JP2022123791A - レーザ装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ発振周波数を調整する際に、単調かつ安定的に変化させ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。【解決手段】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、記憶部と演算部とを有し、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部と、を備え、前記制御部は、前記レーザ光の目標周波数を第１目標周波数から第２目標周波数に変更する場合は、前記光源部の動作状態に関するパラメータであって前記レーザ光の周波数と対応関係を有する状態パラメータとして、現在の周波数に対応する現在状態パラメータを取得し、前記第２目標周波数と前記対応関係とに基づいて、前記第２目標周波数に対応する第２状態パラメータを設定する。【選択図】図８

Description

本発明は、レーザ装置およびその制御方法に関する。

出力するレーザ光の周波数（レーザ発振周波数とも呼ばれる）を可変とするレーザ装置において、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透過特性を有する２以上の周波数フィルタを用いて、レーザ発振周波数を制御する技術が開示されている（特許文献１）。この２以上の周波数フィルタは、互いに位相がずれるように設計されている。この制御では、レーザ光の制御目標の周波数において、周波数の変化に対する透過率の変化が大きい方の周波数フィルタの透過光が制御に使用され、制御目標の周波数に応じて使用する周波数フィルタが切り替えられる。このような制御は、レーザ光の周波数を目標の周波数に制御するために使用されており、周波数ロック制御または波長ロック制御とも呼ばれる。

一方、レーザ装置において、レーザ発振周波数を調整する技術が開示されている（特許文献２、３）。レーザ発振周波数を微調整する技術は、ＦＴＦ（Fine Tuning Frequency）と呼ばれる場合がある。

特開２０１９－１４０３０４号公報 特許第６２４１９３１号公報 特許第６３８２５０６号公報

特にレーザ光を出力させた状態でレーザ発振周波数を微調整する場合には、レーザ発振周波数が単調かつ安定的に変化することが望ましく、不連続に変化したり、不安定に変化したりすることは好ましくない。

しかしながら、２以上の周波数フィルタを用いてレーザ発振周波数を制御する技術を用いて、レーザ発振周波数を微調整する場合には、以下の問題が生じる場合がある。たとえば、環境温度の変化などに応じて、２以上の周波数フィルタの透過スペクトルが周波数軸方向にシフトする場合がある。この場合、２以上の周波数フィルタのシフトの向きやシフトの量が互いに異なると、特に使用する周波数フィルタが切り替わる周波数領域でレーザ発振周波数を微調整する場合に、レーザ発振周波数が不連続に変化したり、不安定に変化したりしてしまうおそれがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、レーザ発振周波数を調整する際に、単調かつ安定的に変化させ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。

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、記憶部と演算部とを有し、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部と、を備え、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透過特性を有し、かつ位相が相対的にずれている第１周波数フィルタおよび第２周波数フィルタと、前記レーザ光が前記第１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１強度を検出する第１検出部と、前記レーザ光が前記第２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、を少なくとも備え、前記制御部は、前記レーザ光の周波数の制御目標となる目標周波数を取得し、前記レーザ光の強度に対する前記第１強度の比に相当する第１比と、前記レーザ光の強度に対する前記第２強度の比に相当する第２比と、を取得し、前記第１比および前記第２比の少なくとも一つを含みかつ前記レーザ光の周波数に相当する複数の周波数パラメータのうち、前記レーザ光の現在の周波数に応じて周波数パラメータを選択し、当該選択した周波数パラメータに基づいて、前記レーザ光の現在の周波数に対応するモニタ値を取得し、前記複数の周波数パラメータのうち、前記目標周波数に応じて周波数パラメータを選択し、当該選択した周波数パラメータに基づいて、前記目標周波数に対応する目標値を取得し、前記目標値と前記モニタ値との差の絶対値が小さくなるように前記制御量を制御するフィードバック制御を実行可能に構成されており、かつ、前記制御部は、前記レーザ光の目標周波数を第１目標周波数から第２目標周波数に変更する場合は、前記光源部の動作状態に関するパラメータであって前記レーザ光の周波数と対応関係を有する状態パラメータとして、現在の周波数に対応する現在状態パラメータを取得し、前記第２目標周波数と前記対応関係とに基づいて、前記第２目標周波数に対応する第２状態パラメータを設定する、レーザ装置である。

前記状態パラメータは前記制御量であるものでもよい。

前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記対応関係に基づいて、前記現在の周波数から前記第２目標周波数までの間の複数の離散的な中間周波数に対応する複数の中間制御量を順次取るように前記制御量を制御して、前記レーザ光の周波数を前記現在の周波数から前記第２目標周波数に向かって単調に変化させるものでもよい。

前記制御部は、前記制御量が前記第２状態パラメータである制御量から所定の範囲内に到達したと判定したときは、前記モニタ値を取得し、取得した前記モニタ値を前記目標値に設定して、前記フィードバック制御を実行するものでもよい。

前記状態パラメータは前記周波数パラメータであるものでもよい。

前記制御部は、前記フィードバック制御を停止し、前記記憶部に記憶された前記対応関係に基づいて、前記周波数パラメータが、前記現在の周波数から前記第２目標周波数までの間の複数の離散的な中間周波数に対応する複数の中間周波数パラメータを順次取るように前記制御量を制御して、前記レーザ光の周波数を前記現在の周波数から前記第２目標周波数に単調に変化させ、前記周波数パラメータが前記第２状態パラメータである周波数パラメータから所定範囲内に到達したと判定したときは、前記フィードバック制御を実行するものでもよい。

前記制御部は、前記レーザ光の現在の周波数に対応する現在の前記目標値に対して所定の値を加算または減算して、新しい前記目標値を生成し、前記目標値と前記モニタ値との差の絶対値が小さくなるように前記制御量を制御するフィードバック制御を実行し、前記所定の値は、前記現在の周波数から前記第２目標周波数までの間の複数の離散的な中間周波数に対応する複数の前記目標値を順次取るよう設定されるものでもよい。

前記周波数パラメータは前記第１比、前記第２比、または前記第１比と前記第２比とを演算して得られる値であるものでもよい。

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を備えるレーザ装置の制御方法であって、前記レーザ光の目標周波数を第１目標周波数から第２目標周波数に変更する場合は、制御部が、前記光源部の動作状態に関するパラメータであって前記レーザ光の周波数と対応関係を有する状態パラメータとして、現在の周波数に対応する現在状態パラメータを取得し、前記第２目標周波数と前記対応関係とに基づいて、前記第２目標周波数に対応する第２状態パラメータを設定するレーザ装置の制御方法である。

前記制御部は、前記状態パラメータが前記第２状態パラメータから所定の範囲内に到達したと判定したときは、前記レーザ光の周波数の制御目標となる目標周波数に対応する目標値と、前記レーザ光の現在の周波数に対応するモニタ値との差の絶対値が小さくなるようにフィードバック制御を実行するものでもよい。

本発明によれば、レーザ発振周波数を調整する際に、単調かつ安定的に変化させることができるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係るレーザ装置の構成を示す図である。 図２は、レーザ発振周波数の調整の説明図である。 図３は、ＤＢＲ電力、ＲＩＮＧ電力、レーザ発振周波数の関係の一例を示す図である。 図４は、２つのリング共振器光フィルタによる周波数モニタの説明図である。 図５は、弁別カーブの周波数特性の変化により発生する問題の一例の説明図である。 図６は、レーザ発振周波数の調整量の設定に対する、実際のレーザ発振周波数の変化量の関係の一例を示す図である。 図７は、状態パラメータがＰｈａｓｅ電力である場合において、Ｐｈａｓｅ電力とレーザ光の周波数との対応関係の一例を示す図である。 図８は、制御部が実行する制御の一例を説明するフロー図である。 図９は、ヒータ電力の制御の一例を示す図である。 図１０は、制御部が実行する制御の他の第１例を説明するフロー図である。 図１１は、制御部が実行する制御の他の第２例を説明するフロー図である。

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。

図１は、実施形態に係るレーザ装置の構成図である。このレーザ装置１００は、波長可変レーザ装置であって、レーザ部１０と、制御部２０と、を備えている。

レーザ部１０は、熱電素子であるペルチェ素子１１の上に、波長可変レーザ素子１２と、半導体光増幅器１３と、平面光波回路（ＰＬＣ）１４と、光検出部１５と、温度センサ１６とが搭載された構成を有する。波長可変レーザ素子１２は、出力するレーザ光の周波数を可変とする光源部の一例である。平面光波回路１４と光検出部１５とは、波長可変レーザ素子１２が出力するレーザ光の周波数に相当するモニタ値を取得するモニタ部１７を構成している。

波長可変レーザ素子１２は、たとえば特許文献１に開示されるバーニア型の波長可変レーザ素子である。波長可変レーザ素子１２は、基板１２１上に、第１反射ミラー１２２と、利得部１２３と、第２反射ミラー１２４とが集積された構成を有する。第１反射ミラー１２２は、反射スペクトルが周波数に対して周期的にピークを有するリング共振器ミラーである。第１反射ミラー１２２は、リング共振器と、リング共振器と光学的に結合する２つのアームを有する分岐部とを備えている。第２反射ミラー１２４は、反射スペクトルが周波数に対して、第２反射ミラー１２４とは異なる周期で周期的にピークを有する標本化回折格子（Sampled Grating）を備える分布ブラッグ反射（ＤＢＲ）ミラーである。第１反射ミラー１２２、第２反射ミラー１２４によってレーザ共振器Ｒが構成される。なお、第１反射ミラー１２２および第２反射ミラー１２４の反射ピークは、周波数に対して周期的であるが、波長に対しても略周期的であるので、本明細書では、波長に対して周期的にピークを有すると記載する場合もある。利得部１２３は、レーザ共振器Ｒ内に配置されており、駆動電力を供給されることによって光利得を発生する。

第１反射ミラー１２２のリング共振器上には、リング状の第１反射ミラー用ヒータ１２５が設けられている。第１反射ミラー用ヒータ１２５は、制御部２０から駆動電力を供給されることによって第１反射ミラー１２２のリング共振器を加熱する。この加熱によって第１反射ミラー１２２の反射スペクトルが制御される。第１反射ミラー１２２の一方のアーム上には、位相調整用ヒータ１２６が設けられている。位相調整用ヒータ１２６は、制御部２０から駆動電力を供給されることによってアームを加熱する。この加熱によってレーザ共振器Ｒの共振器長が調整される。共振器長を調整することによってレーザ共振器Ｒの縦モード（共振器モード）の周波数を制御できる。第２反射ミラー１２４上には、第２反射ミラー用ヒータ１２７が設けられている。第２反射ミラー用ヒータ１２７は、制御部２０から駆動電力を供給されることによって第２反射ミラー１２４を加熱する。この加熱によって第２反射ミラー１２４の反射スペクトルが制御される。

波長可変レーザ素子１２は、第１反射ミラー用ヒータ１２５、位相調整用ヒータ１２６、第２反射ミラー用ヒータ１２７のそれぞれに供給される駆動電力が調整されることによって、第１反射ミラー１２２の反射ピークとレーザ共振器Ｒの共振器モードと第２反射ミラー１２４の反射ピークとが一致した波長でレーザ発振し、ＣＷ（連続波）光であるレーザ光Ｌ０を出力する。

半導体光増幅器１３は、制御部２０から駆動電力を供給されることによってレーザ光Ｌ０を光増幅してレーザ光Ｌ１として出力する。

モニタ部１７は、波長可変レーザ素子１２のレーザ発振周波数（レーザ光Ｌ０の周波数）をモニタする。

平面光波回路１４は、空間結合光学系（図示略）により第１反射ミラー１２２の一方のアームに光学的に結合している。そして、レーザ光Ｌ０と同様に波長可変レーザ素子１２におけるレーザ発振により発生したレーザ光Ｌ２は、アームから平面光波回路１４に入力される。なお、レーザ光Ｌ２は、レーザ光Ｌ０の周波数と同一の周波数を有し、レーザ光Ｌ０のパワーに比例したパワーを有する。この平面光波回路１４は、光分岐部１４１と、光導波路１４２と、リング共振器光フィルタ１４３ａを有する光導波路１４３と、リング共振器光フィルタ１４４ａを有する光導波路１４４とを備える。

光分岐部１４１は、入力したレーザ光Ｌ２を３つのレーザ光Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５に分岐する。そして、光導波路１４２は、レーザ光Ｌ３を光検出部１５に導波する。また、光導波路１４３は、レーザ光Ｌ４を光検出部１５に導波する。さらに、光導波路１４４は、レーザ光Ｌ５を光検出部１５に導波する。

ここで、光導波路１４３、１４４が備えるリング共振器光フィルタ１４３ａ、１４４ａ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透過特性を有し、かつ位相が相対的にずれているその結果、光導波路１４３、１４４は、周波数に応じた透過率でレーザ光Ｌ４、Ｌ５をそれぞれ透過する。一方、レーザ光Ｌ３は、周波数に略依存しない透過率を有する光導波路１４２を透過するので、周波数に依存する損失を略受けないで光検出部１５に到達する。

たとえば、リング共振器光フィルタ１４３ａ、１４４ａは、周期は同じであるが、１周期の１／３～１／５の範囲で互いに位相が異なる透過特性を有する。リング共振器光フィルタ１４３ａ、１４４ａは、それぞれ、第１周波数フィルタ、第２周波数フィルタの一例である。

光検出部１５は、ＰＤ（Photo Diode）１５１、１５２、１５３を備える。第１検出部としてのＰＤ１５２は、リング共振器光フィルタ１４３ａを含む光導波路１４３を透過したレーザ光Ｌ４を受光し、受光強度に応じた第１電流信号を出力する。第１電流信号は、レーザ光Ｌ０がリング共振器光フィルタ１４３ａを透過した後のレーザ光Ｌ０の強度に対応する第１強度に応じた大きさの電流信号である。第２検出部としてのＰＤ１５３は、リング共振器光フィルタ１４４ａを含む光導波路１４４を透過したレーザ光Ｌ５を受光し、受光強度に応じた第２電流信号を出力する。第２電流信号は、レーザ光Ｌ０がリング共振器光フィルタ１４４ａを透過した後のレーザ光Ｌ０の強度に対応する第２強度に応じた大きさの電流信号である。第３光検出部としてのＰＤ１５１は、光導波路１４２を透過したレーザ光Ｌ３を受光し、受光強度に応じた第３電流信号を出力する。第３電流信号は、レーザ光Ｌ０が光導波路１４２を透過した後のレーザ光Ｌ０の強度に対応する第３強度に応じた大きさの電流信号である。

温度センサ１６は、たとえばサーミスタで構成されている。温度センサ１６は、波長可変レーザ素子１２の温度を検出する。温度センサ１６は、検出した温度の情報を含む検出信号を出力する。

ペルチェ素子１１は、波長可変レーザ素子１２を搭載しており、波長可変レーザ素子１２の温度を調整することができる。

つぎに、制御部２０について説明する。制御部２０は、利得部１２３、第１反射ミラー用ヒータ１２５、位相調整用ヒータ１２６、第２反射ミラー用ヒータ１２７、半導体光増幅器１３、ペルチェ素子１１に供給する電力を制御する。

制御部２０は、演算部２１と、記憶部２２と、入力部２３と、出力部２４と、電力供給部２５と、を少なくとも備えている。演算部２１は、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのプロセッサを含んでおり、制御のための各種演算処理を行う。記憶部２２は、演算部２１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ＲＯＭなどの記憶部と、演算部２１が演算処理を行う際の作業スペースや演算部２１の演算処理の結果等を記憶する等のために使用されるＲＡＭなどの記憶部とを備えている。記憶部２２は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）などの補助記憶装置を備えていてもよい。

入力部２３は、オペレータやレーザ装置１００の上位装置などからの指示信号や、光検出部１５からの第１～第３電流信号や、温度センサ１６からの検出信号の入力を受け付ける。受け付けた信号に含まれる情報は記憶部２２に記憶される。入力部２３はたとえばアナログ－デジタルコンバータ（ＡＤＣ）を備えている。出力部２４は、演算部２１が演算処理により生成した指示信号を受け付け、適当な指示信号に変換して電力供給部２５に出力する。出力部２４は、たとえばデジタル－アナログコンバータ（ＤＡＣ）を備えている。電力供給部２５は、指示信号に基づいて駆動電力を供給するものであり、たとえばＤＣ電源を備えている。

制御部２０は、波長可変レーザ素子１２のレーザ発振周波数をフィードバック制御可能に構成されている。本実施形態では、制御部２０は、以下のフィードバック制御を行う。

制御部２０は、光検出部１５からの第１電流信号の第３電流信号に対する比（以下、適宜第１ＰＤ比と記載する場合がある）を演算により取得する。当該第１ＰＤ比は、レーザ光Ｌ０の強度に対する第１強度の比に相当する第１比の例である。また、制御部２０は、光検出部１５からの第２電流信号の第３電流信号に対する比（以下、適宜第２ＰＤ比と記載する場合がある）を演算により取得する。当該第２ＰＤ比は、レーザ光Ｌ０の強度に対する第２強度の比に相当する第２比の例である。また、第１ＰＤ比、第２ＰＤ比は、第１比および第２比の少なくとも一つを含み、かつレーザ光Ｌ０の周波数に相当する周波数パラメータの一例である。制御部２０は、第１ＰＤ比または第２ＰＤ比とレーザ発振周波数との対応関係に基づいて、レーザ光Ｌ０の現在の周波数に対応するモニタ値を取得する。このとき、第１ＰＤ比、第２ＰＤ比のうち、レーザ光Ｌ０の現在の周波数に応じていずれかのＰＤ比を選択し、当該選択したＰＤ比に基づいてモニタ値を取得する。レーザ光Ｌ０の周波数と選択すべきＰＤ比との対応関係は実験等によって事前に求められ、記憶部２２にたとえばテーブルデータとして記憶されている。

また、制御部２０は、オペレータや上位装置などからの指示信号を受け付け、レーザ光Ｌ０の周波数の制御目標となる目標周波数を取得する。そして、第１ＰＤ比、第２ＰＤ比のうち、目標周波数に応じてＰＤ比を選択し、当該選択したＰＤ比に基づいて、目標周波数に対応するＰＤ比の目標値をたとえば記憶部２２に記憶されたテーブルデータなどから取得する。そして、制御部２０は、目標値とモニタ値との差の絶対値が小さくなる、たとえば設定された制御誤差以下になるように位相調整用ヒータ１２６への駆動電力を制御する。これによって波長可変レーザ素子１２のレーザ発振周波数をフィードバック制御できる。このような制御は、レーザ光Ｌ０の周波数を目標周波数にロックするための制御であり、周波数ロック制御または波長ロック制御と呼ばれる。

（レーザ発振周波数の調整）
ここで、レーザ発振周波数の調整について具体的に説明する。図２は、レーザ発振周波数の調整の説明図である。上段は、第２反射ミラー１２４（ＤＢＲ）の反射スペクトルを示し、中段は、第１反射ミラー１２２（ＲＩＮＧ）の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。

供給する駆動電力を調整して第２反射ミラー用ヒータ１２７（ＤＢＲヒータ）を制御すると、その反射スペクトルは実線で示す形状から太矢線で示すように破線で示す形状に周波数軸上でシフトする。同様に、第１反射ミラー用ヒータ１２５（ＲＩＮＧヒータ）を制御すると、その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、位相調整用ヒータ１２６（Ｐｈａｓｅヒータ）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。

実線に示す状態では、第１反射ミラー１２２の反射ピークとレーザ共振器Ｒの共振器モードと第２反射ミラー１２４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は、ＤＢＲヒータおよびＲＩＮＧヒータは、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。Ｐｈａｓｅヒータは、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、第１反射ミラー１２２の反射ピークとレーザ共振器Ｒの共振器モードと第２反射ミラー１２４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、レーザ発振周波数を周波数ｆ２に調整できる。各ヒータの制御の際に駆動電力を細かく調整することで、共振器モードと２つの反射ピークとの一致を維持したままレーザ発振周波数を微調整できる。なお、各ヒータへ供給する駆動電力は制御量の一例である。すなわち、制御部２０は、制御量である駆動電力をレーザ部１０に供給することによってレーザ光Ｌ０の周波数を制御する。なお、制御量は、駆動電力を設定するために制御される駆動電流値でもよい。

レーザ発振周波数と各ヒータへの駆動電力の関係の一例について説明する。図３は、ＤＢＲ電力、ＲＩＮＧ電力、レーザ発振周波数の関係の一例を示す図である。ＤＢＲ電力はＤＢＲヒータに供給される駆動電力である。ＲＩＮＧ電力はＲＩＮＧヒータに供給される駆動電力である。図３において、ｆａ１、ｆａ２、・・・、ｆａｋ、・・・、ｆｂ１、ｆｂ２、・・・、ｆｂｋ、・・・、ｆｎ１、ｆｎ２、・・・、ｆｎｋ、・・・は、特定のＲＩＮＧ電力とＤＢＲ電力との組み合わせによって得られるレーザ発振周波数を示しており、互いに異なる周波数である。また、たとえばｆａ１、ｆａ２、・・・、ｆａｋ、・・・は互いに近接する周波数である。なお、近接する周波数とは、ｆＡＢ（Ａ＝ａ，ｂ，ｃ・・・ｎ、Ｂ＝１，２，３・・・ｋ）とｆＡ（Ｂ±１）との波長の差が、ｆＡＢとｆＡ‘Ｂ（Ａ’≠Ａ）との波長差より小さくなっていることを示している。同様に、ｆｂ１、ｆｂ２、・・・、ｆｂｋ、・・・も互いに近接する周波数であり、ｆｎ１、ｆｎ２、・・・、ｆｎｋ、・・・も互いに近接する周波数である。したがって、ＦＴＦを行う等レーザ発振周波数を連続的に変化させたい場合は、たとえばｆａ１、ｆａ２、・・・、ｆａｋ、・・・を結んでいる傾斜した破線に沿うように、ＲＩＮＧ電力とＤＢＲ電力との組み合わせを変化させ、かつＰｈａｓｅヒータに対する電流もそれに応じて変化させればよい。

ここで、本実施形態のように、２つのリング共振器フィルタによる周波数モニタを行う場合について、図４を参照して説明する。図４はＰＤ比の特性を示している。横軸は光の周波数である。

カーブＣ１は光導波路１４３のリング共振器光フィルタ１４３ａによる特性であり、ＰＤ１５２が出力する第１電流信号の第３電流信号に対する第１ＰＤ比を示している。また、カーブＣ２は光導波路１４４のリング共振器光フィルタ１４４ａによる特性であり、ＰＤ１５３が出力する第２電流信号の第３電流信号に対する第２ＰＤ比を示している。図４では２つのカーブＣ１、Ｃ２ともおよそ１／２周期分のみ図示しているが、実際にはカーブＣ１、Ｃ２は周波数軸方向において周期的な複数のカーブで構成されている。

２つのＰＤ比のカーブＣ１、Ｃ２（弁別カーブとも呼ばれる）のうち、レーザ発振周波数の変化に対して変化が大きい、すなわちカーブの傾きが大きい方が、周波数モニタの精度が高い。したがって、レーザ発振周波数に応じて傾きの大きい弁別カーブが選択され、使用される。どちらの弁別カーブを使用するかは、第１ＰＤ比、第２ＰＤ比のうち、レーザ光Ｌ０の現在の周波数または目標周波数に応じていずれかのＰＤ比を選択し、当該選択したＰＤ比に基づいてモニタ値または目標値を取得することに相当する。図４に示す太線は具体的に周波数の制御ポイント（ロックポイント）の範囲を示しており、周波数に応じて傾きが大きい方のカーブが選択され、選択されたカーブの太線上にロックポイントが設定される。たとえば、図４の場合、カーブＣ１、Ｃ２が交差する点Ｐの周波数はｆ１２である。そこで、たとえば、レーザ光Ｌ０の周波数がｆ１１以上ｆ１２未満に対応するＰＤ比であれば、カーブＣ２が選択され、ｆ１２以上ｆ１３未満に対応するＰＤ比であれば、カーブＣ１が選択される。

そして、たとえば、レーザ光Ｌ０の目標周波数がｆ１４からｆ１５に変更される場合には、周波数ロックのために周波数モニタに使用される弁別カーブは、周波数ｆ１２に対応するＰＤ比においてカーブＣ２からカーブＣ１に切り替えられる。ｆ１４は第１目標周波数の一例であり、ｆ１５は第２目標周波数の一例である。

レーザ光Ｌ０の目標周波数を現在の第１目標周波数から第２目標周波数（ターゲット周波数とも呼ばれる）に変更する際に、このような弁別カーブを用いてフィードバック制御を用いる場合、第２目標周波数まで一気にフィードバック制御を行うと、レーザ発振周波数が瞬間的に変化したり、不安定に変化したりする場合がある。また、波長可変レーザ素子の発振周波数を本実施形態のようにバーニア制御を用いて制御する場合や、第１目標周波数から第２目標周波数まで周波数を調整する際に使用する弁別カーブを途中で切り替える場合に、レーザ発振周波数が不安定に変化するおそれがある。さらに、ＦＴＦによりレーザ発振周波数が微小に変化するように制御した場合には、このようなレーザ発振周波数が不安定に変化する状態でレーザ光を発振してしまうおそれがある。

これに対して、制御部２０は、現在の周波数（第１目標周波数に近く、たとえば第１目標周波数と等しい）から第２目標周波数までの間で離散的に設けられた中間周波数に対応する複数の中間制御量（電力値）を記憶部２２に記憶している。そして、レーザ発振周波数を第２目標周波数に変更する指令を受けると、これらの中間周波数に対応する複数の中間制御量を順次取るように各ヒータを制御し、レーザ発振周波数を単調変化させる。このように、現在の周波数から第２目標周波数までの間に離散的な中間周波数を設定し、これらの中間周波数に対応する中間制御量を設定して、中間制御量を順次取るようにすることで、レーザ発振周波数を調整する際に、単調かつ安定的に変化させることができる。

ところで、弁別カーブの透過特性は、たとえばモニタ部１７の環境温度の変化などによって変化する場合がある。弁別カーブの周波数特性の変化は、たとえば透過スペクトルの周波数軸方向へのシフトとして現れる。このとき、弁別カーブのシフトの向きやシフトの量が互いに異なると、弁別カーブを途中で切り替える場合に、以下のような問題が生じるおそれがある。

図５は、弁別カーブの周波数特性の変化により発生する問題の一例の説明図である。図４に示す場合が、モニタ部１７が第１状態である場合とすると、カーブＣ１、Ｃ２が、モニタ部１７の第１状態から第２状態への変化によって周波数軸方向へ互いに異なる向きにシフトし、それぞれカーブＣ１ａ、Ｃ２ａになったとする。この場合、カーブＣ２からカーブＣ１に切り替えられるべきＰＤ比のカーブＣ１ａ、Ｃ２ａ上の点も、交差点である点Ｐから、互いに異なる周波数である点Ｐ１、Ｐ２になる。

図６は、このような第２状態においても第１状態の場合と同じ制御を行った場合の、レーザ発振周波数の調整量の設定に対する、実際のレーザ発振周波数の変化量の関係の一例を示す図である。図６の横軸に示すように、制御上、レーザ発振周波数が滑らかに変化するように設定し、制御しても、実際には縦軸に示すようにレーザ発振周波数が急に不連続に変化してしまい、好ましくない。

これに対して、制御部２０は、レーザ光Ｌ０の目標周波数を第１目標周波数から第２目標周波数に変更する場合において、弁別カーブを途中で切り替える場合、すなわち、第１ＰＤ比、第２ＰＤ比のうち選択するＰＤ比（周波数パラメータ）を切り替える場合、一例として以下の制御ステップを行う。

当該制御ステップにおいては、制御部２０は、波長可変レーザ素子１２の動作状態に関するパラメータであってレーザ光Ｌ０の周波数と対応関係（第１対応関係）を有する状態パラメータとして、現在の周波数に対応する現在状態パラメータを取得し、第２目標周波数と第１対応関係とに基づいて、第２目標周波数に対応する第２状態パラメータを設定する設定ステップを行う。なお、現在の周波数は、第１目標周波数に近く、たとえば第１目標周波数と等しい。現在の周波数が第１目標周波数と等しい場合は、第１状態パラメータと記載する場合がある。

設定ステップにつづいて、制御部２０は、前記対応関係に基づいて、現在の周波数から第２目標周波数までの間の複数の離散的な中間周波数に対応する複数の中間制御量を順次取るように制御量を制御する変更制御ステップを実行して、レーザ光Ｌ０の周波数を現在の周波数から第２目標周波数に向かって単調に変化させる。

以下、状態パラメータが、制御量の一例であるＰｈａｓｅ電力である場合を例に説明する。Ｐｈａｓｅ電力はＰｈａｓｅヒータに供給される駆動電力である。

図７は、状態パラメータがＰｈａｓｅ電力である場合において、Ｐｈａｓｅ電力とレーザ光Ｌ０の周波数との対応関係の一例を示す図である。Ｐｈａｓｅ電力はＰｈａｓｅヒータに供給される駆動電力である。このような対応関係は、通常、連続的なデータであるか、または離散的なデータであっても内挿または外挿により滑らかな補完が可能である。このような対応関係のデータは、たとえば、記憶部２２にテーブルデータや関数データとして記憶されている。

設定ステップでは、制御部２０は、対応関係データを記憶部２２から読み出し、現在の周波数に対応する現在のＰｈａｓｅ電力を取得し、第２目標周波数と対応関係データとに基づいて、第２目標周波数に対応する第２Ｐｈａｓｅ電力を設定する。現在の周波数が第１目標周波数と等しい場合は、現在のＰｈａｓｅ電力を第１Ｐｈａｓｅ電力と記載する場合がある。

つづいて、制御部２０は、対応関係データに基づいて、現在の周波数から第２目標周波数までの間の複数の離散的な中間周波数に対応する複数の中間制御量を順次取るように制御量を制御する変更制御ステップを実行して、レーザ光Ｌ０の周波数を現在の周波数から第２目標周波数に向かって単調に変化させる。

このような、レーザ光Ｌ０の周波数と対応関係を有する状態パラメータを用いた第２制御ステップを実行することによって、図５のような弁別カーブの周波数特性の変化が生じたとしても、図６のようなレーザ発振周波数の不連続な変化を抑制することができる。

また、制御部２０は、状態パラメータを使用する制御と使用しない制御とを、状況に応じて選択的に実行することができる。また、レーザ光Ｌ０の目標周波数を第１目標周波数から第２目標周波数に変更する場合において、弁別カーブを途中で切り替えない場合には、状態パラメータを使用する制御によって変更を実施してもよいし、状態パラメータを使用しない制御によって変更を実施してもよい。

図８は、制御部２０が、目標周波数を第１目標周波数から第２目標周波数に変更するＦＴＦを実行する制御の一例を説明するフロー図である。図８の制御は、制御部２０がフィードバック制御を実行している間に実行される。まず、ステップＳ１０１において、制御部２０は、上位装置などからＦＴＦコマンドを受信したかを判定する。ＦＴＦコマンドは、第２目標周波数に関する情報を含む。ＦＴＦコマンドを受信していないと判定した場合（Ｓ１０１、Ｎｏ）、制御は終了する。ＦＴＦコマンドを受信したと判定した場合（Ｓ１０１、Ｙｅｓ）、制御はステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２において、制御部２０は、ＦＴＦの途中で弁別カーブが切り替わるかを判定する。この判定は、現在の目標周波数である第１目標周波数と、ＦＴＦコマンドから取得した第２目標周波数と、記憶部２２に記憶されたレーザ光Ｌ０の周波数と選択すべきＰＤ比との対応関係のデータとを用いて実行される。弁別カーブが切り替わらないと判定した場合（Ｓ１０２、Ｎｏ）、制御はステップＳ１０３に進み、状態パラメータを用いない制御が実行される。

ステップＳ１０３において、制御部２０は、第２目標周波数に対応する目標値（ＰＤ比の目標値）を取得する。

ステップＳ１０４において、制御部２０は、フィードバック制御を停止する。

ステップＳ１０５において、制御部２０は、ＤＢＲヒータ、ＲＩＮＧヒータ、Ｐｈａｓｅヒータの駆動電力を１ステップ分増加する。このとき、制御部２０は、たとえば図９に示すように、駆動電力を増加する。図９は、いずれかのヒータに供給する駆動電力（ヒータ電力）の制御の一例を示す図である。図９では、横軸はレーザ発振周波数を第２目標周波数に変更する指令を受けてからの時間である。図９に示す例では、ヒータ電力を時間に対してステップ状に変化させている。各ステップでのヒータ電力は、中間周波数でレーザ発振するために設定された駆動電力である。このようにステップ状にヒータ電力を変化させるには、たとえば、各ヒータそれぞれに供給する駆動電力値を時間に対して当該ステップ状に変化させることで実現することができる。なお、各ヒータにおけるヒータ電力とレーザ発振周波数との関係は、図９のような関係がテーブルデータとして記憶部２２に記憶されており、演算部２１が適宜読み出して演算に使用する。図９は或るヒータに対する一例であり、ステップ幅（増加量）などのステップ形状はヒータ間で互いに異なっていてもよい。具体的には、共振器モードと２つの反射ピークとの一致を維持したままレーザ発振周波数が変化するように各ヒータ電力が設定されている。

なお、各ヒータ電力におけるステップ幅は均等にしてよいが、図９のように最初はステップ幅を大きくし、その後小さくすることが好ましい。これにより、第２目標周波数への変更を完了するまでの時間を短くでき、かつレーザ発振周波数が第２目標周波数を超えてしまう事態の発生を抑制できるので、単調変化の観点から好ましい。ターゲット周波数を超過しないためには、ターゲット周波数付近ではステップ幅を小さく設定する必要がある。一方で、ターゲット周波数と現在の周波数の差分が大きい場合は、ステップ幅を大きくしても超過する懸念がない。よって、ターゲット周波数に近づくほどステップ幅を小さくすることは時間短縮につながる。

ステップＳ１０５において制御部２０がＤＢＲヒータ、ＲＩＮＧヒータ、Ｐｈａｓｅヒータの駆動電力を１ステップ分増加するのに対応して、制御部２０は、当該目標値に対応するＤＢＲ電力、ＲＩＮＧ電力、Ｐｈａｓｅ電力をＤＢＲヒータ、ＲＩＮＧヒータ、Ｐｈａｓｅヒータへ供給する。なお、図９における各ステップの駆動電力値は、各々中間周波数に対応する値となっている。これにより、第１反射ミラー１２２の１つの反射ピークと、第２反射ミラー１２４の１つの反射ピークと、共振器モードの１つのピークとが、現在の周波数から隣接する中間周波数に移動し、レーザ発振周波数も当該中間周波数に移動する。なお、ＤＢＲヒータ、ＲＩＮＧヒータ、Ｐｈａｓｅヒータの駆動電力の増加は同時に行なっても良いし、同時でなくてもよい。

ステップＳ１０６において、制御部２０は、モニタ値に基づいてレーザ光Ｌ０の周波数を取得し、取得した周波数が第２目標周波数から所定範囲内（±αＧＨｚ以内、αは所定の定数であり、例えば１）であるかを判定する。所定範囲内ではない場合（ステップＳ１０６、Ｎｏ）、制御はステップＳ１０５に戻り、ステップＳ１０５、Ｓ１０６を繰り返す。ステップＳ１０５を繰り返すと、第１反射ミラー１２２の１つの反射ピークと、第２反射ミラー１２４の１つの反射ピークと、共振器モードの１つのピークとが、隣接する中間周波数に順次移動し、レーザ発振周波数も順次移動する。一方、所定範囲内である場合（ステップＳ１０６、Ｙｅｓ）、制御はステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０７において、制御部２０は、フィードバック制御を再開する。制御部２０はその後制御フローの実行を終了する。

ここで、±αＧＨｚは、その範囲内であればフィードバック制御を開始してもレーザ発振周波数が単調かつ安定的に変化することができる値に設定することが好ましい。

一方、ステップＳ１０２において、制御部２０が、ＦＴＦの途中で弁別カーブが切り替わると判定した場合（Ｓ１０２、Ｙｅｓ）、制御はステップＳ１０８に進み、状態パラメータを用いる制御が実行される。

ステップＳ１０８において、制御部２０は、現在のＰｈａｓｅ電力を取得し、記憶部２２に書き込む。

ステップＳ１０９において、制御部２０は、対応関係データを記憶部２２から読み出し、第２目標周波数と対応関係データとに基づいて、第２目標周波数に対応する第２Ｐｈａｓｅ電力を設定する。

ステップＳ１１０において、制御部２０は、フィードバック制御を停止する。

ステップＳ１１１において、制御部２０は、ＤＢＲヒータ、ＲＩＮＧヒータ、Ｐｈａｓｅヒータの駆動電力を１ステップ分増加する。

ステップＳ１１２において、制御部２０は、Ｐｈａｓｅ電力を取得し、取得したＰｈａｓｅ電力が第２Ｐｈａｓｅ電力から所定範囲内（±βｍＷ以内、βは所定の定数であり、例えばＰｈａｓｅヒータの駆動電力の１ステップ分以内の数値）に到達したかを判定する。所定範囲内に到達していないと判定した場合（ステップＳ１１２、Ｎｏ）、制御はステップＳ１１１に戻り、ステップＳ１１１、Ｓ１１２を繰り返す。ステップＳ１１１を繰り返すと、第１反射ミラー１２２の１つの反射ピークと、第２反射ミラー１２４の１つの反射ピークと、共振器モードの１つのピークとが、隣接する中間周波数に順次移動する。一方、所定範囲内に到達したと判定した場合（ステップＳ１１２、Ｙｅｓ）、制御はステップＳ１１３に進む。

ステップＳ１１３において、制御部２０は、現在のモニタ値を取得する。

ステップＳ１１４において、制御部２０は、取得したモニタ値を目標値に設定して、フィードバック制御を再開する。制御部２０はその後制御フローの実行を終了する。

ここで、±βｍＷは、その範囲内であればフィードバック制御を開始してもレーザ発振周波数が単調かつ安定的に変化することができる値に設定することが好ましい。

（他の制御の第１例）
制御部２０は、レーザ光Ｌ０の目標周波数を第１目標周波数から第２目標周波数に変更する場合において、弁別カーブを途中で切り替える場合、他の第１例として以下の制御ステップを行ってもよい。

他の第１例としての制御ステップにおいては、状態パラメータは、レーザ光Ｌ０の周波数と対応関係（第２対応関係）を有する周波数パラメータである。そして、制御部２０は、現在の周波数に対応する周波数パラメータを取得し、第２目標周波数と第２対応関係とに基づいて第２周波数パラメータを設定する設定ステップを行う。

設定ステップにつづいて、制御部２０は、レーザ光Ｌ０の現在の周波数に対応するモニタ値を取得し、取得したモニタ値に対して所定の値を加算または減算してフィードバック制御の目標値を生成し、目標値とモニタ値との差の絶対値が小さくなるように制御量を制御するフィードバック制御を実行する。このとき、所定の値は、現在の周波数から第２目標周波数までの間の複数の離散的な中間周波数に対応する複数の目標値を順次取るよう設定される。また、第２目標周波数が第１目標周波数よりも大きい場合に加算が行われ、第１目標周波数が第２目標周波数よりも大きい場合に減算が行われる。

以下、状態パラメータが、周波数パラメータの一例であるＰＤ比である場合を例に説明する。

たとえば、レーザ光Ｌ０の現在の周波数が、第２ＰＤ比が選択される、すなわちリング共振器光フィルタ１４４ａの弁別カーブが選択される周波数であるとし、第２目標周波数が、第１ＰＤ比が選択される、すなわちリング共振器光フィルタ１４３ａの弁別カーブが選択される周波数であるとする。この場合、制御部２０は、現在の周波数に対応する周波数パラメータとして、第２目標周波数に対して選択されるべき弁別カーブにおいて、現在の周波数に対応する第１ＰＤ比を取得する。そして、第２目標周波数と第２対応関係とに基づいて第２周波数パラメータとしての第１ＰＤ比を設定する設定ステップを行う。この場合、第２対応関係は、リング共振器光フィルタ１４３ａの弁別カーブで表される関係である。

設定ステップにつづいて、制御部２０は、レーザ光Ｌ０の現在の周波数に対応する第１ＰＤ比のモニタ値を取得し、取得したモニタ値に対して所定の値を加算または減算してフィードバック制御の目標値を生成し、目標値とモニタ値との差の絶対値が小さくなるように制御量を制御するフィードバック制御を継続して実行する。このとき、所定の値は、第１ＰＤ比が、現在の周波数から第２目標周波数までの間の複数の離散的な中間周波数に対応する複数の中間的な目標値を順次取るように設定される。レーザ光Ｌ０の周波数を現在の周波数から第２目標周波数に向かって単調に変化させる。所定の値は、たとえば記憶部２２に記憶されている。

このような、レーザ光Ｌ０の周波数と対応関係を有する状態パラメータとして、周波数パラメータの一例であるＰＤ比を用いた制御ステップを実行することによって、図５のような弁別カーブの周波数特性の変化が生じたとしても、図６のようなレーザ発振周波数の不連続な変化を抑制することができる。

また、現在のＰＤ比に対応する周波数に、第２目標周波数と第１目標周波数との差分（ＦＴＦ変更分とも呼ばれる）を加算または減算した値を新たな第２目標周波数としてもよい。このようにすれば、弁別カーブのシフトなどによって現在のＰＤ比に対応する周波数が第１目標周波数からずれていたとしても、レーザ光Ｌ０の周波数を、所望のＦＴＦ変更分だけ確実に変更させることができる。

また、制御部２０は、状態パラメータを使用する制御と使用しない制御とを、状況に応じて選択的に実行することができる。また、レーザ光Ｌ０の目標周波数を第１目標周波数から第２目標周波数に変更する場合において、弁別カーブを途中で切り替えない場合には、状態パラメータを使用する制御によって変更を実施してもよいし、状態パラメータを使用しない制御によって変更を実施してもよい。

図１０は、制御部２０が、目標周波数を第１目標周波数から第２目標周波数に変更するＦＴＦを実行する制御の他の第１例を説明するフロー図である。図１０の制御は、制御部２０がフィードバック制御を実行している間に実行される。まず、ステップＳ２０１において、制御部２０は、上位装置などからＦＴＦコマンドを受信したかを判定する。ＦＴＦコマンドは、第２目標周波数に関する情報を含む。ＦＴＦコマンドを受信していないと判定した場合（Ｓ２０１、Ｎｏ）、制御は終了する。ＦＴＦコマンドを受信したと判定した場合（Ｓ２０１、Ｙｅｓ）、制御はステップＳ２０２に進む。

ステップＳ２０２において、制御部２０は、第２目標周波数に応じた弁別カーブ、すなわちＰＤ比を選択する。

ステップＳ２０３において、制御部２０は、ＦＴＦの途中で弁別カーブが切り替わるかを判定する。この判定は、現在の目標周波数である第１目標周波数と、ＦＴＦコマンドから取得した第２目標周波数と、選択された弁別カーブのデータとを用いて実行される。弁別カーブが切り替わらないと判定した場合（Ｓ２０３、Ｎｏ）、制御はステップＳ２０４に進む。

ステップＳ２０４において、制御部２０は、第２目標周波数に対応する目標値（ＰＤ比の目標値）を取得する。このとき、現在のＰＤ比に対応する周波数にＦＴＦ変更分を加算または減算した値を新たな第２目標周波数としてもよい。

ステップＳ２０５において、制御部２０は、ＤＢＲヒータ、ＲＩＮＧヒータの駆動電力を１ステップ分増加する。このときの１ステップ分は、Ｐｈａｓｅヒータの駆動電力を用いたフィードバック制御を維持したままでレーザ光Ｌ０が出力される程度の電力量とする。

ステップＳ２０６において、制御部２０は、ＤＢＲヒータ、ＲＩＮＧヒータの駆動電力の１ステップ分増加したときのレーザ光Ｌ０の周波数変化量に対応するＰＤ比の変化量を取得し、当該変化量を現在のＰＤ比のモニタ値に対して加算（または減算）して、新たな目標のＰＤ比とする。当該変化量は所定の値の一例である。所定の値は、現在の周波数から第２目標周波数までの間の複数の離散的な中間周波数に対応する複数の目標値を順次取るよう設定される。

ステップＳ２０７において、制御部２０は、新たな目標のＰＤ比が第２目標周波数に対応する目標のＰＤ比に対して所定の範囲内に入っているかを判定する。所定の範囲内に到達していないと判定した場合（ステップＳ２０７、Ｎｏ）、制御はステップＳ２０５に戻り、ステップＳ２０５、Ｓ２０６、Ｓ２０７を繰り返す。一方、所定の範囲内に入っていると判定した場合（ステップＳ２０７、Ｙｅｓ）、制御部２０は制御フローの実行を終了する。ここで、所定範囲は、ＤＢＲヒータ、ＲＩＮＧヒータの駆動電力の１ステップ分相当に設定することが好ましい。

一方、ステップＳ２０３において、制御部２０が、ＦＴＦの途中で弁別カーブが切り替わると判定した場合（Ｓ２０３、Ｙｅｓ）、制御はステップＳ２０８に進む。

ステップＳ２０８において、制御部２０は、選択した弁別カーブにて現在のＰＤ比（モニタ値）に基づいてレーザ発振周波数を取得する。

ステップＳ２０９において、制御部２０は、第２目標周波数と選択した弁別カーブとに基づいて目標のＰＤ比を設定する。このとき、現在のＰＤ比に対応する周波数にＦＴＦ変更分を加算または減算した値を新たな第２目標周波数としてもよい。

ステップＳ２１０において、制御部２０は、ＤＢＲヒータ、ＲＩＮＧヒータの駆動電力を１ステップ分増加する。このときの１ステップ分は、Ｐｈａｓｅヒータの駆動電力を用いたフィードバック制御を維持したままでレーザ光Ｌ０が出力される程度の電力量とする。

ステップＳ２１１において、制御部２０は、ＤＢＲヒータ、ＲＩＮＧヒータの駆動電力の１ステップ分増加したときのレーザ光Ｌ０の周波数変化量に対応するＰＤ比の変化量を取得し、当該変化量を現在のＰＤ比のモニタ値に対して加算（または減算）して、新たな目標のＰＤ比とする。当該変化量は所定の値の一例である。所定の値は、現在の周波数から第２目標周波数までの間の複数の離散的な中間周波数に対応する複数の目標値を順次取るよう設定される。

ステップＳ２１２において、制御部２０は、新たな目標のＰＤ比が第２目標周波数に対応する目標のＰＤ比に対して所定の範囲内に入っているかを判定する。所定範囲内に入っていないと判定した場合（ステップＳ２１２、Ｎｏ）、制御はステップＳ２１０に戻り、ステップＳ２１０、Ｓ２１１、Ｓ２１２を繰り返す。一方、所定範囲内に入っていると判定した場合（ステップＳ２１２、Ｙｅｓ）、制御部２０は制御フローの実行を終了する。

ここで、所定範囲は、ＤＢＲヒータ、ＲＩＮＧヒータの駆動電力の１ステップ分相当に設定することが好ましい。

（他の制御の第２例）
つぎに、他の第２例としての制御ステップについて説明する。第２例においては、設定ステップは、第１例と同様である。

設定ステップにつづいて、フィードバック制御を停止し、制御部２０は、記憶部２２に記憶された第２対応関係に基づいて、周波数パラメータが、現在の周波数から第２目標周波数までの間の複数の離散的な中間周波数に対応する複数の中間周波数パラメータを順次取るように制御量を制御する変更制御ステップを実行して、レーザ光Ｌ０の周波数を現在の周波数から第２目標周波数に向かって単調に変化させる。

以下、状態パラメータが、周波数パラメータの一例であるＰＤ比である場合を例に説明する。

図１１は、制御部２０が、目標周波数を第１目標周波数から第２目標周波数に変更するＦＴＦを実行する制御の他の第２例を説明するフロー図である。図１１の制御は、制御部２０がフィードバック制御を実行している間に実行される。まず、ステップＳ３０１において、制御部２０は、上位装置などからＦＴＦコマンドを受信したかを判定する。ＦＴＦコマンドは、第２目標周波数に関する情報を含む。ＦＴＦコマンドを受信していないと判定した場合（Ｓ３０１、Ｎｏ）、制御は終了する。ＦＴＦコマンドを受信したと判定した場合（Ｓ３０１、Ｙｅｓ）、制御はステップＳ３０２に進む。

ステップＳ３０２において、制御部２０は、第２目標周波数に応じた弁別カーブ、すなわちＰＤ比を選択する。

ステップＳ３０３において、制御部２０は、ＦＴＦの途中で弁別カーブが切り替わるかを判定する。この判定は、現在の目標周波数である第１目標周波数と、ＦＴＦコマンドから取得した第２目標周波数と、選択された弁別カーブのデータとを用いて実行される。弁別カーブが切り替わらないと判定した場合（Ｓ３０３、Ｎｏ）、制御はステップＳ３０４に進む。

ステップＳ３０４において、制御部２０は、第２目標周波数に対応する目標値（ＰＤ比の目標値）を取得する。このとき、現在のＰＤ比に対応する周波数にＦＴＦ変更分を加算または減算した値を新たな第２目標周波数としてもよい。

ステップＳ３０５において、制御部２０は、フィードバック制御を停止する。

ステップＳ３０６において、制御部２０は、ＤＢＲヒータ、ＲＩＮＧヒータ、Ｐｈａｓｅヒータの駆動電力を１ステップ分増加する。これにより、第１反射ミラー１２２の１つの反射ピークと、第２反射ミラー１２４の１つの反射ピークと、共振器モードの１つのピークとが、現在の周波数から隣接する中間周波数に移動し、レーザ発振周波数も当該中間周波数に移動する。

ステップＳ３０７において、制御部２０は、モニタ値に基づいてレーザ光Ｌ０の周波数を取得し、取得した周波数が第２目標周波数から所定範囲内（±αＧＨｚ以内）であるかを判定する。所定範囲内ではない場合（ステップＳ３０７、Ｎｏ）、制御はステップＳ３０６に戻り、ステップＳ３０６、Ｓ３０７を繰り返す。ステップＳ３０６を繰り返すと、第１反射ミラー１２２の１つの反射ピークと、第２反射ミラー１２４の１つの反射ピークと、共振器モードの１つのピークとが、隣接する中間周波数に順次移動し、レーザ発振周波数も順次移動する。一方、所定範囲内である場合（ステップＳ３０７、Ｙｅｓ）、制御はステップＳ３０８に進む。

ステップＳ３０８において、制御部２０は、フィードバック制御を再開する。制御部２０はその後制御フローの実行を終了する。

一方、ステップＳ３０３において、制御部２０が、ＦＴＦの途中で弁別カーブが切り替わると判定した場合（Ｓ３０３、Ｙｅｓ）、制御はステップＳ３０９に進む。

ステップＳ３０９において、制御部２０は、選択した弁別カーブにて現在のＰＤ比（モニタ値）に基づいてレーザ発振周波数を取得する。

ステップＳ３１０において、制御部２０は、第２目標周波数と選択した弁別カーブとに基づいて目標のＰＤ比を設定する。このとき、現在のＰＤ比に対応する周波数にＦＴＦ変更分を加算した値を新たな第２目標周波数としてもよい。

ステップＳ３１１において、制御部２０は、フィードバック制御を停止する。

ステップＳ３１２において、制御部２０は、ＤＢＲヒータ、ＲＩＮＧヒータ、Ｐｈａｓｅヒータの駆動電力を１ステップ分変化させる。

ステップＳ３１３において、制御部２０は、モニタ値が目標のＰＤ比から所定範囲内（±γ以内、γは所定の定数であり、例えば０．１ＧＨｚ）に到達したかを判定する。所定範囲内に到達していないと判定した場合（ステップＳ３１３、Ｎｏ）、制御はステップＳ３１２に戻り、ステップＳ３１２、Ｓ３１３を繰り返す。一方、所定範囲内に到達したと判定した場合（ステップＳ３１３、Ｙｅｓ）、制御はステップＳ３１４に進む。

ステップＳ３１４において、制御部２０は、目標のＰＤ比を目標値に設定して、フィードバック制御を再開する。制御部２０はその後制御フローの実行を終了する。

ここで、±γは、その範囲内であればフィードバック制御を開始してもレーザ発振周波数が単調かつ安定的に変化することができる値に設定することが好ましい。

なお、上記実施形態では、第１比および第２比の少なくとも一つを含みかつレーザ光Ｌ０の周波数に相当する周波数パラメータとして第１ＰＤ比（第１比の一例）、第２ＰＤ比（第２比の一例）を用いているが、周波数パラメータとしては、第１比、第２比に加えて、第１比と第２比との和もしくは差、または第１比と第２比とのそれぞれに係数を乗算したものの和もしくは差などの、第１比と第２比との演算から得られる値を用いてもよい。このような技術は、たとえば本出願人による特願２０２０－０２２６２４に記載されている。これらの周波数パラメータを適宜組み合わせて使用することによって、弁別カーブの不感帯の影響によるレーザ光の周波数の制御精度の低下を抑制できるなどの効果が得られる。

また、上述したように、制御部２０は、レーザ光Ｌ０の目標周波数を第１目標周波数から第２目標周波数に変更する場合において、弁別カーブを途中で切り替えない場合には、状態パラメータを使用する制御によって変更を実施してもよいし、状態パラメータを使用しない制御によって変更を実施してもよい。したがって、たとえば図８のフローでステップＳ１０２～Ｓ１０７を削除してもよい。図１０、１１においても同様である。

また、上記実施形態では、光源部である波長可変レーザ素子１２はバーニア型の波長可変レーザ素子であるが、光源部は、素子温度調整にてレーザ発振周波数を可変とするレーザ素子、たとえばＤＦＢレーザ素子でもよい。この場合、制御量は、素子温度調整に用いられる電力や電流である。また、上記実施形態では、リング共振器フィルタによる周波数モニタを行っているが、リング共振器フィルタに換えて、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透過特性を有する光フィルタを適宜用いることができる。このような光フィルタとしては、マッハツェンダ干渉（ＭＺＩ）フィルタやエタロンフィルタなどがある。

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。

１０ ：レーザ部
１１ ：ペルチェ素子
１２ ：波長可変レーザ素子
１３ ：半導体光増幅器
１４ ：平面光波回路
１５ ：光検出部
１６ ：温度センサ
１７ ：モニタ部
２０ ：制御部
２１ ：演算部
２２ ：記憶部
２３ ：入力部
２４ ：出力部
２５ ：電力供給部
１００ ：レーザ装置
１２１ ：基板
１２２ ：第１反射ミラー
１２３ ：利得部
１２４ ：第２反射ミラー
１２５ ：第１反射ミラー用ヒータ
１２６ ：位相調整用ヒータ
１２７ ：第２反射ミラー用ヒータ
１４１ ：光分岐部
１４２、１４３、１４４：光導波路
１４３ａ、１４４ａ ：リング共振器光フィルタ
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ１ａ、Ｃ２ａ ：カーブ
Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５ ：レーザ光

Claims (10)

1. 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、
   記憶部と演算部とを有し、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部と、
   を備え、
   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透過特性を有し、かつ位相が相対的にずれている第１周波数フィルタおよび第２周波数フィルタと、前記レーザ光が前記第１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１強度を検出する第１検出部と、前記レーザ光が前記第２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、を少なくとも備え、
   前記制御部は、
   前記レーザ光の周波数の制御目標となる目標周波数を取得し、
   前記レーザ光の強度に対する前記第１強度の比に相当する第１比と、前記レーザ光の強度に対する前記第２強度の比に相当する第２比と、を取得し、
   前記第１比および前記第２比の少なくとも一つを含みかつ前記レーザ光の周波数に相当する複数の周波数パラメータのうち、前記レーザ光の現在の周波数に応じて周波数パラメータを選択し、当該選択した周波数パラメータに基づいて、前記レーザ光の現在の周波数に対応するモニタ値を取得し、
   前記複数の周波数パラメータのうち、前記目標周波数に応じて周波数パラメータを選択し、当該選択した周波数パラメータに基づいて、前記目標周波数に対応する目標値を取得し、
   前記目標値と前記モニタ値との差の絶対値が小さくなるように前記制御量を制御するフィードバック制御を実行可能に構成されており、
   かつ、前記制御部は、
   前記レーザ光の目標周波数を第１目標周波数から第２目標周波数に変更する場合は、
   前記光源部の動作状態に関するパラメータであって前記レーザ光の周波数と対応関係を有する状態パラメータとして、現在の周波数に対応する現在状態パラメータを取得し、
   前記第２目標周波数と前記対応関係とに基づいて、前記第２目標周波数に対応する第２状態パラメータを設定する
   レーザ装置。
2. 前記状態パラメータは前記制御量である
   請求項１に記載のレーザ装置。
3. 前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記対応関係に基づいて、前記現在の周波数から前記第２目標周波数までの間の複数の離散的な中間周波数に対応する複数の中間制御量を順次取るように前記制御量を制御して、前記レーザ光の周波数を前記現在の周波数から前記第２目標周波数に向かって単調に変化させる
   請求項２に記載のレーザ装置。
4. 前記制御部は、前記制御量が前記第２状態パラメータである制御量から所定の範囲内に到達したと判定したときは、前記モニタ値を取得し、取得した前記モニタ値を前記目標値に設定して、前記フィードバック制御を実行する
   請求項３に記載のレーザ装置。
5. 前記状態パラメータは前記周波数パラメータである
   請求項１に記載のレーザ装置。
   
6. 前記制御部は、前記フィードバック制御を停止し、前記記憶部に記憶された前記対応関係に基づいて、前記周波数パラメータが、前記現在の周波数から前記第２目標周波数までの間の複数の離散的な中間周波数に対応する複数の中間周波数パラメータを順次取るように前記制御量を制御して、前記レーザ光の周波数を前記現在の周波数から前記第２目標周波数に単調に変化させ、
   前記周波数パラメータが前記第２状態パラメータである周波数パラメータから所定範囲内に到達したと判定したときは、前記フィードバック制御を実行する
   請求項５に記載のレーザ装置。
7. 前記制御部は、前記レーザ光の現在の周波数に対応する現在のモニタ値に対して所定の値を加算または減算して、新しい目標値を生成し、前記目標値と前記モニタ値との差の絶対値が小さくなるように前記制御量を制御するフィードバック制御を実行し、
   前記所定の値は、前記現在の周波数から前記第２目標周波数までの間の複数の離散的な中間周波数に対応する複数の前記目標値を順次取るよう設定される
   請求項５に記載のレーザ装置。
8. 前記周波数パラメータは前記第１比、前記第２比、または前記第１比と前記第２比とを演算して得られる値である
   請求項１～７のいずれか一つに記載のレーザ装置。
9. 出力するレーザ光の周波数を可変とする光源部を備えるレーザ装置の制御方法であって、
   前記レーザ光の目標周波数を第１目標周波数から第２目標周波数に変更する場合は、
   制御部が、前記光源部の動作状態に関するパラメータであって前記レーザ光の周波数と対応関係を有する状態パラメータとして、現在の周波数に対応する現在状態パラメータを取得し、
   前記第２目標周波数と前記対応関係とに基づいて、前記第２目標周波数に対応する第２状態パラメータを設定する
   レーザ装置の制御方法。
10. 前記制御部は、前記状態パラメータが前記第２状態パラメータから所定の範囲内に到達したと判定したときは、前記レーザ光の周波数の制御目標となる目標周波数に対応する目標値と、前記レーザ光の現在の周波数に対応するモニタ値との差の絶対値が小さくなるようにフィードバック制御を実行する
    請求項９に記載のレーザ装置の制御方法。

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