JP2018117161A - 波長可変レーザの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 グリッドレス制御を行う際に高精度の温度制御を不要とすることができる波長可変レーザの制御方法を提供する。
【解決手段】 第２波長を入力する第１ステップと、波長可変レーザを第１波長でレーザ発振させるためのエタロンの設定温度を含む駆動条件を取得する第２ステップと、第１波長と第２波長との波長差分およびエタロンの設定温度に基づいて、第２波長でレーザ発振させるためのエタロンの設定温度を算出する第３ステップと、エタロンの温度をエタロンの設定温度に制御し第１光電流と第２光電流との比が第１目標値となるように波長可変レーザの温度をフィードバック制御する第４ステップと、第２波長からの波長シフト量を示す情報を入力する第５ステップと、当該波長シフト量を実現するための第１光電流と第２光電流との比の第２目標値を算出する第６ステップと、当該比が第２目標値となるように波長可変レーザの温度を制御する第７ステップとを含む。
【選択図】 図１０

Description

本発明は、波長可変レーザの制御方法に関するものである。

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

特開２００９−０２６９９６号公報

特許文献１の技術では、ITU-T（International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector）によって定められたグリッド波長（以下グリッド波長とする）を得るための制御条件をメモリに格納し、この格納された制御条件を基にグリッド波長の何れかの波長で発振させる制御を実施するものである。このためグリッド波長以外の波長で発振させる制御を行うことはできない。そこで、波長ロッカに用いるエタロン温度を変更することで、グリッド波長以外の任意波長を実現する制御（グリッドレス制御）が考えられる。

グリッドレス制御では、グリッド間隔分の波長変化が必要である。エタロンの光透過特性の温度依存性が大きいと温度変化を少なくすることができ、低消費電力を実現することができる。しかしながら、温度依存性の大きいエタロンを用いると波長微調整のための温度変化量が小さくなるため、波長を微調整する際に高精度の温度制御が必要になる。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、グリッドレス制御を行う際に高精度の温度制御を不要とすることができる波長可変レーザの制御方法を提供することを目的とする。

本発明に係る波長可変レーザの制御方法は、エタロンを有する波長検知部による波長の検知結果と目標値との差に基づいて発振波長を制御する波長可変レーザの制御方法であって、発振波長を指定する情報を入力する第１ステップと、メモリから、前記波長可変レーザを第１波長でレーザ発振させるための前記エタロンの波長特性を指定する値を含む駆動条件を取得する第２ステップと、前記第２ステップで取得された、前記エタロンの波長特性の制御値と、前記第１波長と前記第１ステップで入力された発振波長である第２波長との波長差分とを参照して、前記波長可変レーザを前記第２波長でレーザ発振させるための前記エタロンの波長特性の制御値を算出する第３ステップと、前記第３ステップにおいて得られた前記エタロンの波長特性の制御値を前記波長可変レーザに与え、前記波長検知部によって得られた波長検知結果が、あらかじめ定められた第１目標値となるように前記波長可変レーザの波長を制御する第４ステップと、前記第１ステップにおいて指定された発振波長からの波長シフト量を示す情報を入力する第５ステップと、前記波長可変レーザの波長が、前記第５ステップにおいて入力された波長シフト量に相当する分だけ波長がシフトした際に、前記波長検知部において得られる波長検知結果を第２目標値として算出する第６ステップと、前記波長検知部によって得られた波長検知結果が、前記第２目標値となるように前記波長可変レーザの波長を制御する第７ステップと、を含む。本発明に係る波長可変レーザの制御方法によれば、グリッドレス制御を行う際に高精度の温度制御を不要とすることができる。

前記エタロンの波長特性の制御値は、エタロンの温度としてもよい。前記第２目標値は、前記第３ステップで出力される波長と前記第２波長との波長差分と、補正係数とにより求められてもよい。前記波長可変レーザの温度は、温度制御装置によって制御され、前記第７ステップは、前記温度制御装置による温度制御によって実施されてもよい。

本発明に係る波長可変レーザの波長制御方法によれば、グリッドレス制御を行う際に高精度の温度制御を不要とすることができる。

実施例１に係る波長可変レーザの全体構成を示すブロック図である。 半導体レーザの全体構成を示す模式的断面図である。 初期設定値およびフィードバック制御目標値を示す図である。 グリッドレス制御における要求波長と基本波長との関係を表す図である。 グリッドレス制御の原理を示す図である。 （ａ）はエタロンの温度変化を利用したファインチューニングを表す図であり、（ｂ）はフィードバック制御目標値の変化を表す図である。 チャネルごとに係数Ａ，Ｂが定められている場合のテーブルを表す図である。 ファインチューン範囲を表す図である。 グリッドレス制御の概略を表すフローチャートの一例である。 ファインチューニングを行う際のフローチャートの一例である。 ファインチューニングの最中に要求波長が切り替わった場合のフローチャートの例である。

以下、図面を参照しつつ、実施例について説明する。

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

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

一例として、半導体レーザ３０において、フロント側からリア側にかけて、ＳＯＡ領域Ｃ、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂがこの順に配置されている。ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａは、利得を有しサンプルドグレーティングを備える。ＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂは、利得を有さずにサンプルドグレーティングを備える。ＳＧ−ＤＦＢ領域ＡおよびＣＳＧ−ＤＢＲ領域Ｂが図１のレーザ領域に相当し、ＳＯＡ領域Ｃが図２のＳＯＡ領域に相当する。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

波長可変レーザ１００においては、検知部５０が半導体レーザ３０のフロント側に配置されている。検知部５０が波長ロッカ部として機能することから、波長可変レーザ１００は、フロントロッカタイプと呼ぶことができる。検知部５０は、第１受光素子４２、ビームスプリッタ５１、エタロン５２、第２温度制御装置５３、第２受光素子５４、および第２サーミスタ５５を備える。

ビームスプリッタ４１は、半導体レーザ３０のフロント側からの出力光を分岐する位置に配置されている。ビームスプリッタ５１は、ビームスプリッタ４１からの光を分岐する位置に配置されている。第１受光素子４２は、ビームスプリッタ５１によって分岐された２つの光の一方を受光する位置に配置されている。エタロン５２は、ビームスプリッタ５１によって分岐された２つの光の他一方を透過する位置に配置されている。第２受光素子５４は、エタロン５２を透過した透過光を受光する位置に配置されている。

エタロン５２は、入射光の波長に応じて透過率が周期的に変化する特性を有する。本実施例においては、エタロン５２としてソリッドエタロンを用いる。なお、ソリッドエタロンの当該周期的な波長特性は、温度が変化することによって変化する。エタロン５２は、ビームスプリッタ５１によって分岐された２つの光の他方を透過する位置に配置されている。また、エタロン５２は、第２温度制御装置５３上に配置されている。第２温度制御装置５３は、ペルチェ素子を含み、ＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｏｌｅｒ）として機能する。

第２受光素子５４は、エタロン５２を透過した透過光を受光する位置に配置されている。第２サーミスタ５５は、エタロン５２の温度を特定するために設けられている。第２サーミスタ５５は、例えば第２温度制御装置５３上に配置されている。本実施例では、第２温度制御装置５３の温度を第２サーミスタ５５で検出することで、エタロン５２の温度を特定している。

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

メモリ６０は、波長可変レーザ１００の各部の初期設定値およびフィードバック制御目標値をチャネルに対応させて記憶している。チャネルとは、半導体レーザ３０の発振波長に対応する番号である。例えば、各チャネルは、ＩＴＵ−Ｔ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｕｎｉｏｎ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ Ｓｅｃｔｏｒ）のグリッド波長に対応している。本実施例においては、各チャネルの波長が基本波長と定義される。

図３は、上記初期設定値およびフィードバック制御目標値を示す図である。図３に示すように、上記初期設定値は、ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａの電極８に供給される初期電流値Ｉ_ＬＤ、ＳＯＡ領域Ｃの電極２１に供給される初期電流値Ｉ_ＳＯＡ、半導体レーザ３０の初期温度値Ｔ_ＬＤ、エタロン５２の初期温度値Ｔ_{Ｅｔａｌｏｎ}、および各ヒータ１０に供給される初期電力値Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ１}〜Ｐ_{Ｈｅａｔｅｒ３}を含む。これら初期設定値は、チャネルごとに定められている。上記フィードバック制御目標値は、コントローラ７０のフィードバック制御を行う際の目標値である。フィードバック制御目標値は、第１受光素子４２が出力する光電流の目標値Ｉ_ｍ１、および第１受光素子４２が出力する光電流Ｉ_ｍ１に対する第２受光素子５４が出力する光電流Ｉ_ｍ２の比の目標値Ｉ_ｍ２／Ｉ_ｍ１を含む。制御目標値も、チャネルごとに定められている。また、メモリ６０には、温度補正係数Ｃ１が格納されている。温度補正係数Ｃ１の詳細については後述する。本実施例においては、温度補正係数Ｃ１は、各チャネルに共通の値である。なお、これらの各値は、波長可変レーザ１００の出荷前に、波長計を使ったチューニングによって個体ごとに取得される。

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

図５は、グリッドレス制御の原理を示す図である。図５において、横軸は波長を示し、縦軸は比Ｉ_ｍ２／Ｉ_ｍ１（エタロン５２の透過率）の正規化値を示す。図５において、実線は、エタロン５２の初期温度値Ｔ_{Ｅｔａｌｏｎ}に対応する波長特性である。また、点線は、エタロン５２の温度を第２温度制御装置５３によって上昇させた場合の波長特性である。ここで、実線上の黒丸における比Ｉ_ｍ２／Ｉ_ｍ１がフィードバック目標値として採用されている場合、エタロン５２が初期温度値Ｔ_{Ｅｔａｌｏｎ}であると、基本波長で発振することになる。一方、エタロン５２が点線で示される波長特性に対応した温度であると、比Ｉ_ｍ２／Ｉ_ｍ１が基本波長を得るための値（点線上の黒丸）であっても、実際の発振波長はエタロン特性の変更分だけ、その基本波長からシフトする。つまり、要求波長と基本波長との波長差だけエタロン特性をシフトすることで、フィードバック目標値である比Ｉ_ｍ２／Ｉ_ｍ１はそのままで、要求波長を実現することができる。すなわち、要求波長と基本波長との波長差分ΔＦに基づき、エタロン温度を変更するための演算をし、これをエタロン温度として適用することで、要求波長を実現することができる。

上記したように、エタロン５２の波長特性は、その温度にしたがってシフトする。エタロン５２における周波数変動量／温度変化量［ＧＨｚ／℃］を、エタロン５２の温度補正係数Ｃ１と称する。なお、ここでは波長を周波数で表現している。温度補正係数Ｃ１は、波長可変レーザの駆動条件の波長変化に対する変化率に相当する。

要求波長の制御を実現するためのエタロン５２の設定温度をＴｅｔｌｎ＿Ａ［℃］とする。またエタロン５２の初期温度、すなわち選択された基本波長に対応したエタロン５２の温度をＴｅｔｌｎ＿Ｂ［℃］とする。Ｔｅｔｌｎ＿ＢはＴ_{Ｅｔａｌｏｎ}に相当し、メモリ６０から取得される。さらに、基本波長と要求波長との波長差分（絶対値）をΔＦ［ＧＨｚ］とする。この場合、各パラメータの関係は、下記式（１）のように表すことができる。式（１）に基づいて要求波長を得るために必要な設定温度Ｔｅｔｌｎ＿Ａを求めることができる。
Ｔｅｔｌｎ＿Ａ＝Ｔｅｔｌｎ＿Ｂ＋ΔＦ／Ｃ１ （１）
第２温度制御装置５３の温度を設定温度Ｔｅｔｌｎ＿Ａに制御することによって、比Ｉ_ｍ２／Ｉ_ｍ１をそのまま利用して、要求波長を得ることが可能となる。

以上の動作を実行することにより、図５に示すように、エタロン５２の特性がシフトした分だけ、基本波長からシフトした波長（要求波長）によって半導体レーザ３０をレーザ発振させることができる。前述した要求波長は、メモリに記録された条件での発振によって得られる波長（基本波長）以外の波長である。しかしながら、要求波長での発振を得るためには、基本波長を出力する場合と同様、レーザ発振を停止させた状態から実行する必要がある。

一方、波長可変レーザの性能として、基本波長あるいは要求波長を問わず、一旦発振した出力波長を微調整（ファインチューニング）する機能を搭要した。たとえば、このファインチューニングを採用すれば、ユーザがそれぞれの通信回線で波長を最適化することができる。したがって、このファインチューニングには、波長可変レーザが発振状態を維持したままで、その発振波長を変更する動作が必要となる。

ファインチューニングを実現するためには、発振波長を示すパラメータの他に、ファインチューニングのためのパラメータが波長可変レーザに入力される必要がある。典型的な波長可変レーザの入力パラメータは、例えば、表１のように、指定された発振波長（基本波長あるいは要求波長）と、ファインチューニング値によって示される。ファインチューニング値は、指定された発振波長からの差分波長（ΔFine）によって示される。

そして、このファインチューニング値は、波長可変レーザが発振している間も変更可能であり、それに応じて、波長可変レーザはその発振波長を変更できる必要がある。

なお、ファインチューニング値の初期値はゼロとされ、また、ファインチューニング値の最大値、すなわち発振波長からの変化制御が可能な量は、±２５．０００ＧHｚ程度に制限される。ファインチューニングの最大値は、メモリに記録されているチャンネルの波長間隔（グリッド波長間隔）よりも小さく、また、グリッドレス制御による波長変化量（基本波長−目標波長）の上限よりも小さい。

ところで、グリッドレス制御においてエタロン５２の温度を変更する際には、エタロン５２の光透過特性を大きく変化させる必要がある。このタイプのエタロンは、温度をエタロンの波長特性の制御値として採用する。この温度制御にはペルチェ素子を有するエタロン温度制御用のＴＥＣが採用される。ＴＥＣの温度制御には電力が必要である。したがって、温度変化量を抑えて低消費電力を実現するためには、温度依存性の大きいエタロンを使用することが好ましい。一方、ファインチューニングで波長を微調整する場合においても、エタロン温度を変化させることによって波長を変更することが考えられる。図６（ａ）は、この場合のファインチューニングを表す図である。しかしながら、温度依存性の大きいエタロンでは、波長を微調整する際に必要な温度変化量が微小になることから、高精度の温度制御が必要になる。高精度の温度制御のためには、温度検出や温度調整用の回路部品として高性能かつ高価なものを使用する必要がある。この場合、コストが上昇する。この問題は、エタロン５２が液晶エタロンの場合も同様である。液晶エタロンは、エタロンの波長特性を温度ではなく液晶の屈折率変化によって制御するものである。液晶エタロンにおいても、その波長特性の可変幅を大きく取る場合には、微調整に適した小さな波長特性の制御は困難である。また、エタロンの波長特性を制御する他の方法としては、エタロンに熱的に結合したヒータを設ける方法もある。この場合も同様の問題が生じる。

そこで、本実施例においては、ファインチューニングの際にエタロン５２の温度を変化させず（一定値に保持し）、ＡＦＣ制御の光透過率ターゲットを変化させる。すなわち、フィードバック制御目標値の比Ｉ_ｍ２／Ｉ_ｍ１を変化させる。図６（ｂ）は、フィードバック制御目標値の比Ｉ_ｍ２／Ｉ_ｍ１の変化を表す図である。この手法では、エタロン５２の光透過率が大きい温度依存性を有していても、エタロン５２の温度を変更する必要がないため、高精度の温度制御が不要となる。すなわち、グリッドレス制御を行う際のファインチューニングにおいて高精度の温度制御を不要とすることができる。また、微小な波長変更量に対してフィードバック制御目標値の比Ｉ_ｍ２／Ｉ_ｍ１の変動量が大きくなるため、エタロン５２の温度を変化させる場合と比較して微調整が容易となる。

エタロン５２の波長と透過率との関係を取得することによって、ファインチューニングにおける波長変化量に対する比Ｉ_ｍ２／Ｉ_ｍ１の変化量を求めることができる。例えば、エタロン５２の波長と透過率との関係は、以下のように表すことができる。なお、ＡおよびＢは係数であり、ｆは、現状の出力波長と、ファインチューニングにおける波長変化量との和を周波数に変換したものである。ＡおよびＢは、チャネルごとに異なる値を有していてもよい。
比Ｉ_ｍ２／Ｉ_ｍ１＝（１−Ｂ）^２／｛１＋Ｂ^２−２Ｂｃｏｓ（Ａｆ）｝

図７は、チャネルごとに係数Ａ，Ｂが定められている場合のテーブルを表す図である。図７のテーブルは、メモリ６０に格納されている。コントローラ７０は、ファインチューニングの際に、メモリ６０に格納されているテーブルから基本波長に対応するチャネルの係数Ａ，Ｂを自身のＲＡＭに読み込み、フィードバック制御目標値の比Ｉ_ｍ２／Ｉ_ｍ１を算出する。

ここで、ファインチューン範囲について整理する。図８は、ファインチューン範囲を表す図である。図８に示すように、例えば基本波長Ｃｈ１におけるグリッドレス範囲をＣｈ１グリッドレス範囲とし、Ｃｈ２におけるグリッドレス範囲をＣｈ２グリッドレス範囲とする。Ｃｈ１グリッドレス範囲とＣｈ２グリッドレス範囲との境界は、基本波長Ｃｈ１と基本波長Ｃｈ２との中間の波長である。要求波長を実現するためのファインチューニングを行う際には、Ｃｈ１グリッドレス範囲ではＣｈ１の近似式を用い、Ｃｈ２グリッドレス範囲ではＣｈ２の近似式を用いる。

図９は、グリッドレス制御の概略を表すフローチャートの一例である。まず、コントローラ７０は、外部から要求波長を示す情報を取得する（ステップＳ１）。コントローラ７０は、要求波長を示す情報に基づいて、メモリ６０から要求波長に最も近い基本波長を選択する（ステップＳ２）。続いて、コントローラ７０は、要求波長と基本波長との波長差分ΔＦに基づいて更新設定値を算出し、当該更新設定値を用いて半導体レーザ３０にレーザ発振させる（ステップＳ３）。本実施例においては、更新設定値は、選択された基本波長の初期設定値およびフィードバック制御目標値において、エタロン５２の初期温度値Ｔ_{Ｅｔａｌｏｎ}が上述の算出された設定温度Ｔｅｔｌｎ＿Ａに書き換えられたものである。

次に、コントローラ７０は、更新設定値に含まれるフィードバック制御目標値を用いて、ＡＦＣ制御を行う（ステップＳ４）。ＡＦＣ制御とは、自動波長制御のことであり、フィードバック制御目標値のＩ_ｍ２／Ｉ_ｍ１が実現されるように、第１温度制御装置３１を用いて半導体レーザ３０の温度を制御することである。以上の処理により、要求波長が実現されることになる。ファインチューニングは、発振波長を更に微調整する場合に実施される。

図１０は、ファインチューニングを行う際のフローチャートの一例である。図１０に示すように、コントローラ７０は、波長要求を受ける（ステップＳ１１）。この要求波長は、図示しない外部入出力装置からの入力によるものである。典型的にはＲＳ２３２Ｃ規格に対応した入出力装置が採用される。次に、コントローラ７０は、一例として、要求波長に最も近い基本波長を選択する（ステップＳ１２）。

次に、コントローラ７０は、基本波長と要求波長との波長差分ΔＦを算出する（ステップＳ１３）。次に、コントローラ７０は、更新設定値を算出する（ステップＳ１４）。次に、コントローラ７０は、更新設定値を自身のＲＡＭに書き込む（ステップＳ１５）。次に、コントローラ７０は、ＲＡＭに書き込まれた更新設定値を用いて半導体レーザ３０を駆動させる（ステップＳ１６）。なお、ＳＯＡ領域Ｃについては、この時点では半導体レーザ３０から光が出力されないように制御する。

次に、コントローラ７０は、第１サーミスタ３２の検出温度ＴＨ１がＴ_ＬＤの範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ１７）。ここでＴ_ＬＤの範囲とは、更新設定値の温度値Ｔ_ＬＤを中心とする所定範囲である。ステップＳ１７において「Ｎｏ」と判定された場合、コントローラ７０は、第１サーミスタ３２の検出温度ＴＨ１が温度値Ｔ_ＬＤ近づくように第１温度制御装置３１に供給される電流値を変更する。

コントローラ７０は、ステップＳ１７と並行して、第２サーミスタ５５の検出温度ＴＨ２が設定範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ１８）。この場合の設定範囲は、更新設定値に含まれる設定温度Ｔｅｔｌｎ＿Ａに基づいて決定される。例えば、上記設定範囲は、設定温度Ｔｅｔｌｎ＿Ａを中心とする所定範囲とすることができる。ステップＳ１８において「Ｎｏ」と判定された場合、コントローラ７０は、第２サーミスタ５５の検出温度ＴＨ２が設定温度Ｔｅｔｌｎ＿Ａに近づくように第２温度制御装置５３に供給される電流値を変更する。

コントローラ７０は、ステップＳ１７およびステップＳ１８の両方で「Ｙｅｓ」と判定されるまで待機する。ステップＳ１７およびステップＳ１８の両方で「Ｙｅｓ」と判定された場合、コントローラ７０は、シャッタオープンの動作を行う（ステップＳ１９）。具体的には、ＳＯＡ領域Ｃの電極２１に供給される電流を初期電流値Ｉ_ＳＯＡに制御する。それにより、半導体レーザ３０から更新設定値に基づく更新波長のレーザ光が出力される。

次に、コントローラ７０は、第１温度制御装置３１による温度値Ｔ_ＬＤを制御目標とした温度制御を終了する（ステップＳ２０）。次に、コントローラ７０は、第１温度制御装置３１によるＡＦＣ制御を開始する（ステップＳ２１）。つまり、第１温度制御装置３１の温度が、フィードバック制御目標値の比Ｉ_ｍ２／Ｉ_ｍ１を満たすようにフィードバック制御される。エタロン５２の入力光と出力光の比（前後比）は、半導体レーザ３０の発振波長を示している。また、第１温度制御装置３１は半導体レーザ３０の波長を制御するパラメータである。すなわちステップＳ２１では、前後比がＩ_ｍ２／Ｉ_ｍ１になるように第１温度制御装置３１の温度をフィードバック制御することで、半導体レーザ３０の波長を制御する。それにより、要求波長が実現される。

コントローラ７０は、比Ｉ_ｍ２／Ｉ_ｍ１がステップＳ２で選択された基本波長における目標値Ｉ_ｍ２／Ｉ_ｍ１を中心とする所定範囲内にあることを確認すると、ＡＦＣロックフラグを出力する（ステップＳ２２）。続いて、コントローラ７０は、出力波長の微調整を行うためのファインチューニングを開始する（ステップＳ２３）。ファインチューニングにあたっては、ファインチューニングのための波長のシフト量が指定される。このシフト量の指定は、典型的には、ステップＳ２２においてロックフラグが出力された後に入力される。もちろん、最初にステップＳ１１において要求波長が指定される時に同時に入力することも可能である。ファインチューニングにあたっては、ステップＳ１２で選択された基本波長に対応するチャネルの係数Ａ，Ｂをメモリ６０から自身のＲＡＭに読み込み、指定されたシフト量と、上述した近似式を用いて比Ｉ_ｍ２／Ｉ_ｍ１を算出することで、新たな目標値を算出する。そして、当該比Ｉ_ｍ２／Ｉ_ｍ１が実現されるように第１温度制御装置３１の温度を制御する。第１温度制御装置３１の温度制御により、半導体レーザ３０の発振波長が変化し、これが前記新たな目標値あるいはその値に対する所定の幅を持った範囲に入ることが確認されれば、コントローラ７０は、ＡＦＣロックフラグを再度出力する（ステップＳ２４）。その後、フローチャートの実行が終了する。

本実施例によれば、ファインチューニングの際にエタロン５２の温度を変化させず、ＡＦＣ制御の光透過率ターゲットを変化させる。この場合、エタロン５２の光透過率が大きい温度依存性を有していても、エタロン５２の温度を変更する必要がないため、高精度の温度制御が不要となる。また、微小な波長変更量に対してフィードバック制御目標値の比Ｉ_ｍ２／Ｉ_ｍ１の変動量が大きくなるため、エタロン５２の温度を変化させる場合と比較して微調整が容易となる。

（変形例１）
図１１は、ファインチューニングの最中に要求波長が切り替わった場合のフローチャートの例である。図１０と異なる点について説明する。ステップＳ２０の実行後、コントローラ７０は、ステップＳ１２で選択された基本波長に対応するチャネルの係数Ａ，Ｂをメモリ６０から自身のＲＡＭに読み込み、上述した近似式を用いて比Ｉ_ｍ２／Ｉ_ｍ１を算出する（ステップＳ３１）。その後、コントローラ７０は、算出された比Ｉ_ｍ２／Ｉ_ｍ１を用いて、第１温度制御装置３１によるＡＦＣ制御を開始する（ステップＳ３２）。得られる波長が所望範囲内に入ることが確認されれば、コントローラ７０は、ロックフラグを出力する（ステップＳ３３）。その後、フローチャートの実行が終了する。変形例１では、フィードバック制御目標値を変更したうえでＡＦＣ制御が行われるため、ファインチューニングを継続することができる。

（変形例２）
ファインチューニング後の所望の波長での出力が実現された場合にシャッターを閉じて、再度同じ波長で出力する場合が考えられる。この場合、シャッターを開ける際に、図１１のステップＳ１９〜ステップＳ３３を実行することで、同じ波長を容易に出力することができる。

上記各実施例では、エタロン５２としてソリッドエタロンを採用したが、それ以外のエタロンを用いることもできる。例えば、ミラー間に液晶層が介在する液晶エタロンをエタロン５２として用いてもよい。この場合、液晶に印加される電圧を制御することによって、液晶エタロンの波長特性をシフトさせることができる。また、印加電圧に応じてミラー間のギャップ長を変更可能なエアギャップエタロンをエタロン５２として用いてもよい。この場合、印加電圧を制御することによって、エアギャップエタロンの波長特性をシフトさせることができる。これら液晶エタロンあるいはエアギャップエタロンのいずれの場合であっても、第２温度制御装置５３によって温度制御がなされる。ただし、この場合の温度制御は波長特性のシフトのためではなく、温度要因による波長特性の変動を防止するためである。このため温度は一定に制御される。

なお、上記実施例において、基本波長を第１波長と称することができ、要求波長を第２波長と称することができ、更新設定値に含まれるフィードバック制御目標値の比Ｉ_ｍ２／Ｉ_ｍ１を第１目標値と称することができ、エタロン５２の波長と透過率との関係から得られた波長の微調整用の比Ｉ_ｍ２／Ｉ_ｍ１を第２目標値と称することができる。

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

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

Claims (4)

1. 波長可変レーザの出力光がエタロン透過前に分岐された光を受光する受光素子が出力する第１光電流と、前記エタロン透過後の光を受光する受光素子が出力する第２光電流との比を目標値にフィードバック制御することで発振波長を制御する波長可変レーザの制御方法であって、
   第２波長を指定する情報を入力する第１ステップと、
   メモリから、前記波長可変レーザを、前記第２波長を挟むように隣接する２つの基本波長のうち前記第２波長から近い方である第１波長でレーザ発振させるための前記エタロンの設定温度を含む駆動条件を取得する第２ステップと、
   前記第１波長と前記第１ステップで入力された前記第２波長との波長差分および前記第２ステップで取得された前記エタロンの設定温度に基づいて、前記波長可変レーザを前記第２波長でレーザ発振させるための前記エタロンの設定温度を算出する第３ステップと、
   前記エタロンの温度を第３ステップにおいて算出されたエタロンの設定温度に制御し、前記第１光電流と前記第２光電流との比が第１目標値となるように前記波長可変レーザの温度をフィードバック制御する第４ステップと、
   前記第１ステップにおいて指定された前記第２波長からの波長シフト量を示す情報を入力する第５ステップと、
   前記第５ステップにおいて入力された波長シフト量を実現するための前記第１光電流と前記第２光電流との比の第２目標値を算出する第６ステップと、
   前記第１光電流と前記第２光電流との比が前記第２目標値となるように前記波長可変レーザの温度を制御する第７ステップと、を含む、波長可変レーザの制御方法。
2. 前記第６ステップの算出における前記第２目標値Ｔは、前記第２波長からの前記波長シフト量に対応する波長を周波数に変換したｆと、前記エタロンの波長と透過率との関係を表した式（Ｉ）とから求められる、請求項１記載の波長可変レーザの制御方法。
   Ｔ＝（１−Ｂ）^２／｛１＋Ｂ^２−２Ｂｃｏｓ（Ａｆ）｝ （Ｉ）
3. 前記第６ステップでは、前記メモリに前記第２波長を算出する波長シフト量を示す情報を前記基本波長毎に有し、前記基本波長のうち前記第２波長に近い方である前記第１波長に対応した前記波長シフト量を示す情報が抽出され、
   前記第２目標値は、前記第１目標値および前記波長シフト量から算出される、請求項１記載の波長可変レーザの制御方法。
4. 前記第４ステップにおいて、前記第１光電流と前記第２光電流との比が、前記第１目標値における所定の範囲に達した際にロックフラグを出力する第８ステップと、
   前記第７ステップにおいて、前記第１光電流と前記第２光電流との比が、前記第２目標値における所定の範囲に達した際にロックフラグを出力する第９ステップと、を更に含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の波長可変レーザの制御方法。

Images