を実行するように構成された演算器を備えることを特徴とする。

本発明に係る光源制御方法および光源制御装置は、キャプチャレンジからレーザ光の周波数が逸脱した場合でも正しい制御目標値へレーザ光の周波数を誘導する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、エタロン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、波長フィルタのある特定の温度におけるＰＤ電流比の例を示すグラフである。 図４は、波長可変型レーザモジュールの起動開始から発振周波数制御の開始までの処理を示すフローチャートである。 図５は、発振周波数制御の処理を示すフローチャートである。 図６は、制御開始エリア特定処理を示すフローチャートである。 図７は、エリア（１）〜（４）と波長フィルタの弁別曲線との対応関係を示す図である。 図８は、逸脱判定処理を示すフローチャートである。 図９は、制御開始時と現在とにおけるエリアが共に（１）であるが逸脱が発生している例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る光源制御方法および光源制御装置を詳細に説明する。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、本実施形態に係る光源制御方法を適用するのに好適な光源の構成を例示している。

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と光源制御装置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、光源制御装置３００からの制御に応じて所望の波長かつ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。光源制御装置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と光源制御装置３００とを別体として備えることもできるが、光源制御装置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と光分岐器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と光合流器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と光合流器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周波数を変更することができる。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が発振周波数変更手段として機能する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の温度を発振周波数変更手段の監視情報として取得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の発振波長を３ｎｍ〜４ｎｍ程度の間隔でずらして各ＤＦＢ−ＬＤ２１１の発振周波数を設計する。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。

複数のＤＦＢ−ＬＤ２１１の何れかが出射したレーザ光は、光導波路２１２および光合流器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。

光分岐器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は光分岐器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。エタロンフィルタは、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という性質を有している。図２は、エタロン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２には、２つの温度Ａおよび温度Ｂにおけるエタロンフィルタの透過率が示されている。

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。

光分岐器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から出力されたレーザ光の強度に波長フィルタ２２１の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、レーザ光源２１０の強度が一定である場合、波長モニタ２５０から出力される電気信号（ＰＤ２）も光の波長に対して周期的な値となり、波長モニタ２５０から出力される電気信号（ＰＤ２）を監視すれば、レーザ光源２１０から出力されているレーザ光の波長および周波数が逆算できる。

ただし、本実施形態では、より正確な制御を実現するために、レーザ光源２１０の強度が一定であるという状況を仮定することなく、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、レーザ光源２１０の強度を正規化する構成とする。すると、当該ＰＤ電流比（ＰＤ２／ＰＤ１）は、レーザ光源２１０の強度に依存せず、光の波長に対して周期的な値となる。

また、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、波長フィルタ２２１のある特定の温度における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周波数との関係を示している。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周波数と制御目標周波数との間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。

例えば、図３に示されるように、ロックポイント（ＬＰ）が制御目標周波数である場合、当該ロックポイントとＰＤ電流比が同じ周波数である１９１．４２５ＴＨｚから１９１．４７５ＴＨｚまでがキャプチャレンジ（ＣＲ）と呼ばれる範囲であり、このキャプチャレンジ内であれば、通常の周波数制御方法にて、ロックポイントへレーザ光の周波数を誘導することができる。

具体的には、測定されるＰＤ電流比がロックポイントにおけるＰＤ電流比よりも低い場合、出力されるレーザ光の周波数を上昇させる方向へＤＦＢ−ＬＤ２１１の温度を制御し、一方、測定されるＰＤ電流比がロックポイントにおけるＰＤ電流比よりも高い場合、出力されるレーザ光の周波数を下降させる方向へＤＦＢ−ＬＤ２１１の温度を制御する。

なお、出力されるレーザ光の周波数がキャプチャレンジから逸脱すると、いわゆる誤ロックが発生する。例えば、図３における点Ｘのように周波数がキャプチャレンジ（ＣＲ）から逸脱した場合、測定されるＰＤ電流比がロックポイントにおけるＰＤ電流比よりも低いという測定から、出力されるレーザ光の周波数を上昇させる方向へＤＦＢ−ＬＤ２１１の温度を制御してしまう結果、出力されるレーザ光の周波数は、誤ったロックポイント（ＬＰ’）へ誘導されてしまう。

後に詳述するように、本実施形態に係る光源制御方法および光源制御装置は、このようなキャプチャレンジからレーザ光の周波数が逸脱した場合でも正しいロックポイントへレーザ光の周波数を誘導することが可能となる。

次に、光源制御装置３００の構成について説明する。なお、図１に示す光源制御装置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、光源制御装置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に供給される駆動電流を制御し、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データ、および制御プログラムを各種記憶している。具体的には、周波数チャンネルごとにＤＦＢ−ＬＤ２１１の初期温度、波長フィルタ２２１の初期温度、ＤＦＢ−ＬＤ２１１に供給する初期電流、制御目標値としてのＰＤ電流比（＝ＰＤ２／ＰＤ１）、および、波長フィルタ２２１の弁別曲線の情報などが記憶されている。

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に記憶された制御プログラムを実行するように構成されており、例えば、当該制御プログラムには、以下で説明する波長可変型レーザモジュール１００の起動開始から発振周波数制御の開始までの処理と、発振周波数制御の処理と、制御開始エリア特定処理と、逸脱判定処理とが含まれている。

以下、上記光源制御装置３００の構成例を用いて光源制御方法の説明を行う。ここでは、波長可変型レーザモジュール１００の起動開始から発振周波数制御の開始までの処理（図４）と、発振周波数制御の処理（図５）と、制御開始エリア特定処理（図６）と、逸脱判定処理（図８）とに分けて説明を行う。

なお、既に説明したように、光源制御装置３００のメモリ３７０には、周波数チャンネルごとのＤＦＢ−ＬＤ２１１の初期温度、波長フィルタ２２１の初期温度、ＤＦＢ−ＬＤ２１１に供給する初期電流、制御目標値としてのＰＤ電流比、および、波長フィルタ２２１の弁別曲線の情報などが記憶されている。

図４は、波長可変型レーザモジュールの起動開始から発振周波数制御の開始までの処理を示すフローチャートである。図４に示すように、まず、ステップＳ１１にて、光源制御装置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、ＤＦＢ−ＬＤ２１１および波長フィルタ２２１の温度の制御を開始する。

具体的には、光源制御装置３００のデジタル演算器３６０が、メモリ３７０内に記憶されている周波数チャンネルごとのＤＦＢ−ＬＤ２１１の初期温度および波長フィルタ２２１の初期温度を参照し、レーザ温度制御回路３２２およびエタロン温度制御回路３５２への指令を介して、ＤＦＢ−ＬＤ２１１および波長フィルタ２２１を初期温度へ制御する。同時に、光源制御装置３００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を介した、ＤＦＢ−ＬＤ２１１および波長フィルタ２２１の温度の監視を開始する。

次に、ステップＳ１２にて、光源制御装置３００のＤＦＢ−ＬＤ選択回路３１１は、指示された周波数を発振することができるＤＦＢ−ＬＤ２１１を選択し、同時に、光源制御装置３００のＤＦＢ−ＬＤ電流制御回路３１２が当該ＤＦＢ−ＬＤ２１１へ一定電流の供給を開始する。

次に、ステップＳ１３にて、光源制御装置３００のＳＯＡ制御回路３３０は、ＳＯＡ２１４に電流供給を開始する。そして、光源制御装置３００のデジタル演算器３６０は、パワーモニタ２４０が検出したレーザ光源２１０の光出力を、ＰＤ１電流モニタ回路３４１を介して取得し、当該検出された光出力に基づいて、ＳＯＡ２１４へ供給する電流を制御するフィードバック制御を開始する。

その後、ステップＳ１４にて、光源制御装置３００のデジタル演算器３６０は、レーザ光源２１０が出力する波長の制御、すなわち、ＤＦＢ−ＬＤ選択回路３１１によって選択されたＤＦＢ−ＬＤ２１１の発振周波数の制御を開始する。ステップＳ１４の発振周波数制御は、図５を参照しながら、別途詳細に説明する。

図５は、発振周波数制御の処理を示すフローチャートである。図５に示されるフローチャートは、図４におけるステップＳ１４に対応している。図５に示すように、ステップＳ２１にて、光源制御装置３００のデジタル演算器３６０は、メモリ３７０に記憶されているロックポイントに対応した制御目標値としてＰＤ電流比と波長フィルタ２２１の弁別曲線の形状情報とを取得する。

次に、ステップＳ２２にて、光源制御装置３００のデジタル演算器３６０は、制御開始エリアを特定する処理を行う。メモリ３７０内に記憶されているＤＦＢ−ＬＤ２１１の初期温度は、ロックポイントに対応した周波数のレーザ光を発振することを予定して設定されているが、必ずしも正確にロックポイントに対応した周波数を発振するものではない。そこで、制御開始時にＤＦＢ−ＬＤ２１１から出力されているレーザ光の周波数を、波長フィルタ２２１の弁別曲線に対応させて特定する必要がある。このステップＳ２２における制御開始エリアの特定処理の詳細については、図６を参照しながら、別途説明する。

次に、ステップＳ２３にて、光源制御装置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および波長モニタ２５０が出力する電流を取得し、モニタＰＤ電流比を計算する。

次に、ステップＳ２４にて、光源制御装置３００のデジタル演算器３６０は、モニタＰＤ電流比と制御目標値としてのＰＤ電流比との差分を計算する。さらに、ステップＳ２５にて、光源制御装置３００のデジタル演算器３６０は、モニタＰＤ電流比の微分情報を計算する。

次に、ステップＳ２６にて、光源制御装置３００のデジタル演算器３６０は、発振周波数制御の過程においてレーザ光の周波数がキャプチャレンジから逸脱したか否の判定をする逸脱判定処理を行う。このステップＳ２６における逸脱判定処理の詳細については、図８を参照しながら、別途説明する。

その後、ステップＳ２７にて、光源制御装置３００のデジタル演算器３６０は、上記処理結果に基づいて、モニタＰＤ電流比と制御目標値としてのＰＤ電流比との差分が０に近づくようなＤＦＢ−ＬＤ２１１に対する制御パラメータ（ここではＤＦＢ−ＬＤ２１１の温度）の出力を計算する。そして、ステップＳ２８にて、光源制御装置３００のレーザ温度制御回路３２２は、デジタル演算器３６０が計算したＤＦＢ−ＬＤ２１１の温度に従って、ペルチェ素子２１５への制御指令を出力し、ＤＦＢ−ＬＤ２１１の温度を制御する。

そして、ステップＳ２９にて、光源制御装置３００のデジタル演算器３６０は、制御を終了するかの判定をし、制御の継続中は、ステップＳ２３からステップＳ２８までの処理を繰り返す（Ｎｏ）。

図６は、制御開始エリア特定処理を示すフローチャートである。図６に示すフローチャートは、図５におけるステップＳ２２に対応している。図６に示すように、ステップＳ３１にて、光源制御装置３００のデジタル演算器３６０は、パワーモニタ２４０および波長モニタ２５０が出力する電流からモニタＰＤ電流比を計算する。そして、ステップＳ３２にて、光源制御装置３００のデジタル演算器３６０は、モニタＰＤ電流比と制御目標値としてのＰＤ電流比との差分を計算する。

その後、ステップＳ３３にて、光源制御装置３００のレーザ温度制御回路３２２は、ＤＦＢ−ＬＤ２１１の温度を双方向（温度の上下）に微小変化させるように、ペルチェ素子２１５の制御を行う。同時に、光源制御装置３００のデジタル演算器３６０は、ＤＦＢ−ＬＤ２１１の温度を双方向に変化した場合の２つのモニタＰＤ電流比の微分情報を計算する。

ここで、ステップＳ３４にて、光源制御装置３００のデジタル演算器３６０は、計算された２つのモニタＰＤ電流比の微分情報の符号が双方向で同一だったか否かを判定する。ＤＦＢ−ＬＤ２１１の温度を上げたときと下げたときで、傾きが同一の符号だった場合は、発振周波数制御の開始エリアが波長フィルタ２２１の弁別曲線におけるボトムもしくはピーク付近であると考えられ、発振周波数制御の開始エリアを特定するためには不適当である。そこで、微分情報の符号が双方向で同一だった場合、ＤＦＢ−ＬＤ２１１の温度を変化させた後の地点を改めて制御の開始点とみなして、ステップＳ３２およびステップＳ３３の処理を再び行う。

一方、微分情報の符号が双方向で同一でない場合、ステップＳ３５にて、光源制御装置３００のデジタル演算器３６０は、以下掲げる表１に従って、制御開始エリアを判定する。

表１は、ＤＦＢ−ＬＤ２１１の温度の変化に対するモニタＰＤ電流比の変化、および、モニタＰＤ電流比の制御目標値との差分から制御開始エリアを特定する表である。図７は、表１に記載のエリア（１）〜（４）と波長フィルタ２２１の弁別曲線との対応関係を示す図である。

表１に示されるように、ＤＦＢ−ＬＤ２１１の温度の変化に対するモニタＰＤ電流比の変化の傾きの符号と、モニタＰＤ電流比の制御目標値との差分の符号とによって、制御開始エリアは、波長フィルタ２２１の弁別曲線におけるキャプチャレンジ（ＣＲ）のエリア（１）〜（４）の何れかに定まる。なお、この処理で特定されたエリア（１）〜（４）は、後の逸脱判定における場合分けに用いられる。

図８は、逸脱判定処理を示すフローチャートである。図８に示すフローチャートは、図５におけるステップＳ２６に対応している。図８に示すように、ステップＳ４１にて、光源制御装置３００のデジタル演算器３６０は、ＤＦＢ−ＬＤ２１１から出力されているレーザ光の波長フィルタ２２１の弁別曲線における現在のエリアを判定する。

ステップＳ４１における現在のエリアの判定処理は、図６におけるステップＳ３５の判定処理と同様に、表１に記載の関係を用いて判定することができる。ただし、ステップＳ４１における現在のエリアの判定処理は、図６におけるステップＳ３５の判定処理と異なり、必ずしも波長フィルタ２２１の弁別曲線におけるキャプチャレンジ（ＣＲ）内とは限らない。したがって、図７に示されるように、エリア（１）〜（４）のうち何れかに特定できたとしても、キャプチャレンジ（ＣＲ）内の場合とキャプチャレンジ（ＣＲ）外の場合が存在することになる。

次に、ステップＳ４２にて、光源制御装置３００のレーザ温度モニタ回路３２１は、現在のＤＦＢ−ＬＤ２１１の温度を取得する。そして、光源制御装置３００のデジタル演算器３６０は、ＤＦＢ−ＬＤ２１１の現在の温度と制御開始時の温度との差を計算し、この温度差を周波数差に換算する。なお、当該換算には、ＤＦＢ−ＬＤ２１１の温度と発振周波数との関係を用いることができる。

その後、ステップＳ４３にて、光源制御装置３００のデジタル演算器３６０は、開始時と現在とにおけるエリアに応じた判定式に基づいて、ＤＦＢ−ＬＤ２１１から出力されているレーザ光の周波数がキャプチャレンジから逸脱しているか否かを判定する。以下に掲げる表２は、ステップＳ４３における判定に用いるテーブルである。

ここでは、図９を参照しながら、制御開始エリアが（１）である場合の例を用いて表２の判定テーブルの意義を説明する。図９は、制御開始時と現在とにおけるエリアが共に（１）であるが逸脱が発生している例を示す図である。

図９に示すように、制御開始時と現在のエリアが共に（１）である場合、制御開始時と現在との周波数差が以下の関係にあれば、ＤＦＢ−ＬＤ２１１から出力されているレーザ光の周波数がキャプチャレンジから逸脱していることを判定できる。
ΔＦｒｅｑ ＞ Ｆ−（ＣＲ−/２） ［範囲外条件］
ただし、ΔＦｒｅｑは、ステップＳ４２にて温度差から換算した周波数差であり、Ｆは、波長フィルタ２２１の弁別曲線の周期であり、ＣＲ−は、ロックポイントのＰＤ電流比よりも弁別曲線が下回るキャプチャレンジの範囲であり、ＣＲ＋は、ロックポイントのＰＤ電流比よりも弁別曲線が上回るキャプチャレンジの範囲であり、これらのパラメータは波長フィルタ２２１の弁別曲線の情報としてメモリ３７０に記憶されている数値を用いる。なお、周期Ｆは、キャプチャレンジ（ＣＲ＝（ＣＲ−）＋（ＣＲ＋））に一致する。

したがって、逆にすると、制御開始時と現在のエリアが共に（１）である場合、制御開始時と現在との周波数差が以下の関係にあれば、ＤＦＢ−ＬＤ２１１から出力されているレーザ光の周波数がキャプチャレンジの範囲内であると判定できる。
ΔＦｒｅｑ ≦ Ｆ−（ＣＲ−/２） ［範囲内条件］

一方、制御開始時のエリアが（１）であり、現在のエリアが（２）（３）（４）の場合、制御開始時と現在との周波数差が以下の条件で、ＤＦＢ−ＬＤ２１１から出力されているレーザ光の周波数がキャプチャレンジから逸脱しているか否かを判定できる。
ΔＦｒｅｑ ＜ ０ ［範囲外条件］
ΔＦｒｅｑ ≧ ０ ［範囲内条件］

図示を用いた説明は省略するが、制御開始時のエリアが（２）（３）（４）の場合も、制御開始時のエリアが（１）である場合と同様の考察により、範囲外条件および範囲内条件を導くことができ、これをまとめたものが表２である。なお、表２に記載の判定条件はＣＲ−を用いているが、ＣＲ−の代わりにＣＲ＋を用いた判定条件を用いることも可能である。

最終的に、ステップＳ４４では、光源制御装置３００のデジタル演算器３６０は、上記逸脱判定の結果に基づいて、ＤＦＢ−ＬＤ２１１の発振周波数制御のための出力を計算する。具体的には、現在の出力周波数がキャプチャレンジの範囲内である場合、モニタＰＤ電流比よりも制御目標ＰＤ電流比が大きければ、発振周波数が上昇するような制御パラメータの出力を計算し、モニタＰＤ電流比よりも制御目標ＰＤ電流比が小さければ、発振周波数が下降するような制御パラメータの出力を計算する。一方、現在の出力周波数がキャプチャレンジから逸脱している場合、キャプチャレンジの範囲内の場合とは逆に、モニタＰＤ電流比よりも制御目標ＰＤ電流比が大きければ、発振周波数が下降するような制御パラメータの出力を計算し、モニタＰＤ電流比よりも制御目標ＰＤ電流比が小さければ、出力周波数が上昇するような制御パラメータの出力を計算する。

上記説明した一連の手順により、本実施形態に係る光源制御方法は、キャプチャレンジからレーザ光の周波数が逸脱した場合でも正しいロックポイントへレーザ光の周波数を誘導することができる。

以上、本発明を実施形態に基づいて説明してきたが、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。例えば、以上説明した実施形態では、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。また、以上説明した実施形態では、周波数の異なるレーザ光を出射するための発振周波数変更手段としてレーザ素子の温度を変更するペルチェ素子を用いたが、発振周波数変更手段として注入する電流を制御する構成を採用することもできる。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 光合流器
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 光分岐器
２４０ パワーモニタ
２５０ 波長モニタ
２６０ 光ファイバ
３００ 光源制御装置
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 (7)

1. 周波数の異なるレーザ光を出射するための発振周波数変更手段が設けられたレーザ素子と、
   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をモニタ値として検出する検出器と、
   を備えるレーザ光源を制御する光源制御方法であって、
   前記検出器によるモニタ値の微分情報と、前記発振周波数変更手段における前記レーザ素子の発振周波数に関連した制御パラメータに関する監視情報とに基づいて、前記発振周波数変更手段に対する制御パラメータの制御を行う発振周波数制御処理を含む、
   ことを特徴とする光源制御方法。
2. 前記発振周波数制御処理は、前記検出器によるモニタ値の微分情報と、前記モニタ値と制御目標との差分とに基づいて、発振周波数制御開始時における前記レーザ素子から出力されるレーザ光の周波数を、前記波長フィルタの透過特性の周期に対応させて特定する制御開始エリア特定処理を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光源制御方法。
3. 前記発振周波数制御処理は、前記発振周波数変更手段における前記レーザ素子の発振周波数に関連した制御パラメータに関する監視情報に基づいて、前記発振周波数制御開始時と現在との間における前記レーザ素子から出力されるレーザ光の周波数差を計算し、前記周波数差に基づいて、前記波長フィルタの透過特性の周期に対応した通常制御可能な範囲から逸脱したか否かを判定する逸脱判定処理をさらに含む、
   ことを特徴とする請求項２に記載の光源制御方法。
4. 前記検出器が検出するモニタ値は、前記波長フィルタを透過した前記レーザ光の強度を、前記波長フィルタを透過しない前記レーザ光の強度で正規化したものである、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の光源制御方法。
5. 前記発振周波数変更手段は、前記レーザ素子の発振周波数に関連した制御パラメータとして前記レーザ素子の温度を変更することによって前記レーザ素子の発振周波数を変更することを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の光源制御方法。
6. 前記発振周波数変更手段は、前記レーザ素子の発振周波数に関連した制御パラメータとして前記レーザ素子に注入する電流の強度を変更することによって前記レーザ素子の発振周波数を変更することを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の光源制御方法。
7. 周波数の異なるレーザ光を出射するための発振周波数変更手段が設けられたレーザ素子と、
   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をモニタ値として検出する検出器と、
   を備えるレーザ光源を制御する光源制御装置であって、
   前記検出器によるモニタ値の微分情報と、前記発振周波数変更手段における前記レーザ素子の発振周波数に関連した制御パラメータに関する監視情報とに基づいて、前記発振周波数変更手段に対する制御パラメータの制御を行う発振周波数制御処理を実行するように構成された演算器を備える、
   ことを特徴とする光源制御装置。

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