JP2021128970A - Laser device and control method thereof - Google Patents

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Kei Ishikawa
慶 石川
直記 征矢
Naoki Soya
直記 征矢
和孝 上村
Kazutaka Kamimura
和孝 上村
準 三浦
Jun Miura
準 三浦
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Abstract

To achieve suitable control of the frequency of a laser beam.SOLUTION: A laser device includes a laser unit including a light source unit that makes the frequency of the output laser beam variable and a monitor unit that acquires a frequency equivalent amount corresponding to the frequency of the laser beam, and a control unit that controls the frequency of the laser beam by supplying a control amount to the light source unit according to a set value, and the laser unit has a characteristic in which the frequency of the laser beam changes non-linearly with respect to a set value or a monitor value used when controlling the frequency of the laser beam, and the control unit sets, for a slope of a change in the frequency of the laser beam with respect to a change in the set value or the monitor value or the frequency equivalent amount, a control constant for determining the control amount by referring to a storage unit according to the set value or the monitor value, and sets a control constant in a range in which the absolute value of the slope is small larger than a control constant in a range in which the absolute value of the slope is large in a first range and a second range which are different ranges that the set value or the monitor value can take.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、レーザ装置およびその制御方法に関する。 The present invention relates to a laser device and a control method thereof.

バーニア効果を利用して、出力するレーザ光の周波数を可変とするレーザ装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。特許文献1に記載のレーザ装置は、バーニア効果を利用してレーザ光の周波数を可変とする光源部と、当該光源部から出力されるレーザ光の周波数に対して周期的な透過特性を有する光フィルタと、当該光フィルタを透過したレーザ光の強度を取得する受光素子と、当該光源部の動作を制御する制御装置とを備える。 A laser device that changes the frequency of the output laser beam by utilizing the vernier effect is known (see, for example, Patent Document 1). The laser device described in Patent Document 1 has a light source unit in which the frequency of the laser light is variable by utilizing the vernier effect, and light having periodic transmission characteristics with respect to the frequency of the laser light output from the light source unit. It includes a filter, a light receiving element that acquires the intensity of laser light transmitted through the light filter, and a control device that controls the operation of the light source unit.

制御装置は、受光素子が取得したレーザ光の強度に基づいて、当該レーザ光の周波数に対応するモニタ値を算出する。そして、制御装置は、モニタ値が制御目標値に収束するように、光源部の動作を制御する。制御装置は、制御量に対応する電力を光源部に供給することによってレーザ光の周波数を制御する。制御量は、制御のために調整される量であり、たとえば電流である。電力は、光源部においてレーザ光の周波数を可変とするために設けられたヒータに供給される。 The control device calculates a monitor value corresponding to the frequency of the laser beam based on the intensity of the laser beam acquired by the light receiving element. Then, the control device controls the operation of the light source unit so that the monitor value converges to the control target value. The control device controls the frequency of the laser beam by supplying electric power corresponding to the controlled amount to the light source unit. The control amount is an amount adjusted for control, for example, an electric current. The electric power is supplied to a heater provided in the light source unit to make the frequency of the laser beam variable.

特許第6241931号公報Japanese Patent No. 6241931

ここで、レーザ光の周波数の制御に関連する構成が、レーザ光の周波数を制御する際に用いる設定値またはモニタ値に対してレーザ光の周波数が非線形に変化する特性を有する場合、収束時間の増大、発振、またはオーバーシュートやアンダーシュートなどが発生し、周波数の制御が不安定になってしまう場合があった。 Here, when the configuration related to the control of the frequency of the laser light has a characteristic that the frequency of the laser light changes non-linearly with respect to the set value or the monitor value used when controlling the frequency of the laser light, the convergence time In some cases, frequency control became unstable due to increase, oscillation, overshoot, or undershoot.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、レーザ光の周波数を制御する際に、より好適な制御を実現することができるレーザ装置およびその制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a laser apparatus and a control method thereof that can realize more suitable control when controlling the frequency of a laser beam.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様は、出力するレーザ光の周波数を可変とする光源部と、前記レーザ光の周波数に相当する周波数相当量に対応するモニタ値を取得するモニタ部と、を備えるレーザ部と、設定値に応じて制御量を前記光源部に供給することによって前記レーザ光の周波数を制御する制御部と、前記設定値または前記モニタ値に応じて、前記制御量を決定するための制御定数を複数記憶する記憶部と、を備え、前記レーザ部は、前記レーザ光の周波数を制御する際に用いる前記設定値または前記モニタ値に対して前記レーザ光の周波数が非線形に変化する特性を有し、前記制御部は、前記設定値または前記モニタ値に応じて、前記記憶部を参照して所定の制御定数を設定し、前記設定値または前記モニタ値の変化に対する前記レーザ光の周波数または周波数相当量の変化の傾きに関して、前記設定値または前記モニタ値が取り得る互いに異なる範囲である第1範囲と第2範囲において、前記傾きの絶対値が小さい方の範囲における前記制御定数を、前記傾きの絶対値が大きい方の範囲における前記制御定数よりも大きく設定するレーザ装置である。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, one aspect of the present invention is a light source unit in which the frequency of the output laser light is variable, and a monitor corresponding to a frequency equivalent amount corresponding to the frequency of the laser light. A laser unit including a monitor unit for acquiring a value, a control unit for controlling the frequency of the laser light by supplying a control amount to the light source unit according to a set value, and the set value or the monitor value. Correspondingly, a storage unit for storing a plurality of control constants for determining the control amount is provided, and the laser unit has the set value or the monitor value used when controlling the frequency of the laser light. The control unit has a characteristic that the frequency of the laser light changes non-linearly, and the control unit sets a predetermined control constant with reference to the storage unit according to the set value or the monitor value, and the set value or With respect to the gradient of the change in the frequency or frequency equivalent of the laser beam with respect to the change in the monitor value, the absolute value of the gradient is in the first range and the second range, which are different ranges that the set value or the monitor value can take. This is a laser device that sets the control constant in the smaller range to be larger than the control constant in the range in which the absolute value of the tilt is larger.

前記設定値または前記モニタ値は、前記制光源部に供給される電流値でもよい。 The set value or the monitor value may be a current value supplied to the control light source unit.

前記モニタ部は、入力する光の周波数に対して透過率が周期的に変化する周波数フィルタと、前記レーザ光の強度に対応するレーザ光の第1強度を検出する第1検出部と、前記レーザ光が前記周波数フィルタを透過した後のレーザ光の強度に対応する第2強度を検出する第2検出部とを備え、前記設定値または前記モニタ値は、に相当する値を含んでもよい。 The monitor unit includes a frequency filter whose transmittance changes periodically with respect to the frequency of the input light, a first detection unit that detects the first intensity of the laser light corresponding to the intensity of the laser light, and the laser. The set value or the monitor value may include a value corresponding to, including a second detection unit that detects a second intensity corresponding to the intensity of the laser light after the light has passed through the frequency filter.

前記モニタ部は、前記レーザ光の強度に対応するレーザ光の第1強度を検出する第1検出部と、を有し、前記設定値または前記モニタ値は、前記第1強度に対する前記第2強度の比に相当する値でもよい。 The monitor unit includes a first detection unit that detects a first intensity of laser light corresponding to the intensity of the laser light, and the set value or the monitor value is the second intensity with respect to the first intensity. It may be a value corresponding to the ratio of.

前記制御部は、前記レーザ光の周波数または周波数相当量を第1設定値から第2設定値に変化させる変化制御を行う際に、前記変化制御の開始時刻からの経過時間、または前記第1設定値から前記第2設定値までの到達割合に応じて前記制御定数を設定してもよい。 When the control unit performs change control for changing the frequency or frequency equivalent of the laser beam from the first set value to the second set value, the elapsed time from the start time of the change control or the first setting The control constant may be set according to the arrival rate from the value to the second set value.

前記制御部は、前記レーザ光の周波数または周波数相当量を第1設定値から第2設定値に変化させる変化制御を行う際に、前記第1設定値から前記第2設定値に変化させる間に前記傾きの変化の符号が変化する場合には、前記符号の変化する点を含む所定範囲において、前記所定範囲の範囲外における前記制御定数よりも小さい前記制御定数を設定してもよい。 When the control unit performs change control for changing the frequency or frequency equivalent of the laser beam from the first set value to the second set value, while changing from the first set value to the second set value. When the sign of the change in inclination changes, the control constant smaller than the control constant outside the range of the predetermined range may be set in the predetermined range including the point where the sign changes.

前記制御定数は、比例制御における比例定数でもよい。 The control constant may be a proportional constant in proportional control.

前記光源部は、バーニア効果を利用して前記レーザ光の周波数が可変とされていてもよい。 The frequency of the laser beam may be variable in the light source unit by utilizing the vernier effect.

本発明の一態様は、出力するレーザ光の周波数を可変とする光源部と、前記レーザ光の周波数に相当する周波数相当量に対応するモニタ値を取得するためのモニタ部と、を有するレーザ部を備えるレーザ装置の制御方法であって、設定値に応じて制御量を前記レーザ部に供給することによって前記レーザ光の周波数を制御する制御ステップを含み、前記光源部は、前記レーザ光の周波数を制御する際に用いる前記設定値または前記モニタ値に対して前記レーザ光の周波数が非線形に変化する特性を有し、前記制御ステップは、前記設定値または前記モニタ値に応じて、前記制御量を決定するための制御定数を複数記憶する記憶部を参照して所定の制御定数を設定する設定ステップを含み、前記設定ステップにおいて、前記設定値または前記モニタ値の変化に対する前記レーザ光の周波数または周波数相当量の変化の傾きに関して、前記設定値または前記モニタ値が取り得る互いに異なる範囲である第1範囲と第2範囲において、前記傾きの絶対値が小さい方の範囲における前記制御定数を、前記傾きの絶対値が大きい方の範囲における前記制御定数よりも大きく設定するレーザ装置の制御方法である。 One aspect of the present invention is a laser unit having a light source unit for varying the frequency of the output laser light and a monitor unit for acquiring a monitor value corresponding to a frequency equivalent amount corresponding to the frequency of the laser light. A method for controlling a laser apparatus including The control step has a characteristic that the frequency of the laser beam changes non-linearly with respect to the set value or the monitor value used when controlling the control amount, and the control step is performed according to the set value or the monitor value. Including a setting step of setting a predetermined control constant with reference to a storage unit that stores a plurality of control constants for determining the above, in the setting step, the frequency of the laser light or the frequency of the laser light with respect to a change of the set value or the monitor value. With respect to the gradient of the change in the frequency equivalent amount, the control constant in the range in which the absolute value of the gradient is smaller in the first range and the second range, which are different ranges that the set value or the monitor value can take, is described. This is a control method for a laser device in which the absolute value of the tilt is set larger than the control constant in the larger range.

本発明によれば、レーザ光の周波数を制御する際に、より好適な制御を実現することができるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that more suitable control can be realized when controlling the frequency of the laser beam.

図1は、実施形態1に係るレーザ装置の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a laser device according to the first embodiment. 図2は、レーザ部の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a laser unit. 図3は、レーザ光の周波数の調整の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of adjusting the frequency of the laser beam. 図4は、実施形態1に係る制御部の構成を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a control unit according to the first embodiment. 図5は、周波数とPD比との関係に基づく弁別カーブの説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a discrimination curve based on the relationship between the frequency and the PD ratio. 図6は、Phase電流とレーザ光の周波数との関係の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of the relationship between the Phase current and the frequency of the laser beam. 図7は、Phase電流の範囲に対する比例定数の設定の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of setting a constant of proportionality with respect to the range of Phase current. 図8は、PD比の変化制御の開始時刻からの経過時間に対する比例定数の設定の一例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an example of setting a proportionality constant with respect to the elapsed time from the start time of the change control of the PD ratio. 図9は、実施形態1に係る制御部による制御方法を示すフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart showing a control method by the control unit according to the first embodiment. 図10は、実施形態2に係る制御部の構成を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a control unit according to the second embodiment. 図11は、実施形態2に係る制御部による制御方法を示すフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart showing a control method by the control unit according to the second embodiment. 図12は、実施形態3に係る制御部の構成を示すブロック図である。FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a control unit according to the third embodiment. 図13は、PD比の目標PD比への到達割合に対する比例定数の設定の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of setting a proportionality constant with respect to the achievement ratio of the PD ratio to the target PD ratio. 図14は、実施形態3に係る制御部による制御方法を示すフローチャートである。FIG. 14 is a flowchart showing a control method by the control unit according to the third embodiment. 図15は、実施形態4に係る制御部の構成を示すブロック図である。FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of a control unit according to the fourth embodiment. 図16は、PD比の変化制御の開始の設定値と目標の設定値との間に傾きの符号が変わる箇所が有る場合の一例の説明図である。FIG. 16 is an explanatory diagram of an example in which there is a place where the sign of the inclination changes between the set value at the start of the change control of the PD ratio and the set value of the target. 図17は、実施形態4に係る制御部による制御方法を示すフローチャートである。FIG. 17 is a flowchart showing a control method by the control unit according to the fourth embodiment.

以下に、図面を参照して、本発明を実施するための形態(以下、実施形態)について説明する。なお、以下に説明する実施形態によって本発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一の部分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、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実と異なる場合がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、図中で適宜xyz座標軸を示し、これにより方向を説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below. Further, in the description of the drawings, the same parts are appropriately designated by the same reference numerals. In addition, the drawings are schematic, and the relationship between the dimensions of each element, the ratio of each element, and the like may differ from reality. Further, even between the drawings, there may be parts having different dimensional relationships and ratios from each other. In addition, the xyz coordinate axes are appropriately shown in the drawings, and the directions will be described thereby.

(実施形態1)
〔レーザ装置の概略構成〕
図1は、実施形態1に係るレーザ装置の構成を示す図である。
レーザ装置1は、モジュール化されたレーザ部2と、当該レーザ部2の動作を制御する制御ステップを実行する制御部3と、を備える。
なお、図1では、レーザ部2と制御部3とを別体で構成しているが、一体にモジュール化しても構わない。
(Embodiment 1)
[Outline configuration of laser device]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a laser device according to the first embodiment.
The laser device 1 includes a modularized laser unit 2 and a control unit 3 that executes a control step for controlling the operation of the laser unit 2.
Although the laser unit 2 and the control unit 3 are separately configured in FIG. 1, they may be modularized as one.

〔光源部の構成〕
レーザ部2は、制御部3による制御の下、出力するレーザ光の周波数を複数の周波数のうちいずれか周波数のレーザ光に可変とし、当該周波数のレーザ光を出力する。このレーザ部2は、光源部4と、半導体光増幅器(Semiconductor Optical Amplifier:SOA)5と、平面光波回路(Planar Lightwave Circuit:PLC)6と、光検出部7と、温度センサ8と、温度調節器9と、を備える。平面光波回路6と光検出部7とはモニタ部10を構成する。
[Structure of light source unit]
Under the control of the control unit 3, the laser unit 2 changes the frequency of the laser light to be output to a laser light of any one of a plurality of frequencies, and outputs the laser light of the frequency. The laser unit 2 includes a light source unit 4, a semiconductor optical amplifier (SOA) 5, a planar lightwave circuit (PLC) 6, a light detection unit 7, a temperature sensor 8, and temperature control. A vessel 9 and a device 9 are provided. The plane light wave circuit 6 and the light detection unit 7 form a monitor unit 10.

図2は、レーザ部の構成を示す図である。
光源部4は、たとえばバーニア効果を利用したレーザであり、制御部3による制御の下、レーザ光L1を出力する。この光源部4は、出力するレーザ光L1の周波数を可変とするレーザ本体部41と、変更部42と、を備える。変更部42は、制御部3から供給される電力に応じて発熱する3つのマイクロヒータを有し、レーザ本体部41を局所的に加熱することで、レーザ本体部41から出力されるレーザ光L1の周波数を変更する。
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the laser unit.
The light source unit 4 is, for example, a laser that utilizes the vernier effect, and outputs the laser beam L1 under the control of the control unit 3. The light source unit 4 includes a laser main body unit 41 that changes the frequency of the output laser beam L1 and a changing unit 42. The changing unit 42 has three microheaters that generate heat according to the electric power supplied from the control unit 3, and the laser light L1 output from the laser body 41 by locally heating the laser body 41. Change the frequency of.

レーザ本体部41は、共通の基部B1上にそれぞれ形成された第1,第2の導波路部43,44を備える。ここで、基部B1は、たとえばn型InPからなる。そして、基部B1の裏面には、たとえばAuGeNiを含んで構成され、当該基部B1とオーミック接触するn側電極45が形成されている。 The laser main body 41 includes first and second waveguides 43 and 44, respectively, formed on a common base B1. Here, the base B1 is made of, for example, an n-type InP. An n-side electrode 45 is formed on the back surface of the base portion B1 so as to include, for example, AuGeNi, and is in ohmic contact with the base portion B1.

第1の導波路部43は、埋め込み導波路構造を有している。この第1の導波路部43は、導波路部431と、半導体積層部432と、p側電極433と、を備える。
導波路部431は、半導体積層部432内にz方向に延伸するように形成されている。
また、第1の導波路部43内には、利得部431aと、DBR(Distributed Bragg Reflector)型の回折格子層431bとが配置されている。
The first waveguide section 43 has an embedded waveguide structure. The first waveguide section 43 includes a waveguide section 431, a semiconductor laminated section 432, and a p-side electrode 433.
The waveguide portion 431 is formed so as to extend in the z direction in the semiconductor laminated portion 432.
Further, in the first waveguide section 43, a gain section 431a and a DBR (Distributed Bragg Reflector) type diffraction grating layer 431b are arranged.

ここで、利得部431aは、InGaAsPからなる多重量子井戸構造と光閉じ込め層とを有する活性層である。また、回折格子層431bは、InGaAsPとInPとからなる標本化回折格子で構成されている。 Here, the gain portion 431a is an active layer having a multiple quantum well structure made of InGaAsP and a light confinement layer. Further, the diffraction grating layer 431b is composed of a sampling diffraction grating composed of InGaAsP and InP.

半導体積層部432は、InP系半導体層が積層して構成されており、導波路部431に対してクラッド部の機能等を備える。 The semiconductor laminated portion 432 is configured by laminating InP-based semiconductor layers, and has a function of a clad portion with respect to the waveguide portion 431.

p側電極433は、半導体積層部432上において、利得部431aに沿うように配置されている。なお、半導体積層部432上には、SiN保護膜(図示略)が形成されている。そして、p側電極433は、当該SiN保護膜に形成された開口部(図示略)を介して半導体積層部432に接触している。 The p-side electrode 433 is arranged on the semiconductor laminated portion 432 so as to be along the gain portion 431a. A SiN protective film (not shown) is formed on the semiconductor laminated portion 432. The p-side electrode 433 is in contact with the semiconductor laminated portion 432 via an opening (not shown) formed in the SiN protective film.

ここで、マイクロヒータであるDBRヒータ421は、半導体積層部432のSiN保護膜上において、回折格子層431bに沿うように配置されている。そして、DBRヒータ421は、制御部3から供給される電力に応じて発熱し、回折格子層431bを加熱する。また、制御部3がDBRヒータ421に供給する電力を制御することによって回折格子層431bの温度が変化し、その屈折率が変化する。 Here, the DBR heater 421, which is a microheater, is arranged along the diffraction grating layer 431b on the SiN protective film of the semiconductor laminated portion 432. Then, the DBR heater 421 generates heat according to the electric power supplied from the control unit 3, and heats the diffraction grating layer 431b. Further, by controlling the electric power supplied to the DBR heater 421 by the control unit 3, the temperature of the diffraction grating layer 431b changes, and the refractive index thereof changes.

第2の導波路部44は、2分岐部441と、2つのアーム部442,443と、リング状導波路444と、を備える。 The second waveguide section 44 includes a two-branch section 441, two arm sections 442, 443, and a ring-shaped waveguide 444.

2分岐部441は、1×2型の多モード干渉型(MMI)導波路441aを含む1×2型の分岐型導波路で構成され、2ポート側が2つのアーム部442,443のそれぞれに接続されるとともに1ポート側が第1の導波路部43側に接続されている。すなわち、2分岐部441により、2つのアーム部442,443は、その一端が統合され、回折格子層431bと光学的に結合される。 The two-branch portion 441 is composed of a 1 × 2 type bifurcated waveguide including a 1 × 2 type multi-mode interference type (MMI) waveguide 441a, and the two port side is connected to each of the two arm portions 442 and 443. At the same time, the 1 port side is connected to the 1st waveguide section 43 side. That is, one end of the two arm portions 442 and 443 is integrated by the bifurcated portion 441 and optically coupled to the diffraction grating layer 431b.

アーム部442,443は、いずれもz方向に延伸し、リング状導波路444を挟むように配置されている。これらアーム部442,443は、リング状導波路444といずれも同一の結合係数κでリング状導波路444と光学的に結合している。κの値は、たとえば0.2である。そして、アーム部442,443とリング状導波路444とは、リング共振器フィルタRF1を構成している。また、リング共振器フィルタRF1と2分岐部441とは、反射ミラーM1を構成している。 The arm portions 442 and 443 are all extended in the z direction and are arranged so as to sandwich the ring-shaped waveguide 444. These arm portions 442 and 443 are optically coupled to the ring-shaped waveguide 444 with the same coupling coefficient κ as the ring-shaped waveguide 444. The value of κ is, for example, 0.2. The arm portions 442 and 443 and the ring-shaped waveguide 444 form a ring resonator filter RF1. Further, the ring resonator filter RF1 and the two-branch portion 441 form a reflection mirror M1.

ここで、マイクロヒータであるRINGヒータ422は、リング状であり、リング状導波路444を覆うように形成されたSiN保護膜(図示略)上に配置されている。そして、RINGヒータ422は、制御部3から供給される電力に応じて発熱し、リング状導波路444を加熱する。また、制御部3がRINGヒータ422に供給する電力を制御することによってリング状導波路444の温度が変化し、その屈折率が変化する。 Here, the RING heater 422, which is a microheater, has a ring shape and is arranged on a SiN protective film (not shown) formed so as to cover the ring-shaped waveguide 444. Then, the RING heater 422 generates heat according to the electric power supplied from the control unit 3, and heats the ring-shaped waveguide 444. Further, by controlling the electric power supplied to the RING heater 422 by the control unit 3, the temperature of the ring-shaped waveguide 444 changes, and the refractive index thereof changes.

上述した2分岐部441、アーム部442,443、およびリング状導波路444は、いずれも、InGaAsPからなる光導波層44aがInPからなるクラッド層によって挟まれたハイメサ導波路構造を有している。 The above-mentioned two-branch portion 441, arm portion 442, 443, and ring-shaped waveguide 444 all have a high-mesa waveguide structure in which an optical waveguide layer 44a made of InGaAsP is sandwiched by a clad layer made of InP. ..

ここで、マイクロヒータであるPhaseヒータ423は、アーム部443の一部のSiN保護膜(図示略)上に配置されている。当該アーム部443のうちPhaseヒータ423の下方の領域は、光の位相を変化させる位相調整部445として機能する。そして、Phaseヒータ423は、制御部3から供給される電力に応じて発熱し、位相調整部445を加熱する。また、制御部3がPhaseヒータ423に供給する電力を制御することによって位相調整部445の温度が変化し、その屈折率が変化する。 Here, the Phase heater 423, which is a microheater, is arranged on a part of the SiN protective film (not shown) of the arm portion 443. The region below the Phase heater 423 of the arm portion 443 functions as a phase adjusting portion 445 that changes the phase of light. Then, the Phase heater 423 generates heat according to the electric power supplied from the control unit 3, and heats the phase adjusting unit 445. Further, by controlling the electric power supplied to the Phase heater 423 by the control unit 3, the temperature of the phase adjusting unit 445 changes, and the refractive index thereof changes.

以上説明した第1,第2の導波路部43,44は、互いに光学的に接続された回折格子層431bと反射ミラーM1とにより構成される光共振器C1を構成している。また、利得部431aと位相調整部445とは、光共振器C1内に配置される。 The first and second waveguide sections 43 and 44 described above constitute an optical resonator C1 composed of a diffraction grating layer 431b optically connected to each other and a reflection mirror M1. Further, the gain unit 431a and the phase adjusting unit 445 are arranged in the optical resonator C1.

回折格子層431bは、所定の周波数間隔で周期的な反射特性を有する第1の櫛状反射スペクトルを生成する。一方、リング共振器フィルタRF1は、所定の周波数間隔で周期的な反射特性を有する第2の櫛状反射スペクトルを生成する。 The diffraction grating layer 431b generates a first comb-shaped reflection spectrum having periodic reflection characteristics at predetermined frequency intervals. On the other hand, the ring resonator filter RF1 generates a second comb-shaped reflection spectrum having periodic reflection characteristics at predetermined frequency intervals.

ここで、第2の櫛状反射スペクトルは、第1の櫛状反射スペクトルのピークの半値全幅よりも狭い半値全幅のピークを有し、第1の櫛状反射スペクトルの周波数間隔とは異なる周波数間隔で周期的な反射特性を有する。 Here, the second comb-shaped reflection spectrum has a peak with a full width at half maximum narrower than the peak full width at half maximum of the peak of the first comb-shaped reflection spectrum, and has a frequency interval different from the frequency interval of the first comb-shaped reflection spectrum. Has periodic reflection characteristics.

各櫛状反射スペクトルの特性について例示すると、第1の櫛状反射スペクトルのピーク間の周波数間隔(自由スペクトル領域:FSR)は373GHzである。また、各ピークの半値全幅は43GHzである。一方、第2の櫛状反射スペクトルのピーク間の周波数間隔(FSR)は400GHzである。また、各ピークの半値全幅は25GHzである。すなわち、第2の櫛状反射スペクトルの各ピークの半値全幅(25GHz)は、第1の櫛状反射スペクトルの各ピークの半値全幅(43GHz)より狭い。 To exemplify the characteristics of each comb-shaped reflection spectrum, the frequency interval (free spectrum region: FSR) between the peaks of the first comb-shaped reflection spectrum is 373 GHz. The full width at half maximum of each peak is 43 GHz. On the other hand, the frequency interval (FSR) between the peaks of the second comb-shaped reflection spectrum is 400 GHz. The full width at half maximum of each peak is 25 GHz. That is, the full width at half maximum (25 GHz) of each peak of the second comb-shaped reflection spectrum is narrower than the full width at half maximum (43 GHz) of each peak of the first comb-shaped reflection spectrum.

光源部4では、レーザ発振を実現するために、第1の櫛状反射スペクトルのピークの一つと第2の櫛状反射スペクトルのピークの一つとを周波数軸上で重ね合わせ可能に構成されている。このような重ね合わせは、DBRヒータ421,RINGヒータ422の少なくとも一つを用いて、DBRヒータ421により回折格子層431bを加熱して熱光学効果によりその屈折率を変化させて第1の櫛状反射スペクトルを周波数軸上で全体的に移動させて変化させる、および、RINGヒータ422によりリング状導波路444を加熱してその屈折率を変化させて第2の櫛状反射スペクトルを周波数軸上で全体的に移動させて変化させる、の少なくともいずれか一つを行うことにより、実現することができる。 In the light source unit 4, in order to realize laser oscillation, one of the peaks of the first comb-shaped reflection spectrum and one of the peaks of the second comb-shaped reflection spectrum can be superposed on the frequency axis. .. In such superposition, at least one of the DBR heater 421 and the RING heater 422 is used to heat the diffraction grating layer 431b by the DBR heater 421 and change its refractive index by the thermo-optical effect to form a first comb shape. The reflection spectrum is moved and changed as a whole on the frequency axis, and the ring-shaped waveguide 444 is heated by the RING heater 422 to change its refractive index to obtain a second comb-shaped reflection spectrum on the frequency axis. This can be achieved by performing at least one of moving and changing the whole.

一方、光源部4において、光共振器C1による共振器モードが存在する。そして、光源部4において、共振器モードの間隔(縦モード間隔)は、25GHz以下となるように光共振器C1の共振器長が設定されている。この設定の場合、光共振器C1の共振器長は、1800μm以上となり、発振するレーザ光の狭線幅化を期待することができる。なお、光共振器C1の共振器モードの周波数は、Phaseヒータ423を用いて位相調整部445を加熱してその屈折率を変化させて共振器モードの周波数を周波数軸上で全体的に移動させることにより微調整することができる。すなわち、位相調整部445は、光共振器C1の光路長を能動的に制御するための部分である。 On the other hand, in the light source unit 4, there is a resonator mode by the optical resonator C1. Then, in the light source unit 4, the resonator length of the optical resonator C1 is set so that the interval between the resonator modes (longitudinal mode interval) is 25 GHz or less. In the case of this setting, the resonator length of the optical resonator C1 is 1800 μm or more, and it can be expected that the line width of the oscillating laser beam is narrowed. As for the frequency of the resonator mode of the optical resonator C1, the phase heater 423 is used to heat the phase adjusting unit 445 to change its refractive index, and the frequency of the resonator mode is moved as a whole on the frequency axis. This can be fine-tuned. That is, the phase adjusting unit 445 is a part for actively controlling the optical path length of the optical resonator C1.

光源部4は、制御部3により、n側電極45およびp側電極433から利得部431aへ電流を注入し、利得部431aを発光させると、第1の櫛状反射スペクトルのスペクトル成分のピーク、第2の櫛状反射スペクトルのスペクトル成分のピーク、および光共振器C1の共振器モードの一つが一致した周波数、たとえば193.4THzでレーザ発振し、レーザ光L1を出力するように構成されている。 When the light source unit 4 injects a current from the n-side electrode 45 and the p-side electrode 433 into the gain unit 431a by the control unit 3 and causes the gain unit 431a to emit light, the peak of the spectral component of the first comb-shaped reflection spectrum, The peak of the spectral component of the second comb-shaped reflection spectrum and one of the resonator modes of the optical resonator C1 are configured to oscillate the laser at a matching frequency, for example, 193.4 THz, and output the laser beam L1. ..

光源部4では、バーニア効果を利用してレーザ光L1の周波数を変化させることができる。図3は、レーザ光の周波数の調整の説明図である。上段は、回折格子層431b(DBR)の第1の櫛状反射スペクトルを示し、中段は、反射ミラーM1(RING)の第2の櫛状反射スペクトルを示し、下段は、共振器モードのスペクトルを示す。 In the light source unit 4, the frequency of the laser beam L1 can be changed by utilizing the vernier effect. FIG. 3 is an explanatory diagram of adjusting the frequency of the laser beam. The upper row shows the first comb-shaped reflection spectrum of the diffraction grating layer 431b (DBR), the middle row shows the second comb-shaped reflection spectrum of the reflection mirror M1 (RING), and the lower row shows the spectrum of the resonator mode. show.

供給する電力を調整してDBRヒータ421を制御すると、その櫛状反射スペクトルは、太矢線で示すように、実線で示す形状から破線で示す形状に周波数軸上でシフトする。同様に、RINGヒータ422を制御すると、その櫛状反射スペクトルは実線で示す形状から破線で示す形状に周波数軸上でシフトする。同様に、Phaseヒータ423を制御すると、そのスペクトルは実線で示す形状から破線で示す形状に周波数軸上でシフトする。 When the DBR heater 421 is controlled by adjusting the power to be supplied, the comb-shaped reflection spectrum shifts from the shape shown by the solid line to the shape shown by the broken line on the frequency axis as shown by the thick arrow line. Similarly, when the RING heater 422 is controlled, its comb-shaped reflection spectrum shifts from the shape shown by the solid line to the shape shown by the broken line on the frequency axis. Similarly, when the Phase heater 423 is controlled, the spectrum shifts from the shape shown by the solid line to the shape shown by the broken line on the frequency axis.

実線に示す状態では、DBRの反射ピークと光共振器C1の共振器モードとRINGの反射ピークとが一致した周波数f1でレーザ発振している。この状態にするために、DBRヒータ421およびRINGヒータ422は、供給される電力に基づいて、DBR、RINGの反射スペクトルがピークとなる周波数位置を各々設定する。また、Phaseヒータ423は、供給される電力に基づいて、共振器モードがピークとなる周波数位置を設定する。各ヒータの制御によって破線に示す状態にすると、DBRの反射ピークと光共振器C1の共振器モードとRINGの反射ピークとが一致する周波数を周波数f2とできるので、レーザ光L1の周波数を周波数f2に調整できる。なお、各ヒータへ供給する電力は電流を制御量として制御することができる。すなわち、制御部3は、制御量である電流に対応する電力を光源部4に供給することによってレーザ光L1の周波数を制御する。電流または電力は制御量の一例である。 In the state shown by the solid line, the laser oscillates at a frequency f1 in which the reflected peak of the DBR, the resonator mode of the optical resonator C1 and the reflected peak of the RING coincide with each other. In order to achieve this state, the DBR heater 421 and the RING heater 422 set frequency positions at which the reflection spectra of the DBR and RING peak, respectively, based on the supplied electric power. Further, the Phase heater 423 sets the frequency position at which the resonator mode peaks based on the supplied electric power. When the state shown by the broken line is set by controlling each heater, the frequency at which the reflected peak of the DBR, the resonator mode of the optical resonator C1 and the reflected peak of the RING coincide with each other can be set to the frequency f2, so that the frequency of the laser beam L1 is set to the frequency f2. Can be adjusted to. The power supplied to each heater can be controlled by using the current as a control amount. That is, the control unit 3 controls the frequency of the laser beam L1 by supplying electric power corresponding to the current, which is a controlled amount, to the light source unit 4. Current or power is an example of a controlled quantity.

レーザ光L1の周波数を第1周波数から第2周波数に変更する場合には、たとえば、まずDBRおよびRINGの櫛状反射スペクトルが第2周波数において重なり合うようにDBRヒータ421およびRINGヒータ422をフィードフォワード制御し、その後に共振器モードのいずれか一つが第2周波数と一致するようにPhaseヒータ423をフィードバック制御する。ただし制御の方法はこれに限られない。 When changing the frequency of the laser beam L1 from the first frequency to the second frequency, for example, the DBR heater 421 and the RING heater 422 are feed-forward controlled so that the comb-shaped reflection spectra of the DBR and the RING overlap at the second frequency. Then, the Phase heater 423 is feedback-controlled so that any one of the resonator modes matches the second frequency. However, the control method is not limited to this.

図1に戻って説明を続ける。半導体光増幅器5は、具体的な図示は省略したが、第1の導波路部43と同様の材料および構造からなる活性コア層を備える埋め込み導波路構造を有する。但し、回折格子層431bは設けられていない。この半導体光増幅器5は、空間結合光学系(図示略)により光源部4に対して光学的に結合している。そして、光源部4から出力されたレーザ光L1は、半導体光増幅器5に入力される。半導体光増幅器5は、レーザ光L1を増幅してレーザ光L2として出力する。なお、半導体光増幅器5は、基部B1上に、光源部4とモノリシックに構成されていてもよい。 The explanation will be continued by returning to FIG. Although not specifically shown, the semiconductor optical amplifier 5 has an embedded waveguide structure including an active core layer made of the same material and structure as the first waveguide 43. However, the diffraction grating layer 431b is not provided. The semiconductor optical amplifier 5 is optically coupled to the light source unit 4 by a space-coupling optical system (not shown). Then, the laser beam L1 output from the light source unit 4 is input to the semiconductor optical amplifier 5. The semiconductor optical amplifier 5 amplifies the laser beam L1 and outputs it as the laser beam L2. The semiconductor optical amplifier 5 may be monolithically configured with the light source unit 4 on the base portion B1.

平面光波回路6は、空間結合光学系(図示略)によりアーム部442に光学的に結合している。そして、レーザ光L1と同様に光源部4におけるレーザ発振により発生したレーザ光L3の一部は、アーム部442を介して平面光波回路6に入力される。なお、レーザ光L3は、レーザ光L1の周波数と同一の周波数を有し、レーザ光L1の強度と対応する強度を有する。この平面光波回路6は、光分岐部61と、光導波路62と、リング共振器型光フィルタである周波数フィルタ63aを有する光導波路63と、を備える。 The plane light wave circuit 6 is optically coupled to the arm portion 442 by a space-coupling optical system (not shown). Then, a part of the laser light L3 generated by the laser oscillation in the light source unit 4 is input to the plane light wave circuit 6 via the arm unit 442 as in the laser light L1. The laser beam L3 has the same frequency as the frequency of the laser beam L1 and has an intensity corresponding to the intensity of the laser beam L1. The plane lightwave circuit 6 includes an optical branching portion 61, an optical waveguide 62, and an optical waveguide 63 having a frequency filter 63a which is a ring resonator type optical filter.

光分岐部61は、入力したレーザ光L3を2つのレーザ光L4,L5に分岐する。
そして、光導波路62は、レーザ光L4を光検出部7における後述するPD(Photo Diode)71に導波する。また、光導波路63は、レーザ光L5を光検出部7における後述するPD72に導波する。
The optical branching unit 61 branches the input laser beam L3 into two laser beams L4 and L5.
Then, the optical waveguide 62 guides the laser beam L4 to the PD (Photo Diode) 71 described later in the photodetector 7. Further, the optical waveguide 63 guides the laser beam L5 to the PD 72 described later in the photodetector 7.

ここで、周波数フィルタ63aは、入力する光の周波数に対して透過率が周期的に変化する特性を有し、レーザ光L5をレーザ光L5の周波数に応じた透過率で透過する。そして、周波数フィルタ63aを透過したレーザ光L5は、PD72に入力する。すなわち、周波数フィルタ63aは、導波路型の周波数フィルタである。なお、周波数フィルタ63aとして、入力する光の周波数に対して周期的な透過特性を有するエタロンフィルタやMZI(Mach-Zehnder Interferometer)フィルタを用いてもよい。 Here, the frequency filter 63a has a characteristic that the transmittance changes periodically with respect to the frequency of the input light, and transmits the laser light L5 at a transmittance corresponding to the frequency of the laser light L5. Then, the laser beam L5 transmitted through the frequency filter 63a is input to the PD 72. That is, the frequency filter 63a is a waveguide type frequency filter. As the frequency filter 63a, an etalon filter or an MZI (Mach-Zehnder Interferometer) filter having a periodic transmission characteristic with respect to the frequency of the input light may be used.

光検出部7は、PD71,72を備える。PD71は、レーザ光L4(光源部4から出力されたレーザ光L1と同一の周波数を有し、レーザ光L1の強度と対応する強度を有する)を受光し、当該レーザ光L4の強度に応じた電気信号を制御部3に出力する。PD72は、周波数フィルタ63aを透過したレーザ光L5を受光し、当該レーザ光L5の強度に応じた電気信号を制御部3に出力する。そして、PD71,72からそれぞれ出力された電気信号は、制御部3による周波数ロック制御(光源部4から出力されるレーザ光L1の周波数を目標周波数にするための制御)に用いられる。 The photodetector 7 includes PDs 71 and 72. The PD71 receives the laser light L4 (having the same frequency as the laser light L1 output from the light source unit 4 and having an intensity corresponding to the intensity of the laser light L1), and corresponds to the intensity of the laser light L4. The electric signal is output to the control unit 3. The PD 72 receives the laser beam L5 that has passed through the frequency filter 63a, and outputs an electric signal corresponding to the intensity of the laser beam L5 to the control unit 3. The electric signals output from the PDs 71 and 72 are used for frequency lock control by the control unit 3 (control for setting the frequency of the laser beam L1 output from the light source unit 4 to the target frequency).

PD71は、レーザ光L1の強度に対応するレーザ光L4の強度である第1強度を検出する第1検出部の一例である。PD72は、レーザ光L1が周波数フィルタ63aを透過した後の強度に相当するレーザ光L5の強度である第2強度を検出する第2検出部の一例である。 PD71 is an example of a first detection unit that detects the first intensity, which is the intensity of the laser beam L4 corresponding to the intensity of the laser beam L1. PD72 is an example of a second detection unit that detects the second intensity, which is the intensity of the laser light L5, which corresponds to the intensity after the laser light L1 has passed through the frequency filter 63a.

温度センサ8は、たとえばサーミスタ等で構成され、光源部4および平面光波回路6の周囲温度を検出する。なお、温度センサ8としては、温度調節器9の外部に配置し、レーザ装置1が配置される環境の温度を周囲温度として検出しても構わない。温度センサ8は、検出した温度の情報を含む電気信号を制御部3に出力する。 The temperature sensor 8 is composed of, for example, a thermistor or the like, and detects the ambient temperature of the light source unit 4 and the planar light wave circuit 6. The temperature sensor 8 may be arranged outside the temperature controller 9 and detect the temperature of the environment in which the laser device 1 is arranged as the ambient temperature. The temperature sensor 8 outputs an electric signal including the detected temperature information to the control unit 3.

温度調節器9は、たとえばペルチェ素子を含むTEC(Thermo Electric Cooler)等で構成されている。この温度調節器9には、光源部4、半導体光増幅器5、平面光波回路6、光検出部7、および温度センサ8が載置される。そして、温度調節器9は、供給された電力に応じて光源部4、半導体光増幅器5、平面光波回路6、光検出部7、および温度センサ8の温度を調節する。この場合、制御部3は、温度センサ8が検出した温度の情報に基づいて、主に光源部4が一定の温度となるように、温度調節器9に供給する電力を制御する。主に光源部4が一定の温度となるよう制御を行った方が、レーザ光L1の周波数の、動作条件や外部環境温度に依存する変動を抑制する上で好ましい。 The temperature controller 9 is composed of, for example, a TEC (Thermo Electric Cooler) including a Perche element or the like. A light source unit 4, a semiconductor optical amplifier 5, a planar light wave circuit 6, a photodetector unit 7, and a temperature sensor 8 are mounted on the temperature controller 9. Then, the temperature controller 9 adjusts the temperatures of the light source unit 4, the semiconductor optical amplifier 5, the planar light wave circuit 6, the photodetector unit 7, and the temperature sensor 8 according to the supplied power. In this case, the control unit 3 controls the electric power supplied to the temperature controller 9 so that the light source unit 4 mainly has a constant temperature based on the temperature information detected by the temperature sensor 8. It is preferable to control the light source unit 4 so that the temperature becomes constant in order to suppress fluctuations in the frequency of the laser beam L1 depending on the operating conditions and the external environmental temperature.

なお、温度調節器9において、光源部4、半導体光増幅器5、平面光波回路6、光検出部7、および温度センサ8が載置される設置面91を、光源部4および半導体光増幅器5が載置される第1の領域Ar1と、平面光波回路6および光検出部7が載置される第2の領域Ar2の2つの領域に区画した場合には、温度センサ8は、第2の領域Ar2に載置される。すなわち、温度センサ8は、平面光波回路6に近接して配置されている。ただし、温度センサ8は、第1の領域Ar1に載置され、光源部4に近接して配置されていてもよい。 In the temperature controller 9, the light source unit 4 and the semiconductor optical amplifier 5 provide an installation surface 91 on which the light source unit 4, the semiconductor optical amplifier 5, the plane lightwave circuit 6, the light detection unit 7, and the temperature sensor 8 are mounted. When the temperature sensor 8 is divided into two regions, a first region Ar1 on which the light wave circuit 6 is mounted and a second region Ar2 on which the plane lightwave circuit 6 and the light detection unit 7 are mounted, the temperature sensor 8 has a second region. It is placed on Ar2. That is, the temperature sensor 8 is arranged close to the plane light wave circuit 6. However, the temperature sensor 8 may be placed in the first region Ar1 and may be arranged close to the light source unit 4.

〔制御部の構成〕
つぎに、制御部3の構成について説明する。図4は、制御部の構成を示すブロック図である。制御部3は、たとえばユーザインターフェースを備えた上位の制御装置(図示略)と接続されており、当該上位の制御装置を介したユーザからの指示にしたがって、レーザ部2の動作を制御する。
[Structure of control unit]
Next, the configuration of the control unit 3 will be described. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the control unit. The control unit 3 is connected to, for example, a higher-level control device (not shown) provided with a user interface, and controls the operation of the laser unit 2 according to an instruction from the user via the higher-level control device.

なお、以下では、本発明の要部である制御部3による周波数ロック制御を主に説明する。また、図4では、説明の便宜上、制御部3の構成として、周波数ロック制御を実行する構成を主に図示している。 In the following, frequency lock control by the control unit 3 which is the main part of the present invention will be mainly described. Further, in FIG. 4, for convenience of explanation, a configuration for executing frequency lock control is mainly shown as a configuration of the control unit 3.

制御部3は、アナログ−デジタルコンバータ(ADC)31、32と、演算部33と、記憶部34と、電流源35と、を備える。 The control unit 3 includes analog-to-digital converters (ADCs) 31 and 32, a calculation unit 33, a storage unit 34, and a current source 35.

ADC31は、PD72から入力されたアナログの電気信号をデジタル信号に変換して演算部33に出力する。ADC32は、PD71から入力されたアナログの電気信号をデジタル信号に変換して演算部33に出力する。 The ADC 31 converts the analog electric signal input from the PD 72 into a digital signal and outputs it to the calculation unit 33. The ADC 32 converts the analog electric signal input from the PD 71 into a digital signal and outputs it to the calculation unit 33.

演算部33は、制御部3が実行する制御のための各種演算処理を行うものであり、たとえばCPU(Central Processing Unit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)で構成される。記憶部34は、演算部33が演算処理を行うために使用する各種プログラムやデータ等が格納される、たとえばROM(Read Only Memory)で構成される部分と、演算部33が演算処理を行う際の作業スペースや演算部33の演算処理の結果等を記憶する等のために使用される、たとえばRAM(Random Access Memory)で構成される部分とを備えている。制御部3の制御機能は、演算部33と記憶部34との機能によりソフトウェア的に実現される。 The calculation unit 33 performs various calculation processes for control executed by the control unit 3, and is composed of, for example, a CPU (Central Processing Unit) or an FPGA (Field Programmable Gate Array). The storage unit 34 has a portion composed of, for example, a ROM (Read Only Memory) in which various programs and data used by the arithmetic unit 33 for performing arithmetic processing are stored, and when the arithmetic unit 33 performs arithmetic processing. It is provided with a portion composed of, for example, a RAM (Random Access Memory), which is used for storing the work space of the above, the result of the arithmetic processing of the arithmetic unit 33, and the like. The control function of the control unit 3 is realized by software by the functions of the calculation unit 33 and the storage unit 34.

電流源35は、演算部33からの指示に基づいて、光源部4にレーザ光L1の周波数の制御のための電力を供給する。本実施形態では、演算部33は電流源35に制御量として電流値を指示する。電流源35は指示された電流値の電流を光源部4に供給する。 The current source 35 supplies electric power for controlling the frequency of the laser beam L1 to the light source unit 4 based on the instruction from the calculation unit 33. In the present embodiment, the calculation unit 33 instructs the current source 35 to indicate the current value as a control amount. The current source 35 supplies the current of the instructed current value to the light source unit 4.

つぎに、演算部33の構成について詳述する。演算部33は、機能部として、PD比算出部331と、目標周波数設定部332と、目標PD比設定部333と、差分取得部334と、電流取得部335と、制御定数決定部336と、PID制御部337と、DBR/RING電力設定部338と、を備えている。これらの機能部はソフトウェアとハードウェア資源とが協働することによって実現される。 Next, the configuration of the calculation unit 33 will be described in detail. As functional units, the calculation unit 33 includes a PD ratio calculation unit 331, a target frequency setting unit 332, a target PD ratio setting unit 333, a difference acquisition unit 334, a current acquisition unit 335, and a control constant determination unit 336. It includes a PID control unit 337 and a DBR / RING power setting unit 338. These functional parts are realized by the cooperation of software and hardware resources.

PD比算出部331は、ADC31,32から入力されたデジタル信号からPD比を算出する。PD比は、PD71が検出した第1強度に対するPD72が検出した第2強度の比である。このPD比はモニタ値であり、モニタPD比とも呼ばれる。 The PD ratio calculation unit 331 calculates the PD ratio from the digital signals input from the ADCs 31 and 32. The PD ratio is the ratio of the second intensity detected by PD72 to the first intensity detected by PD71. This PD ratio is a monitor value and is also called a monitor PD ratio.

PD比について説明する。図5は、周波数とPD比との関係に基づく弁別カーブの説明図である。PD比は、周波数フィルタ63aの透過特性に対応して、周波数に対して周期的に変化する。なお、図5に示す例では、PD比が0から1の間で変化するように規格化してあるが、PD比が−1から+1の間で変化するように規格化されていてもよい。さらには、PD72が検出した、周波数フィルタ63aを透過した第2強度のみからモニタ値を算出するようにしてもよい。尚この様な場合においても、当該モニタ値をPD比として以降の処理を実施することができる。加えて、各周波数におけるPD71でのモニタ値を事前に取得し記憶部34等に格納しておき、PD比算出の際に目標周波数の値または範囲等に応じて、事前に取得したPD71のモニタ値を用いてPD比を算出するようにしてもよい。このように、設定値またはモニタ値は、第2強度に相当する値を含んでもよい。 The PD ratio will be described. FIG. 5 is an explanatory diagram of a discrimination curve based on the relationship between the frequency and the PD ratio. The PD ratio changes periodically with respect to the frequency corresponding to the transmission characteristic of the frequency filter 63a. In the example shown in FIG. 5, the PD ratio is standardized so as to change between 0 and 1, but the PD ratio may be standardized so as to change between -1 and +1. Further, the monitor value may be calculated only from the second intensity detected by the PD 72 and transmitted through the frequency filter 63a. Even in such a case, the subsequent processing can be performed with the monitor value as the PD ratio. In addition, the monitor value of the PD71 at each frequency is acquired in advance and stored in the storage unit 34 or the like, and the monitor of the PD71 acquired in advance according to the value or range of the target frequency when calculating the PD ratio. The PD ratio may be calculated using the value. As described above, the set value or the monitor value may include a value corresponding to the second intensity.

図5において、黒丸で示す点P3のように、レーザ光L1の周波数がf3である場合に、PD比算出部331において算出されるPD比はR3であることを示している。このことは、PD比がR3になるように光源部4を制御すれば、レーザ光L1の周波数をf3にロックする周波数ロックが実現されることを意味する。PD比はレーザ光L1の周波数に相当する量であり、周波数相当量に対応するモニタ値の一例である。点P3はレーザ光L1の周波数をf3に制御する際の制御目標点であり、ロック点とも呼ばれる。 In FIG. 5, when the frequency of the laser beam L1 is f3 as shown by the point P3 indicated by the black circle, the PD ratio calculated by the PD ratio calculation unit 331 is R3. This means that if the light source unit 4 is controlled so that the PD ratio becomes R3, a frequency lock that locks the frequency of the laser beam L1 to f3 is realized. The PD ratio is an amount corresponding to the frequency of the laser beam L1, and is an example of a monitor value corresponding to the frequency equivalent amount. The point P3 is a control target point when the frequency of the laser beam L1 is controlled to f3, and is also called a lock point.

なお、弁別カーブは周期的に変化するため、異なる周波数に対して同じPD比を取る場合がある。このレーザ装置1では、目標周波数が設定されると、その周波数に応じてDBRヒータ421およびRINGヒータ422のそれぞれにその目標周波数に対応した電力が供給される。その結果、目標周波数を含む周波数範囲で第1の櫛状反射スペクトルと第2の櫛状反射スペクトルとが重なり合い、レーザ発振が可能な周波数範囲が制限される。 Since the discrimination curve changes periodically, the same PD ratio may be obtained for different frequencies. In the laser device 1, when a target frequency is set, electric power corresponding to the target frequency is supplied to each of the DBR heater 421 and the RING heater 422 according to the target frequency. As a result, the first comb-shaped reflection spectrum and the second comb-shaped reflection spectrum overlap in the frequency range including the target frequency, and the frequency range in which laser oscillation is possible is limited.

図4に戻って説明を続ける。目標周波数設定部332は、たとえば上位の制御装置からの指示により、レーザ光L1の周波数の目標値として目標周波数を設定する。レーザ光L1の周波数の目標値は設定値の一例である。設定値はそれに応じて制御量が決定されるものである。 The explanation will be continued by returning to FIG. The target frequency setting unit 332 sets the target frequency as the target value of the frequency of the laser beam L1 by, for example, instructing from a higher-level control device. The target value of the frequency of the laser beam L1 is an example of the set value. The set value determines the control amount accordingly.

目標PD比設定部333は、目標周波数設定部332が設定した目標周波数をもとに、目標周波数相当量である目標PD比を設定する。目標PD比の設定は、記憶部34に記憶されている周波数とPD比との対応関係を示すテーブルデータや関係式などを用いて行われる。この対応関係は、周波数フィルタ63aが生成する弁別カーブに基づいて定められている。 The target PD ratio setting unit 333 sets a target PD ratio, which is an amount equivalent to the target frequency, based on the target frequency set by the target frequency setting unit 332. The target PD ratio is set by using table data or a relational expression showing the correspondence between the frequency stored in the storage unit 34 and the PD ratio. This correspondence is determined based on the discrimination curve generated by the frequency filter 63a.

差分取得部334は、PD比算出部331が算出したモニタPD比と目標PD比設定部333が設定した目標PD比との差分を算出して取得する。 The difference acquisition unit 334 calculates and acquires the difference between the monitor PD ratio calculated by the PD ratio calculation unit 331 and the target PD ratio set by the target PD ratio setting unit 333.

電流取得部335は、後述するPID制御部337が設定した設定値としての電流値を取得し、または電流源35が流している電流値をモニタ値として取得し、取得した電流値を制御定数決定部336に出力する。 The current acquisition unit 335 acquires a current value as a set value set by the PID control unit 337, which will be described later, or acquires a current value flowing through the current source 35 as a monitor value, and determines the acquired current value as a control constant. Output to unit 336.

制御定数決定部336は、電流値と目標周波数(または目標PD比)とに応じて、制御量を決定するための制御定数を設定する設定ステップを行う。本実施形態1では、光源部4に指示する制御量である電流値を決定するための比例制御における比例定数Kpを設定することとする。なお、記憶部34が、設定値またはモニタ値に応じて制御量を決定するための制御定数を複数記憶している。制御定数決定部336は記憶部34から適正な制御定数を読み出して参照し、設定を行う。 The control constant determination unit 336 performs a setting step of setting a control constant for determining a control amount according to the current value and the target frequency (or target PD ratio). In the first embodiment, the proportionality constant Kp in the proportional control for determining the current value, which is the control amount instructed to the light source unit 4, is set. The storage unit 34 stores a plurality of control constants for determining the control amount according to the set value or the monitor value. The control constant determination unit 336 reads an appropriate control constant from the storage unit 34, refers to the control constant, and sets the control constant.

PID制御部337は、モニタPD比と目標PD比との差分に対応した微分定数Kdおよび積分定数Kiと、制御定数決定部336が決定した比例定数Kpと、に基づいて電流値を設定し、その電流値の指示を電流源35に出力し、比例積分微分(PID)制御を行うことができる。ただし、本実施形態ではPI制御を行うものとする。 The PID control unit 337 sets the current value based on the differential constant Kd and the integral constant Ki corresponding to the difference between the monitor PD ratio and the target PD ratio, and the proportional constant Kp determined by the control constant determining unit 336. The instruction of the current value can be output to the current source 35 to perform proportional integral differentiation (PID) control. However, in this embodiment, PI control is performed.

DBR/RING電力設定部338は、目標周波数設定部332が設定した目標周波数をもとに、DBRヒータ421およびRINGヒータ422のそれぞれに供給する電力を設定する。DBR/RING電力設定部338は、設定した電力に基づいて電流値を設定し、その電流値の指示を電流源35に出力し、DBRヒータ421およびRINGヒータ422のフィードフォワード制御を行うことができる。 The DBR / RING power setting unit 338 sets the power to be supplied to each of the DBR heater 421 and the RING heater 422 based on the target frequency set by the target frequency setting unit 332. The DBR / RING power setting unit 338 can set a current value based on the set power, output an instruction of the current value to the current source 35, and perform feedforward control of the DBR heater 421 and the RING heater 422. ..

〔制御方法〕
つぎに、レーザ装置1において実行される制御方法について説明する。レーザ部2は、レーザ光L1の周波数を制御する際に用いる設定値またはモニタ値に対してレーザ光L1の周波数が非線形に変化する特性を有している。
[Control method]
Next, the control method executed in the laser device 1 will be described. The laser unit 2 has a characteristic that the frequency of the laser beam L1 changes non-linearly with respect to a set value or a monitor value used when controlling the frequency of the laser beam L1.

図6は、設定値またはモニタ値の一例としてのPhase電流と、レーザ光L1の周波数との関係の一例を示す図である。ここでPhase電流とは、Phaseヒータ423に供給される電流である。図6に示すように、レーザ光L1の周波数はPhase電流に対して非線形に変化する特性を有する。その理由としては、たとえばPhaseヒータ423の電流値に対する発熱量、発熱量に対する共振器モードの周波数の変化量、またはこの発熱量と変化量との相関関係が非線形である可能性がある。 FIG. 6 is a diagram showing an example of the relationship between the Phase current as an example of the set value or the monitor value and the frequency of the laser beam L1. Here, the Phase current is a current supplied to the Phase heater 423. As shown in FIG. 6, the frequency of the laser beam L1 has a characteristic of changing non-linearly with respect to the Phase current. The reason may be, for example, the calorific value with respect to the current value of the Phase heater 423, the change in the frequency of the resonator mode with respect to the calorific value, or the correlation between the calorific value and the change may be non-linear.

ここで、制御定数、たとえば比例定数Kpについて、全ての電流値に対して1つの値を適用した場合、たとえば図6中、破線DLより左側である領域Aでは電流値の変化に対する周波数の変化の傾きの絶対値が小さいので、目標周波数に制御するための収束時間が増大する場合がある。また、図6中、破線DLより右側である領域Bでは、電流値の変化に対する周波数の変化の傾きの絶対値が大きいので、発振、またはオーバーシュートやアンダーシュートが発生する場合がある。 Here, when one value is applied to all the current values for the control constant, for example, the proportionality constant Kp, for example, in the region A on the left side of the broken line DL in FIG. 6, the frequency change with respect to the current value change Since the absolute value of the slope is small, the convergence time for controlling to the target frequency may increase. Further, in the region B on the right side of the broken line DL in FIG. 6, since the absolute value of the slope of the frequency change with respect to the change of the current value is large, oscillation, overshoot, or undershoot may occur.

そこで、本制御方法では、取り得る電流値の範囲に応じて異なる比例定数Kpを設定する。図7に示す例では、互いに異なる電流値の範囲I1、I2、I3、I4に対して、互いに異なる比例定数Kp1、Kp2、Kp3、Kp4を設定する。図7の場合は、範囲I1、I2、I3、I4は、いずれも周波数が1GHzだけ変化する範囲であるが、非線形性のために範囲I1、I2、I3、I4は互いに大きさが異なっている。 Therefore, in this control method, different proportionality constants Kp are set according to the range of possible current values. In the example shown in FIG. 7, different proportional constants Kp1, Kp2, Kp3, and Kp4 are set for the ranges I1, I2, I3, and I4 of different current values. In the case of FIG. 7, the ranges I1, I2, I3, and I4 are all ranges in which the frequency changes by 1 GHz, but the ranges I1, I2, I3, and I4 are different in magnitude from each other due to non-linearity. ..

このとき、範囲I1、I2、I3、I4では、曲線の傾きの絶対値がこの順番で徐々に大きくなっている。そこで、比例定数Kp1、Kp2、Kp3、Kp4については、Kp1>Kp2>Kp3>Kp4となるように値が設定される。 At this time, in the ranges I1, I2, I3, and I4, the absolute value of the slope of the curve gradually increases in this order. Therefore, the values of the proportionality constants Kp1, Kp2, Kp3, and Kp4 are set so that Kp1> Kp2> Kp3> Kp4.

すなわち、電流値が取り得る互いに異なる範囲である範囲I1、I2、I3、I4から任意に第1範囲と第2範囲とを選ぶと、傾きの絶対値が小さい方の範囲における制御定数が、傾きの絶対値が大きい方の範囲における制御定数よりも大きく設定されている。たとえば、第1範囲における傾きの絶対値が第2範囲における傾きの絶対値よりも小さい場合は、第1範囲における比例定数を第2範囲における比例定数よりも大きく設定されている。これにより、制御量である電流値の変化量に対する周波数の変化量の、電流値の範囲に対する依存性を低減することができるので、収束時間の増大、発振、またはオーバーシュートやアンダーシュートの発生が抑制される。その結果、レーザ光の周波数を制御する際に、より好適な制御が実現される。 That is, when the first range and the second range are arbitrarily selected from the ranges I1, I2, I3, and I4, which are different ranges in which the current value can be taken, the control constant in the range in which the absolute value of the slope is smaller is tilted. The absolute value of is set larger than the control constant in the larger range. For example, when the absolute value of the slope in the first range is smaller than the absolute value of the slope in the second range, the proportionality constant in the first range is set to be larger than the proportionality constant in the second range. As a result, it is possible to reduce the dependence of the amount of frequency change with respect to the amount of change of the current value, which is the control amount, on the range of the current value, so that the convergence time is increased, oscillation, or overshoot or undershoot occurs. It is suppressed. As a result, more suitable control is realized when controlling the frequency of the laser beam.

図7では、周波数の変化が等しく1GHzに対応する電流値の範囲としているが、周波数の変化は範囲毎に異なっていてもよい。また、電流値の範囲の幅が互いに等しくてもよい。 In FIG. 7, the change in frequency is the same and the range of the current value corresponding to 1 GHz is set, but the change in frequency may be different for each range. Further, the widths of the current value ranges may be equal to each other.

さらに、本制御方法では、レーザ光L1の周波数または周波数相当量を第1設定値から第2設定値に変化させる変化制御を行う際に、変化制御の開始時刻からの経過時間に応じて比例定数を設定する。 Further, in this control method, when performing change control for changing the frequency or frequency equivalent of the laser beam L1 from the first set value to the second set value, a proportional constant is used according to the elapsed time from the start time of the change control. To set.

図8は、周波数相当量であるPD比の変化制御の開始時刻からの経過時間に対する比例定数の設定の一例を示す図である。本例では、PD比を第1設定値である現在のPD比から第2設定値である目標PD比まで変化させる際に、時間t1の経過までは比例定数としてKpt1を設定し、時間t1の経過後はKpt2を設定する。たとえば、Kpt1は現在のPhase電流値から決定でき、Kpt2は目標周波数または目標周波数相当量である第2設定値から決定できる。 FIG. 8 is a diagram showing an example of setting a proportionality constant with respect to the elapsed time from the start time of the change control of the PD ratio, which is a frequency equivalent amount. In this example, when changing the PD ratio from the current PD ratio, which is the first set value, to the target PD ratio, which is the second set value, Kpt1 is set as a proportional constant until the passage of time t1, and the time t1 After the lapse, Kpt2 is set. For example, Kpt1 can be determined from the current Phase current value, and Kpt2 can be determined from the target frequency or the second set value corresponding to the target frequency.

上述したように、弁別カーブは周期的に変化するため、急激にPD比を変化させるとロック点が弁別カーブ上で規定された周波数範囲を超えてオーバーシュートしてしまい、目標周波数とは異なる周波数でロックされる場合がある。そこで、Kpt2をKpt1よりも小さく設定すれば、PD比が目標PD比に近いときの急激なPD比の変化を抑制できるので、オーバーシュートの発生と異なる周波数での周波数ロックの発生とを抑制できる。なお、本例では時間t1の経過の前後で比例定数の設定値を変えているが、さらに比例定数の設定値を変える基準となる時間を時間t1の他にも設定して、より多数の段階で設定値を変えてもよい。 As described above, since the discrimination curve changes periodically, if the PD ratio is changed suddenly, the lock point will overshoot beyond the frequency range specified on the discrimination curve, and the frequency will be different from the target frequency. May be locked by. Therefore, if Kpt2 is set smaller than Kpt1, a sudden change in the PD ratio when the PD ratio is close to the target PD ratio can be suppressed, so that the occurrence of overshoot and the occurrence of frequency lock at a different frequency can be suppressed. .. In this example, the set value of the proportionality constant is changed before and after the elapse of the time t1, but the reference time for changing the set value of the proportionality constant is set in addition to the time t1, and more steps are taken. You may change the set value with.

〔フローチャート〕
図9は、上述した制御部3による、レーザ光L1の周波数または周波数相当量を第1設定値(現在の設定された周波数または現在のPD比)から第2設定値(目標周波数または目標PD比)に変化させる変化制御の制御方法を示すフローチャートである。
〔flowchart〕
FIG. 9 shows the frequency or frequency equivalent of the laser beam L1 by the control unit 3 described above from the first set value (current set frequency or current PD ratio) to the second set value (target frequency or target PD ratio). It is a flowchart which shows the control method of the change control which changes to).

はじめに、ステップS101において、目標周波数設定部332が、レーザ光L1の周波数の目標値として目標周波数を設定する。 First, in step S101, the target frequency setting unit 332 sets the target frequency as the target value of the frequency of the laser beam L1.

つづいて、ステップS102において、制御定数決定部336は、目標周波数設定部332が設定した目標周波数をもとに比例定数Kpt2を決定する。 Subsequently, in step S102, the control constant determination unit 336 determines the proportional constant Kpt2 based on the target frequency set by the target frequency setting unit 332.

つづいて、ステップS103において、DBR/RING電力設定部338は、目標周波数設定部332が設定した目標周波数をもとに、DBRヒータ421およびRINGヒータ422のそれぞれに供給する電力を設定する。 Subsequently, in step S103, the DBR / RING power setting unit 338 sets the power to be supplied to each of the DBR heater 421 and the RING heater 422 based on the target frequency set by the target frequency setting unit 332.

つづいて、ステップS104において、電流取得部335は、現在のPhase電流値(設定値またはモニタ値)を取得する。 Subsequently, in step S104, the current acquisition unit 335 acquires the current Phase current value (set value or monitor value).

つづいて、ステップS105において、制御定数決定部336は、電流取得部335が取得した現在のPhase電流値をもとに、比例定数Kpt1を決定する。尚、Phase電流値を制御するために既に用いられている比例定数をKpt1として決定してもよい。このKpt1は、たとえばPhase電流が図7で示した範囲I1、I2、I3、I4のいずれの範囲に含まれるかに応じて、Kp1、Kp2、Kp3、Kp4のいずれかと等しくなるように決定される。 Subsequently, in step S105, the control constant determination unit 336 determines the proportionality constant Kpt1 based on the current Phase current value acquired by the current acquisition unit 335. The proportionality constant already used for controlling the Phase current value may be determined as Kpt1. This Kpt1 is determined to be equal to any of Kp1, Kp2, Kp3, and Kp4, for example, depending on which of the ranges I1, I2, I3, and I4 shown in FIG. 7 includes the Phase current. ..

つづいて、ステップS106において、目標PD比設定部333は、ステップS101において目標周波数設定部332が設定した目標周波数をもとに、目標周波数相当量である目標PD比を設定する。 Subsequently, in step S106, the target PD ratio setting unit 333 sets the target PD ratio, which is an amount equivalent to the target frequency, based on the target frequency set by the target frequency setting unit 332 in step S101.

つづいて、ステップS107において、PD比算出部331は、モニタPD比を算出して取得する。 Subsequently, in step S107, the PD ratio calculation unit 331 calculates and acquires the monitor PD ratio.

つづいて、ステップS108において、差分取得部334は、目標PD比とモニタPD比との差分(目標PD比−モニタPD比)を取得する。 Subsequently, in step S108, the difference acquisition unit 334 acquires the difference between the target PD ratio and the monitor PD ratio (target PD ratio-monitor PD ratio).

つづいて、ステップS109において、PID制御部337は、変化制御の開始時刻からの経過時間がt1(例えば、1秒)以上であるか否かを判定する。t1未満であると判定した場合(ステップS109、No)、ステップS110において比例定数としてKpt1を設定する。t1以上であると判定した場合(ステップS109、Yes)、ステップS111において比例定数としてKpt2を設定する。 Subsequently, in step S109, the PID control unit 337 determines whether or not the elapsed time from the start time of the change control is t1 (for example, 1 second) or more. When it is determined that the value is less than t1 (step S109, No), Kpt1 is set as the proportionality constant in step S110. When it is determined that it is t1 or more (step S109, Yes), Kpt2 is set as a proportionality constant in step S111.

つづいて、ステップS112において、PID制御部337は、Kpt1またはKpt2と、予め設定されていた積分定数Kiを用いて、差分の絶対値である|目標PD比−モニタPD比|が小さくなるように、Phase電流に関するPI制御を行う。 Subsequently, in step S112, the PID control unit 337 uses Kpt1 or Kpt2 and a preset integration constant Ki so that the absolute value of the difference | target PD ratio-monitor PD ratio | becomes smaller. , Performs PI control on the Phase current.

つづいて、ステップS113において、PID制御部337は、|目標PD比−モニタPD比|が目標誤差内であるか否かを判定する。目標誤差内ではないと判定した場合(ステップS113、No)、制御はステップS107に戻る。目標誤差内であると判定した場合(ステップS113、Yes)、制御は終了する。 Subsequently, in step S113, the PID control unit 337 determines whether or not | target PD ratio-monitor PD ratio | is within the target error. If it is determined that the error is not within the target error (step S113, No), the control returns to step S107. When it is determined that the target error is within the target error (step S113, Yes), the control ends.

(実施形態2)
つぎに、実施形態2に係るレーザ装置について説明する。実施形態2に係るレーザ装置は、実施形態1のレーザ装置1の制御部3を制御部3Aに置き換えた構成を有する。以下では制御部3Aについて詳述する。
(Embodiment 2)
Next, the laser apparatus according to the second embodiment will be described. The laser apparatus according to the second embodiment has a configuration in which the control unit 3 of the laser apparatus 1 of the first embodiment is replaced with the control unit 3A. The control unit 3A will be described in detail below.

〔制御部の構成〕
図10は、実施形態2に係る制御部3Aの構成を示すブロック図である。制御部3Aは、たとえばユーザインターフェースを備えた上位の制御装置(図示略)と接続されており、当該上位の制御装置を介したユーザからの指示にしたがって、レーザ部2の動作を制御する。
[Structure of control unit]
FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the control unit 3A according to the second embodiment. The control unit 3A is connected to, for example, a higher-level control device (not shown) provided with a user interface, and controls the operation of the laser unit 2 according to an instruction from the user via the higher-level control device.

制御部3Aは、制御部3の演算部33を演算部33Aに置き換えた構成を有する。演算部33Aは、演算部33の構成から電流取得部335を削除した構成をする。 The control unit 3A has a configuration in which the calculation unit 33 of the control unit 3 is replaced with the calculation unit 33A. The calculation unit 33A has a configuration in which the current acquisition unit 335 is deleted from the configuration of the calculation unit 33.

上述したように、周波数とPD比との関係において、PD比は、周波数フィルタ63aの透過特性に対応して、周波数に対して周期的にかつ滑らかに変化する弁別カーブの特性を有する。このような弁別カーブは、周波数によって曲線の傾きが異なる。すなわち、レーザ光L1の周波数を制御する際に用いる設定値またはモニタ値であるPD比に対してレーザ光L1の周波数が非線形に変化する。 As described above, in the relationship between the frequency and the PD ratio, the PD ratio has the characteristic of a discrimination curve that changes periodically and smoothly with respect to the frequency corresponding to the transmission characteristic of the frequency filter 63a. The slope of such a discrimination curve differs depending on the frequency. That is, the frequency of the laser beam L1 changes non-linearly with respect to the PD ratio, which is a set value or a monitor value used when controlling the frequency of the laser beam L1.

そこで、制御部3Aにおける制御では、設定値である目標PD比またはモニタ値であるモニタPD比に応じて、対応する弁別カーブの傾きが異なることを利用して、目標PD比またはモニタPD比に応じて制御定数を設定する。 Therefore, in the control in the control unit 3A, the target PD ratio or the monitor PD ratio is set by utilizing the fact that the slope of the corresponding discrimination curve differs depending on the target PD ratio which is the set value or the monitor PD ratio which is the monitor value. Set the control constant accordingly.

たとえば、目標PD比またはモニタPD比が取り得る互いに異なる範囲である第1範囲と第2範囲において、傾きの絶対値が小さい方の範囲における制御定数を、傾きの絶対値が大きい方の範囲における制御定数よりも大きく設定する。たとえば、第1範囲における傾きの絶対値が第2範囲における傾きの絶対値よりも小さい場合は、第1範囲における制御定数を第2範囲における制御定数よりも大きく設定する。たとえば、図5において、PD比がたとえば0.7の場合は、弁別カーブの傾きの絶対値が、PD比が0.5の場合の傾きの絶対値よりも小さいので、比例定数を、PD比が0.5の場合の比例定数よりも大きく設定する。このようなPD比と比例定数の設定との関係は、テーブルデータや関係式として記憶部34に記憶されており、制御定数決定部336が適宜呼び出して使用する。 For example, in the first range and the second range, which are different ranges in which the target PD ratio or the monitor PD ratio can be taken, the control constant in the range in which the absolute value of the slope is smaller is set in the range in which the absolute value of the slope is larger. Set larger than the control constant. For example, when the absolute value of the slope in the first range is smaller than the absolute value of the slope in the second range, the control constant in the first range is set larger than the control constant in the second range. For example, in FIG. 5, when the PD ratio is 0.7, for example, the absolute value of the slope of the discrimination curve is smaller than the absolute value of the slope when the PD ratio is 0.5. Set larger than the proportionality constant when is 0.5. The relationship between the PD ratio and the setting of the proportionality constant is stored in the storage unit 34 as table data or a relational expression, and is appropriately called and used by the control constant determination unit 336.

これにより、PD比に対する周波数の変化量の、PD比に対する依存性を低減することができるので、収束時間の増大、発振、またはオーバーシュートやアンダーシュートの発生が抑制される。その結果、レーザ光の周波数を制御する際に、より好適な制御が実現される。 As a result, the dependence of the amount of frequency change with respect to the PD ratio on the PD ratio can be reduced, so that an increase in convergence time, oscillation, or occurrence of overshoot or undershoot is suppressed. As a result, more suitable control is realized when controlling the frequency of the laser beam.

〔フローチャート〕
図11は、上述した制御部3Aによる、レーザ光L1の周波数または周波数相当量を第1設定値(現在の設定された周波数または現在のPD比)から第2設定値(目標周波数または目標PD比)に変化させる変化制御の制御方法を示すフローチャートである。
〔flowchart〕
FIG. 11 shows the frequency or frequency equivalent of the laser beam L1 by the control unit 3A described above from the first set value (current set frequency or current PD ratio) to the second set value (target frequency or target PD ratio). It is a flowchart which shows the control method of the change control which changes to).

はじめに、ステップS201において、目標周波数設定部332が、レーザ光L1の周波数の目標値として目標周波数を設定する。 First, in step S201, the target frequency setting unit 332 sets the target frequency as the target value of the frequency of the laser beam L1.

つづいて、ステップS202において、目標PD比設定部333は、ステップS201において目標周波数設定部332が設定した目標周波数をもとに、目標周波数相当量である目標PD比を設定する。 Subsequently, in step S202, the target PD ratio setting unit 333 sets the target PD ratio, which is an amount equivalent to the target frequency, based on the target frequency set by the target frequency setting unit 332 in step S201.

つづいて、ステップS203において、制御定数決定部336は、目標PD比設定部333が設定した目標PD比をもとに比例定数Kpt2を決定する。比例定数Kpt2は目標PD比における弁別カーブの傾きに基づいて設定された比例定数である。 Subsequently, in step S203, the control constant determination unit 336 determines the proportionality constant Kpt2 based on the target PD ratio set by the target PD ratio setting unit 333. The proportionality constant Kpt2 is a proportionality constant set based on the slope of the discrimination curve at the target PD ratio.

なお、ステップS201の実行後からステップS204の実行前のいずれかのタイミングにおいて、DBR/RING電力設定部338は、目標周波数設定部332が設定した目標周波数をもとに、DBRヒータ421およびRINGヒータ422のそれぞれに供給する電力を設定する。 At any timing from the execution of step S201 to before the execution of step S204, the DBR / RING power setting unit 338 uses the DBR heater 421 and the RING heater based on the target frequency set by the target frequency setting unit 332. The power to be supplied to each of the 422s is set.

つづいて、ステップS204において、PD比算出部331は、現在のPD比としてモニタPD比を算出して取得する。 Subsequently, in step S204, the PD ratio calculation unit 331 calculates and acquires the monitor PD ratio as the current PD ratio.

つづいて、ステップS205において、制御定数決定部336は、PD比算出部331が取得したモニタPD比をもとに、比例定数Kpt1を決定する。尚、Phase電流値を制御するために既に用いられている比例定数をKpt1として決定してもよい。比例定数Kpt1はモニタPD比における弁別カーブの傾きに基づいて設定された比例定数である。 Subsequently, in step S205, the control constant determination unit 336 determines the proportionality constant Kpt1 based on the monitor PD ratio acquired by the PD ratio calculation unit 331. The proportionality constant already used for controlling the Phase current value may be determined as Kpt1. The proportionality constant Kpt1 is a proportionality constant set based on the slope of the discrimination curve in the monitor PD ratio.

つづいて、ステップS207において、差分取得部334は目標PD比とモニタPD比との差分(目標PD比−モニタPD比)を取得する。 Subsequently, in step S207, the difference acquisition unit 334 acquires the difference between the target PD ratio and the monitor PD ratio (target PD ratio-monitor PD ratio).

つづいて、ステップS208において、PID制御部337は、変化制御の開始時刻からの経過時間がt1(例えば、1秒)以上であるか否かを判定する。t1未満であると判定した場合(ステップS208、No)、ステップS209において比例定数としてKpt1を設定する。t1以上であると判定した場合(ステップS208、Yes)、ステップS210において比例定数としてKpt2を設定する。 Subsequently, in step S208, the PID control unit 337 determines whether or not the elapsed time from the start time of the change control is t1 (for example, 1 second) or more. When it is determined that the value is less than t1 (step S208, No), Kpt1 is set as the proportionality constant in step S209. When it is determined that it is t1 or more (step S208, Yes), Kpt2 is set as a proportionality constant in step S210.

つづいて、ステップS211において、PID制御部337は、Kpt1またはKpt2と、予め設定されていた積分定数Kiを用いて、差分の絶対値である|目標PD比−モニタPD比|が小さくなるように、Phase電流に関するPI制御を行う。 Subsequently, in step S211 the PID control unit 337 uses Kpt1 or Kpt2 and a preset integration constant Ki so that the absolute value of the difference | target PD ratio-monitor PD ratio | becomes smaller. , Performs PI control on the Phase current.

つづいて、ステップS212において、PID制御部337は、|目標PD比−モニタPD比|が目標誤差内であるか否かを判定する。目標誤差内ではないと判定した場合(ステップS212、No)、制御はステップS206に戻る。目標誤差内であると判定した場合(ステップS212、Yes)、制御は終了する。 Subsequently, in step S212, the PID control unit 337 determines whether or not | target PD ratio-monitor PD ratio | is within the target error. If it is determined that the error is not within the target error (step S212, No), the control returns to step S206. When it is determined that the target error is within (step S212, Yes), the control ends.

(実施形態3)
つぎに、実施形態3に係るレーザ装置について説明する。実施形態3に係るレーザ装置は、実施形態1のレーザ装置の制御部3を制御部3Bに置き換えた構成を有する。以下では制御部3Bについて詳述する。
(Embodiment 3)
Next, the laser apparatus according to the third embodiment will be described. The laser apparatus according to the third embodiment has a configuration in which the control unit 3 of the laser apparatus of the first embodiment is replaced with the control unit 3B. The control unit 3B will be described in detail below.

〔制御部の構成〕
図12は、実施形態3に係る制御部3Bの構成を示すブロック図である。制御部3Bは、たとえばユーザインターフェースを備えた上位の制御装置(図示略)と接続されており、当該上位の制御装置を介したユーザからの指示にしたがって、レーザ部2の動作を制御する。
[Structure of control unit]
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of the control unit 3B according to the third embodiment. The control unit 3B is connected to, for example, a higher-level control device (not shown) provided with a user interface, and controls the operation of the laser unit 2 according to an instruction from the user via the higher-level control device.

制御部3Bは、制御部3の演算部33を演算部33Bに置き換えた構成を有する。演算部33Bは、演算部33の構成に、機能部としての補償量決定部339を追加した構成を有する。 The control unit 3B has a configuration in which the calculation unit 33 of the control unit 3 is replaced with the calculation unit 33B. The calculation unit 33B has a configuration in which a compensation amount determination unit 339 as a functional unit is added to the configuration of the calculation unit 33.

実施形態2の説明で述べたように、レーザ光L1の周波数を制御する際に用いる設定値またはモニタ値であるPD比に対してレーザ光L1の周波数が非線形に変化する。 As described in the description of the second embodiment, the frequency of the laser beam L1 changes non-linearly with respect to the PD ratio which is a set value or a monitor value used when controlling the frequency of the laser beam L1.

制御部3Bにおける制御では、制御部3Aにおける制御と同様に、目標PD比またはモニタPD比に応じて、弁別カーブの傾きが異なることを利用して、目標PD比またはモニタPD比に応じて制御定数を設定する。たとえば、目標PD比またはモニタPD比が取り得る互いに異なる範囲である第1範囲と第2範囲において、傾きの絶対値が小さい方の範囲における制御定数を、傾きの絶対値が大きい方の範囲における制御定数よりも大きく設定する。たとえば、第1範囲における傾きの絶対値が第2範囲における傾きの絶対値よりも小さい場合は、第1範囲における制御定数を第2範囲における制御定数よりも大きく設定する。たとえば、図5において、PD比がたとえば0.7の場合は、弁別カーブの傾きの絶対値が、PD比が0.5の場合の傾きの絶対値よりも小さいので、比例定数を、PD比が0.5の場合の比例定数よりも大きく設定する。 In the control in the control unit 3B, similarly to the control in the control unit 3A, the control is performed according to the target PD ratio or the monitor PD ratio by utilizing the fact that the slope of the discrimination curve is different according to the target PD ratio or the monitor PD ratio. Set a constant. For example, in the first range and the second range, which are different ranges in which the target PD ratio or the monitor PD ratio can be taken, the control constant in the range in which the absolute value of the slope is smaller is set in the range in which the absolute value of the slope is larger. Set larger than the control constant. For example, when the absolute value of the slope in the first range is smaller than the absolute value of the slope in the second range, the control constant in the first range is set larger than the control constant in the second range. For example, in FIG. 5, when the PD ratio is 0.7, for example, the absolute value of the slope of the discrimination curve is smaller than the absolute value of the slope when the PD ratio is 0.5. Set larger than the proportionality constant when is 0.5.

ただし、実施形態3の制御部3Bにおいては、比例定数の設定は、制御部3Aにおける制御とは異なる。たとえばPD比が0.5の場合の比例定数を基準比例定数としてのKpとすると、Kpに対して、補償量αを決定し、PD比の範囲に応じてαを加算、除算、乗算または減算をして、PD比がたとえば0.7の場合の比例定数を設定する。たとえば、αが正数である場合は、弁別カーブの傾きの絶対値が小さくなるにつれて、比例定数をKp、Kp+α、Kp+2α、・・・のように設定してもよい。このような、PD比と、決定すべきαやその加減乗除などの演算と、の関係は、テーブルデータや関係式として記憶部34に記憶されており、補償量決定部339や制御定数決定部336が適宜呼び出して使用する。 However, in the control unit 3B of the third embodiment, the setting of the proportionality constant is different from the control in the control unit 3A. For example, if the proportionality constant when the PD ratio is 0.5 is Kp as the reference proportionality constant, the compensation amount α is determined for Kp, and α is added, divided, multiplied, or subtracted according to the range of the PD ratio. To set the proportionality constant when the PD ratio is, for example, 0.7. For example, when α is a positive number, the proportionality constants may be set as Kp, Kp + α, Kp + 2α, ... As the absolute value of the slope of the discrimination curve becomes smaller. The relationship between the PD ratio and the α to be determined and the calculation such as addition, subtraction, multiplication and division thereof is stored in the storage unit 34 as table data and a relational expression, and the compensation amount determination unit 339 and the control constant determination unit are stored. 336 calls and uses it as appropriate.

これにより、PD比に対する周波数の変化量の、PD比に対する依存性を低減することができるので、収束時間の増大、発振、またはオーバーシュートやアンダーシュートの発生が抑制される。その結果、レーザ光の周波数を制御する際に、より好適な制御が実現される。なお、基準比例定数としてのKpを、実施形態1で示す制御方法により、現在のPhase電流または目標周波数に対応するPhase電流の設定値に応じて定めるようにしてもよい。 As a result, the dependence of the amount of frequency change with respect to the PD ratio on the PD ratio can be reduced, so that an increase in convergence time, oscillation, or occurrence of overshoot or undershoot is suppressed. As a result, more suitable control is realized when controlling the frequency of the laser beam. In addition, Kp as a reference proportionality constant may be determined according to the current Phase current or the set value of the Phase current corresponding to the target frequency by the control method shown in the first embodiment.

さらに、本制御方法では、レーザ光L1の周波数または周波数相当量を第1設定値から第2設定値に変化させる変化制御を行う際に、第1設定値から第2設定値までの到達割合に応じて比例定数を設定する。 Further, in this control method, when performing change control for changing the frequency or frequency equivalent of the laser beam L1 from the first set value to the second set value, the rate of arrival from the first set value to the second set value is reached. Set the proportionality constant accordingly.

図13は、周波数相当量であるPD比の変化制御の開始時刻からの経過時間に対する比例定数の設定の一例を示す図である。本例では、PD比を第1設定値である現在のPD比から第2設定値である目標PD比まで変化させる際に、PD比が目標PD比の50%に到達するまでは比例定数としてKp%1を設定し、50%の到達後はKp%2を設定する。なお、PD比が現在のPD比である場合は到達割合が0%であり、目標PD比である場合は到達割合が100%である。たとえば、Kp%1は現在のPhase電流値の値から決定でき、Kp%2は目標周波数または目標周波数相当量である第2設定値から決定できる。 FIG. 13 is a diagram showing an example of setting a proportionality constant with respect to the elapsed time from the start time of the change control of the PD ratio, which is a frequency equivalent amount. In this example, when changing the PD ratio from the current PD ratio, which is the first set value, to the target PD ratio, which is the second set value, as a proportional constant until the PD ratio reaches 50% of the target PD ratio. Kp% 1 is set, and after reaching 50%, Kp% 2 is set. When the PD ratio is the current PD ratio, the arrival rate is 0%, and when the PD ratio is the target PD ratio, the arrival rate is 100%. For example, Kp% 1 can be determined from the value of the current Phase current value, and Kp% 2 can be determined from the target frequency or the second set value corresponding to the target frequency.

Kptの場合と同様に、Kp%2をKp%1よりも小さく設定すれば、PD比が目標PD比に近いときの急激なPD比の変化を抑制できるので、オーバーシュートの発生と異なる周波数での周波数ロックの発生とを抑制できる。なお、本制御では到達割合が50%の前後で比例定数の設定値を変えているが、さらに比例定数の設定値を変える基準となる到達割合を50%の他にも設定して、より多数の段階で設定値を変えてもよい。 As in the case of Kpt, if Kp% 2 is set smaller than Kp% 1, a sudden change in the PD ratio when the PD ratio is close to the target PD ratio can be suppressed, so that the frequency is different from the occurrence of overshoot. It is possible to suppress the occurrence of frequency lock. In this control, the set value of the proportionality constant is changed when the arrival rate is around 50%, but the arrival rate, which is the reference for changing the set value of the proportionality constant, is set in addition to 50% to increase the number. The set value may be changed at the stage of.

〔フローチャート〕
図14は、上述した制御部3Bによる、レーザ光L1の周波数または周波数相当量を第1設定値(現在の設定された周波数または現在のPD比)から第2設定値(目標周波数または目標PD比)に変化させる変化制御の制御方法を示すフローチャートである。
〔flowchart〕
FIG. 14 shows the frequency or frequency equivalent of the laser beam L1 by the control unit 3B described above from the first set value (current set frequency or current PD ratio) to the second set value (target frequency or target PD ratio). It is a flowchart which shows the control method of the change control which changes to).

はじめに、ステップS301において、目標周波数設定部332が、レーザ光L1の周波数の目標値として目標周波数を設定する。 First, in step S301, the target frequency setting unit 332 sets the target frequency as the target value of the frequency of the laser beam L1.

つづいて、ステップS302において、制御定数決定部336は、目標周波数設定部332が設定した目標周波数をもとに比例定数Kp%2を決定する。 Subsequently, in step S302, the control constant determination unit 336 determines the proportionality constant Kp% 2 based on the target frequency set by the target frequency setting unit 332.

つづいて、ステップS303において、DBR/RING電力設定部338は目標周波数設定部332が設定した目標周波数をもとに、DBRヒータ421およびRINGヒータ422のそれぞれに供給する電力を設定する。 Subsequently, in step S303, the DBR / RING power setting unit 338 sets the power to be supplied to each of the DBR heater 421 and the RING heater 422 based on the target frequency set by the target frequency setting unit 332.

つづいて、ステップS304において、電流取得部335は、現在のPhase電流値(設定値またはモニタ値)を取得する。 Subsequently, in step S304, the current acquisition unit 335 acquires the current Phase current value (set value or monitor value).

つづいて、ステップS305において、制御定数決定部336は、電流取得部335が取得した現在のPhase電流値をもとに、比例定数Kp%1を決定する。尚、Phase電流値を制御するために既に用いられている比例定数をKp%1として決定してもよい。このKp%1は、たとえばPhase電流が図7で示した範囲I1、I2、I3、I4のいずれの範囲に含まれるかに応じて、Kp1、Kp2、Kp3、Kp4のいずれかと等しくなるように決定される。 Subsequently, in step S305, the control constant determination unit 336 determines the proportionality constant Kp% 1 based on the current Phase current value acquired by the current acquisition unit 335. The proportionality constant already used for controlling the Phase current value may be determined as Kp% 1. This Kp% 1 is determined to be equal to any of Kp1, Kp2, Kp3, and Kp4, for example, depending on which of the ranges I1, I2, I3, and I4 shown in FIG. 7 includes the Phase current. Will be done.

つづいて、ステップS306において、目標PD比設定部333は、ステップS301において目標周波数設定部332が設定した目標周波数をもとに、目標周波数相当量である目標PD比を設定する。 Subsequently, in step S306, the target PD ratio setting unit 333 sets the target PD ratio, which is an amount equivalent to the target frequency, based on the target frequency set by the target frequency setting unit 332 in step S301.

つづいて、ステップS307において、PD比算出部331は、モニタPD比を算出して取得する。 Subsequently, in step S307, the PD ratio calculation unit 331 calculates and acquires the monitor PD ratio.

つづいて、ステップS308において、補償量決定部339は、目標PD比またはモニタPD比に応じて補償量αを設定する。 Subsequently, in step S308, the compensation amount determination unit 339 sets the compensation amount α according to the target PD ratio or the monitor PD ratio.

つづいて、ステップS309において、制御定数決定部336は、補償量αを用いてKp%1、Kp%2を補償する。 Subsequently, in step S309, the control constant determination unit 336 compensates for Kp% 1 and Kp% 2 using the compensation amount α.

つづいて、ステップS310において、差分取得部334は目標PD比とモニタPD比との差分(目標PD比−モニタPD比)を取得する。 Subsequently, in step S310, the difference acquisition unit 334 acquires the difference between the target PD ratio and the monitor PD ratio (target PD ratio-monitor PD ratio).

つづいて、ステップS311において、PID制御部337は、到達割合が50%未満であるか否かを判定する。50%未満であると判定した場合(ステップS311、Yes)、ステップS312において比例定数としてKp%1を設定する。50%以上であると判定した場合(ステップS311、No)、ステップS312において比例定数としてKp%2を設定する。 Subsequently, in step S311 the PID control unit 337 determines whether or not the arrival rate is less than 50%. If it is determined that it is less than 50% (step S311, Yes), Kp% 1 is set as the proportionality constant in step S312. When it is determined that it is 50% or more (step S311, No), Kp% 2 is set as the proportionality constant in step S312.

つづいて、ステップS314において、PID制御部337は、Kp%1またはK%2と、予め設定されていた積分定数Kiを用いて、差分の絶対値である|目標PD比−モニタPD比|が小さくなるように、Phase電流に関するPI制御を行う。 Subsequently, in step S314, the PID control unit 337 uses Kp% 1 or K% 2 and a preset integration constant Ki to set the absolute value of the difference | target PD ratio-monitor PD ratio | PI control regarding the Phase current is performed so as to be small.

つづいて、ステップS315において、PID制御部337は、|目標PD比−モニタPD比|が目標誤差内であるか否かを判定する。目標誤差内ではないと判定した場合(ステップS315、No)、制御はステップS307に戻る。目標誤差内であると判定した場合(ステップS315、Yes)、制御は終了する。 Subsequently, in step S315, the PID control unit 337 determines whether or not | target PD ratio-monitor PD ratio | is within the target error. If it is determined that the error is not within the target error (step S315, No), the control returns to step S307. When it is determined that the target error is within (step S315, Yes), the control ends.

(実施形態4)
つぎに、実施形態4に係るレーザ装置について説明する。実施形態4に係るレーザ装置は、実施形態3のレーザ装置の制御部3Bを制御部3Cに置き換えた構成を有する。以下では制御部3Cについて詳述する。
(Embodiment 4)
Next, the laser apparatus according to the fourth embodiment will be described. The laser apparatus according to the fourth embodiment has a configuration in which the control unit 3B of the laser apparatus according to the third embodiment is replaced with the control unit 3C. The control unit 3C will be described in detail below.

〔制御部の構成〕
図15は、実施形態4に係る制御部3Cの構成を示すブロック図である。制御部3Cは、たとえばユーザインターフェースを備えた上位の制御装置(図示略)と接続されており、当該上位の制御装置を介したユーザからの指示にしたがって、レーザ部2の動作を制御する。制御部3Cは、制御部3Bの演算部33Bを演算部33Cに置き換えた構成を有する。演算部33Bと演算部33Cとは同様の構成を有するが、実行する制御方法が互いに異なる。
[Structure of control unit]
FIG. 15 is a block diagram showing the configuration of the control unit 3C according to the fourth embodiment. The control unit 3C is connected to, for example, a higher-level control device (not shown) provided with a user interface, and controls the operation of the laser unit 2 according to an instruction from the user via the higher-level control device. The control unit 3C has a configuration in which the calculation unit 33B of the control unit 3B is replaced with the calculation unit 33C. The calculation unit 33B and the calculation unit 33C have the same configuration, but the control methods to be executed are different from each other.

実施形態2の説明で述べたように、レーザ光L1の周波数を制御する際に用いる設定値またはモニタ値であるPD比に対してレーザ光L1の周波数が非線形に変化し、目標PD比またはモニタPD比に応じて、対応する弁別カーブの傾きが異なる。 As described in the description of the second embodiment, the frequency of the laser beam L1 changes non-linearly with respect to the PD ratio which is the set value or the monitor value used when controlling the frequency of the laser beam L1, and the target PD ratio or the monitor. The slope of the corresponding discrimination curve differs depending on the PD ratio.

図16は、PD比の変化制御の開始の設定値と目標の設定値との間に傾きの変化の符号が変わる箇所が有る場合の一例の説明図である。図16では、横軸を周波数とする弁別カーブにおいて、現在のPD比の値である現在値を示す点P5から、目標PD比の値である点P6まで、中間値のPD比である点P7を経由して変化制御が行われる場合を示している。また、このように周波数を変化させる変化制御は、太矢印で示すように横軸を時間tとして表すと、点P5から点P6まで、点P7を経由して変化制御が行われる場合に対応する。 FIG. 16 is an explanatory diagram of an example in which the sign of the change in inclination changes between the set value for starting the change control of the PD ratio and the set value for the target. In FIG. 16, in the discrimination curve whose frequency is on the horizontal axis, from the point P5 showing the current value which is the current PD ratio value to the point P6 which is the target PD ratio value, the point P7 which is the median PD ratio. It shows the case where change control is performed via. Further, the change control for changing the frequency in this way corresponds to the case where the change control is performed from the point P5 to the point P6 via the point P7 when the horizontal axis is represented as the time t as shown by the thick arrow. ..

図16に示すように、点P5、P6での弁別カーブの傾きの絶対値は、点P7での弁別カーブの傾きの絶対値よりも小さい。このことは、第1設定値に相当する点P5から第2設定値に相当する点P6までPD比を変化させる間に、弁別カーブの傾きの変化の符号が変化することに相当する。図16に示す例では、点P5から周波数が高くなるにしたがって傾きは負値かつ絶対値が大きくなるように変化し、傾きの変化は負値であるが、点P7の付近から点P6までは、周波数が高くなるにしたがって傾きは負値かつ絶対値が小さくなるように変化し、傾きの変化は正値である。すなわち弁別カーブは点P5から点P6までの間に変曲点を有する。 As shown in FIG. 16, the absolute value of the slope of the discrimination curve at points P5 and P6 is smaller than the absolute value of the slope of the discrimination curve at point P7. This corresponds to a change in the sign of the change in the slope of the discrimination curve while changing the PD ratio from the point P5 corresponding to the first set value to the point P6 corresponding to the second set value. In the example shown in FIG. 16, the slope changes so as to have a negative value and an absolute value as the frequency increases from the point P5, and the change in the slope has a negative value, but from the vicinity of the point P7 to the point P6. As the frequency increases, the slope changes so that it has a negative value and an absolute value, and the change in slope is a positive value. That is, the discrimination curve has an inflection point between the points P5 and P6.

このように第1設定値から第2設定値に変化させる間に傾きの変化の符号が変化すると、以下の状況が生じる場合がある。すなわち、第1設定値および第2設定値では弁別カーブの傾きが比較的小さく、制御定数が比較的大きく設定される方がよい。しかしながら、変曲点の付近では弁別カーブの傾きが第1設定値および第2設定値における場合よりも大きく、制御定数が比較的小さく設定されることがよい。その結果、変曲点の付近において、第1設定値または第2設定値に対して適する制御定数をそのまま使用して制御すると、制御定数が適する値よりも大きくなり、オーバーシュートやアンダーシュートの発生などの、制御の不安定が生じる場合がある。 If the sign of the change in slope changes while changing from the first set value to the second set value in this way, the following situations may occur. That is, it is preferable that the slope of the discrimination curve is relatively small and the control constant is relatively large at the first set value and the second set value. However, it is preferable that the slope of the discrimination curve is larger in the vicinity of the inflection point than in the case of the first set value and the second set value, and the control constant is set relatively small. As a result, if control is performed using the control constant suitable for the first set value or the second set value as it is in the vicinity of the inflection point, the control constant becomes larger than the suitable value, and overshoot or undershoot occurs. Instability of control may occur.

そこで、本例方法では、変化制御において、第1設定値から第2設定値に変化させる間に、弁別カーブの傾きの変化の符号が変化する場合には、符号の変化する点を含む所定範囲において、所定範囲外における制御定数よりも小さい制御定数を設定する。所定範囲は、たとえば弁別カーブが正弦曲線であり、値が0から1まで変化するように規格化されている場合、たとえば0.4〜0.6の範囲である。変曲点は0.5であるので、0.4〜0.6は弁別カーブの振幅に対して変曲点から±10%の範囲である。 Therefore, in the method of this example, in the change control, when the sign of the change in the slope of the discrimination curve changes while changing from the first set value to the second set value, a predetermined range including the point where the sign changes. In, a control constant smaller than the control constant outside the predetermined range is set. The predetermined range is, for example, a range of 0.4 to 0.6 when the discrimination curve is a sinusoidal curve and the value is standardized to change from 0 to 1. Since the inflection point is 0.5, 0.4 to 0.6 is in the range of ± 10% from the inflection point with respect to the amplitude of the discrimination curve.

なお、所定範囲において、範囲外における制御定数よりも小さい制御定数を設定する場合には、所定範囲内と範囲外とで別個に設定された制御定数を用いてもよいし、同一の制御定数に対して補償量を適用したものを用いてもよい。 When setting a control constant smaller than the control constant outside the range in the predetermined range, the control constants set separately within the predetermined range and outside the range may be used, or the same control constant may be used. On the other hand, the one to which the compensation amount is applied may be used.

〔フローチャート〕
図17は、上述した制御部3Cによる、レーザ光L1の周波数または周波数相当量を第1設定値(現在の設定された周波数または現在のPD比)から第2設定値(目標周波数または目標PD比)に変化させる変化制御の制御方法を示すフローチャートである。
〔flowchart〕
FIG. 17 shows the frequency or frequency equivalent of the laser beam L1 by the control unit 3C described above from the first set value (current set frequency or current PD ratio) to the second set value (target frequency or target PD ratio). It is a flowchart which shows the control method of the change control which changes to).

はじめに、ステップS401において、目標周波数設定部332が、レーザ光L1の周波数の目標値として目標周波数を設定する。 First, in step S401, the target frequency setting unit 332 sets the target frequency as the target value of the frequency of the laser beam L1.

つづいて、ステップS402において、制御定数決定部336は、目標周波数設定部332が設定した目標周波数をもとに比例定数Kp%2を決定する。 Subsequently, in step S402, the control constant determination unit 336 determines the proportionality constant Kp% 2 based on the target frequency set by the target frequency setting unit 332.

つづいて、ステップS403において、DBR/RING電力設定部338は目標周波数設定部332が設定した目標周波数をもとに、DBRヒータ421およびRINGヒータ422のそれぞれに供給する電力を設定する。 Subsequently, in step S403, the DBR / RING power setting unit 338 sets the power to be supplied to each of the DBR heater 421 and the RING heater 422 based on the target frequency set by the target frequency setting unit 332.

つづいて、ステップS404において、電流取得部335は、現在のPhase電流値(設定値またはモニタ値)を取得する。 Subsequently, in step S404, the current acquisition unit 335 acquires the current Phase current value (set value or monitor value).

つづいて、ステップS405において、制御定数決定部336は、電流取得部335が取得した現在のPhase電流値をもとに、比例定数Kp%1とKp%3を決定する。尚、Phase電流値を制御するために既に用いられている比例定数をKp%1、Kp%3として決定してもよい。このKp%1は、たとえばPhase電流が図7で示した範囲I1、I2、I3、I4のいずれの範囲に含まれるかに応じて、Kp1、Kp2、Kp3、Kp4のいずれかと等しくなるように決定される。また、Kp%3については、目標周波数と現在のPhase電流値とに基づいて決定することができる。 Subsequently, in step S405, the control constant determination unit 336 determines the proportionality constants Kp% 1 and Kp% 3 based on the current Phase current value acquired by the current acquisition unit 335. The proportionality constants already used to control the Phase current value may be determined as Kp% 1 and Kp% 3. This Kp% 1 is determined to be equal to any of Kp1, Kp2, Kp3, and Kp4, for example, depending on which of the ranges I1, I2, I3, and I4 shown in FIG. 7 includes the Phase current. Will be done. Further, Kp% 3 can be determined based on the target frequency and the current Phase current value.

つづいて、ステップS406において、目標PD比設定部333は、ステップS301において目標周波数設定部332が設定した目標周波数をもとに、目標周波数相当量である目標PD比を設定する。 Subsequently, in step S406, the target PD ratio setting unit 333 sets the target PD ratio, which is an amount equivalent to the target frequency, based on the target frequency set by the target frequency setting unit 332 in step S301.

つづいて、ステップS407において、PD比算出部331は、モニタPD比を算出して取得する。 Subsequently, in step S407, the PD ratio calculation unit 331 calculates and acquires the monitor PD ratio.

つづいて、ステップS408において、補償量決定部339は、目標PD比またはモニタPD比に応じて補償量αを設定する。 Subsequently, in step S408, the compensation amount determination unit 339 sets the compensation amount α according to the target PD ratio or the monitor PD ratio.

つづいて、ステップS409において、制御定数決定部336は、補償量αを用いてKp%1、Kp%2、Kp%3を補償する。 Subsequently, in step S409, the control constant determination unit 336 compensates for Kp% 1, Kp% 2, and Kp% 3 using the compensation amount α.

つづいて、ステップS410において、差分取得部334は目標PD比とモニタPD比との差分(目標PD比−モニタPD比)を取得する。 Subsequently, in step S410, the difference acquisition unit 334 acquires the difference between the target PD ratio and the monitor PD ratio (target PD ratio-monitor PD ratio).

つづいて、ステップS411において、PID制御部337は、モニタPD比が0.4〜0.6の範囲内であるか否かを判定する。0.4〜0.6の範囲内であると判定した場合(ステップS411、Yes)、ステップS412において比例定数としてKp%3を設定する。0.4〜0.6の範囲外であると判定した場合(ステップS411、No)、フローはステップS413に進む。 Subsequently, in step S411, the PID control unit 337 determines whether or not the monitor PD ratio is within the range of 0.4 to 0.6. When it is determined that the range is in the range of 0.4 to 0.6 (step S411, Yes), Kp% 3 is set as the proportionality constant in step S412. If it is determined that the range is out of the range of 0.4 to 0.6 (step S411, No), the flow proceeds to step S413.

ステップS413において、PID制御部337は、到達割合が50%未満であるか否かを判定する。50%未満であると判定した場合(ステップS413、Yes)、ステップS414において比例定数としてKp%1を設定する。50%以上であると判定した場合(ステップS413、No)、ステップS415において比例定数としてKp%2を設定する。 In step S413, the PID control unit 337 determines whether or not the arrival rate is less than 50%. If it is determined that it is less than 50% (step S413, Yes), Kp% 1 is set as the proportionality constant in step S414. When it is determined that the content is 50% or more (step S413, No), Kp% 2 is set as the proportionality constant in step S415.

つづいて、ステップS416において、PID制御部337は、Kp%1、K%2またはKp%3と、予め設定されていた積分定数Kiを用いて、差分の絶対値である|目標PD比−モニタPD比|が小さくなるように、Phase電流に関するPI制御を行う。 Subsequently, in step S416, the PID control unit 337 is the absolute value of the difference using Kp% 1, K% 2 or Kp% 3 and the preset integration constant Ki | Target PD ratio-monitor. PI control related to the Phase current is performed so that the PD ratio | becomes small.

つづいて、ステップS417において、PID制御部337は、|目標PD比−モニタPD比|が目標誤差内であるか否かを判定する。目標誤差内ではないと判定した場合(ステップS417、No)、制御はステップS407に戻る。目標誤差内であると判定した場合(ステップS417、Yes)、制御は終了する。 Subsequently, in step S417, the PID control unit 337 determines whether or not | target PD ratio-monitor PD ratio | is within the target error. If it is determined that the error is not within the target error (step S417, No), the control returns to step S407. When it is determined that the target error is within (step S417, Yes), the control ends.

なお、上記のいずれの実施形態においても、変化制御の場合の制御定数の設定においては、経過時間および到達割合のいずれか一方または両方に応じて設定してもよい。また、変化制御の場合の制御定数の設定においては、経過時間および到達割合ではなく、現在の周波数と目標周波数とに基づいて、多段階に制御定数を設定してもよい。また、上記の実施形態ではフィードバック制御がPI制御であり、制御定数が比例定数である場合について説明したが、フィードバック制御がPID制御でもよいし、積分定数や微分定数に対して上記の制御定数の設定を適用してもよい。 In any of the above embodiments, in the setting of the control constant in the case of change control, it may be set according to either one or both of the elapsed time and the arrival rate. Further, in setting the control constant in the case of change control, the control constant may be set in multiple stages based on the current frequency and the target frequency instead of the elapsed time and the arrival rate. Further, in the above embodiment, the case where the feedback control is PI control and the control constant is a proportional constant has been described, but the feedback control may be PID control, and the above control constants are used with respect to the integral constant and the differential constant. The settings may be applied.

また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。 Moreover, the present invention is not limited by the above-described embodiment. The present invention also includes a configuration in which the above-mentioned components are appropriately combined. Further, further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Therefore, the broader aspect of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.

1 レーザ装置
2 レーザ部
3、3A、3B、3C 制御部
4 光源部
5 半導体光増幅器
6 平面光波回路
7 光検出部
8 温度センサ
9 温度調節器
10 モニタ部
33、33A、33B、33C 演算部
34 記憶部
35 電流源
41 レーザ本体部
42 変更部
43 第1の導波路部
44 第2の導波路部
44a 光導波層
45 n側電極
61 光分岐部
62、63 光導波路
63a 周波数フィルタ
91 設置面
331 PD比算出部
332 目標周波数設定部
333 目標PD比設定部
334 差分取得部
335 電流取得部
336 制御定数決定部
337 PID制御部
338 DBR/RING電力設定部
339 補償量決定部
421 DBRヒータ
422 RINGヒータ
423 Phaseヒータ
431 導波路部
431a 利得部
431b 回折格子層
432 半導体積層部
433 p側電極
441a 導波路
442、443 アーム部
444 リング状導波路
445 位相調整部
A、B 領域
Ar1 第1の領域
Ar2 第2の領域
B1 基部
C 光共振器
I1、I2、I3、I4 範囲
L1、L2、L3、L4、L5 レーザ光
M1 反射ミラー
RF1 リング共振器フィルタ
1 Laser device 2 Laser unit 3, 3A, 3B, 3C Control unit 4 Light source unit 5 Semiconductor optical amplifier 6 Plane light wave circuit 7 Light detection unit 8 Temperature sensor 9 Temperature controller 10 Monitor unit 33, 33A, 33B, 33C Calculation unit 34 Storage unit 35 Current source 41 Laser main unit 42 Change unit 43 First waveguide unit 44 Second waveguide unit 44a Optical waveguide layer 45 n-side electrode 61 Optical branching unit 62, 63 Optical waveguide 63a Frequency filter 91 Installation surface 331 PD ratio calculation unit 332 Target frequency setting unit 333 Target PD ratio setting unit 334 Difference acquisition unit 335 Current acquisition unit 336 Control constant determination unit 337 PID control unit 338 DBR / RING Power setting unit 339 Compensation amount determination unit 421 DBR heater 422 RING heater 423 Phase heater 431 Waveguide section 431a Gain section 431b Diffraction grating layer 432 Semiconductor lamination section 433 p-side electrode 441a waveguide section 442, 443 Arm section 444 Ring-shaped waveguide section 445 Phase adjustment section A, B Region Ar1 First region Ar2 First Region B1 Base C Optical Resonator I1, I2, I3, I4 Range L1, L2, L3, L4, L5 Laser Light M1 Reflection Mirror RF1 Ring Resonator Filter

Claims (9)

出力するレーザ光の周波数を可変とする光源部と、前記レーザ光の周波数に相当する周波数相当量に対応するモニタ値を取得するモニタ部と、を備えるレーザ部と、
設定値に応じて制御量を前記光源部に供給することによって前記レーザ光の周波数を制御する制御部と、
前記設定値または前記モニタ値に応じて、前記制御量を決定するための制御定数を複数記憶する記憶部と、
を備え、
前記レーザ部は、前記レーザ光の周波数を制御する際に用いる前記設定値または前記モニタ値に対して前記レーザ光の周波数が非線形に変化する特性を有し、
前記制御部は、
前記設定値または前記モニタ値に応じて、前記記憶部を参照して所定の制御定数を設定し、
前記設定値または前記モニタ値の変化に対する前記レーザ光の周波数または周波数相当量の変化の傾きに関して、前記設定値または前記モニタ値が取り得る互いに異なる範囲である第1範囲と第2範囲において、前記傾きの絶対値が小さい方の範囲における前記制御定数を、前記傾きの絶対値が大きい方の範囲における前記制御定数よりも大きく設定する
レーザ装置。
A laser unit including a light source unit that makes the frequency of the output laser light variable, and a monitor unit that acquires a monitor value corresponding to a frequency equivalent amount corresponding to the frequency of the laser light.
A control unit that controls the frequency of the laser beam by supplying a control amount to the light source unit according to a set value, and a control unit.
A storage unit that stores a plurality of control constants for determining the control amount according to the set value or the monitor value.
With
The laser unit has a characteristic that the frequency of the laser beam changes non-linearly with respect to the set value or the monitor value used when controlling the frequency of the laser beam.
The control unit
A predetermined control constant is set with reference to the storage unit according to the set value or the monitor value.
With respect to the slope of the change in the frequency or frequency equivalent of the laser beam with respect to the change in the set value or the monitor value, in the first range and the second range, which are different ranges that the set value or the monitor value can take. A laser device that sets the control constant in the range in which the absolute value of inclination is small to be larger than the control constant in the range in which the absolute value of inclination is large.
前記設定値または前記モニタ値は、前記光源部に供給される電流値である
請求項1に記載のレーザ装置。
The laser device according to claim 1, wherein the set value or the monitor value is a current value supplied to the light source unit.
前記モニタ部は、入力する光の周波数に対して透過率が周期的に変化する周波数フィルタと、前記レーザ光が前記周波数フィルタを透過した後のレーザ光の強度に対応する第2強度を検出する第2検出部とを備え、
前記設定値または前記モニタ値は、前記第2強度に相当する値を含む、
請求項1または2に記載のレーザ装置。
The monitor unit detects a frequency filter whose transmittance changes periodically with respect to the frequency of the input light and a second intensity corresponding to the intensity of the laser light after the laser light has passed through the frequency filter. Equipped with a second detection unit
The set value or the monitor value includes a value corresponding to the second intensity.
The laser apparatus according to claim 1 or 2.
前記モニタ部は、前記レーザ光の強度に対応するレーザ光の第1強度を検出する第1検出部と、を有し、
前記設定値または前記モニタ値は、前記第1強度に対する前記第2強度の比に相当する値である
請求項3に記載のレーザ装置。
The monitor unit includes a first detection unit that detects the first intensity of the laser light corresponding to the intensity of the laser light.
The laser device according to claim 3, wherein the set value or the monitor value is a value corresponding to the ratio of the second intensity to the first intensity.
前記制御部は、前記レーザ光の周波数または周波数相当量を第1設定値から第2設定値に変化させる変化制御を行う際に、前記変化制御の開始時刻からの経過時間、または前記第1設定値から前記第2設定値までの到達割合に応じて前記制御定数を設定する
請求項1〜4のいずれか一つに記載のレーザ装置。
When the control unit performs change control for changing the frequency or frequency equivalent of the laser beam from the first set value to the second set value, the elapsed time from the start time of the change control or the first setting The laser device according to any one of claims 1 to 4, wherein the control constant is set according to the arrival rate from the value to the second set value.
前記制御部は、前記レーザ光の周波数または周波数相当量を第1設定値から第2設定値に変化させる変化制御を行う際に、前記第1設定値から前記第2設定値に変化させる間に前記傾きの変化の符号が変化する場合には、前記符号の変化する点を含む所定範囲において、前記所定範囲の範囲外における前記制御定数よりも小さい前記制御定数を設定する
請求項1〜5のいずれか一つに記載のレーザ装置。
When the control unit performs change control for changing the frequency or frequency equivalent of the laser beam from the first set value to the second set value, while changing from the first set value to the second set value. In claims 1 to 5, when the sign of the change in inclination changes, the control constant smaller than the control constant outside the range of the predetermined range is set in the predetermined range including the point where the sign changes. The laser apparatus according to any one.
前記制御定数は、比例制御における比例定数である
請求項1〜6のいずれか一つに記載のレーザ装置。
The laser device according to any one of claims 1 to 6, wherein the control constant is a proportional constant in proportional control.
前記光源部は、バーニア効果を利用して前記レーザ光の周波数が可変とされている
請求項1〜7のいずれか一つに記載のレーザ装置。
The laser device according to any one of claims 1 to 7, wherein the light source unit has a variable frequency of the laser beam by utilizing the vernier effect.
出力するレーザ光の周波数を可変とする光源部と、前記レーザ光の周波数に相当する周波数相当量に対応するモニタ値を取得するためのモニタ部と、を有するレーザ部を備えるレーザ装置の制御方法であって、
設定値に応じて制御量を前記レーザ部に供給することによって前記レーザ光の周波数を制御する制御ステップを含み、
前記光源部は、前記レーザ光の周波数を制御する際に用いる前記設定値または前記モニタ値に対して前記レーザ光の周波数が非線形に変化する特性を有し、
前記制御ステップは、
前記設定値または前記モニタ値に応じて、前記制御量を決定するための制御定数を複数記憶する記憶部を参照して所定の制御定数を設定する設定ステップを含み、
前記設定ステップにおいて、前記設定値または前記モニタ値の変化に対する前記レーザ光の周波数または周波数相当量の変化の傾きに関して、前記設定値または前記モニタ値が取り得る互いに異なる範囲である第1範囲と第2範囲において、前記傾きの絶対値が小さい方の範囲における前記制御定数を、前記傾きの絶対値が大きい方の範囲における前記制御定数よりも大きく設定する
レーザ装置の制御方法。
A control method of a laser device including a light source unit for varying the frequency of the output laser light and a monitor unit for acquiring a monitor value corresponding to a frequency equivalent amount corresponding to the frequency of the laser light. And
A control step of controlling the frequency of the laser beam by supplying a control amount to the laser unit according to a set value is included.
The light source unit has a characteristic that the frequency of the laser beam changes non-linearly with respect to the set value or the monitor value used when controlling the frequency of the laser beam.
The control step
A setting step of setting a predetermined control constant by referring to a storage unit that stores a plurality of control constants for determining the control amount according to the set value or the monitor value is included.
In the setting step, the first range and the first range, which are different ranges that the set value or the monitor value can take, with respect to the slope of the change in the frequency or frequency equivalent of the laser beam with respect to the change in the set value or the monitor value. A control method for a laser device in which the control constant in the range in which the absolute value of the inclination is smaller in the two ranges is set larger than the control constant in the range in which the absolute value of the inclination is larger.
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