JP2023115762A - Wavelength variable laser device and control method of the wavelength variable laser device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、波長可変レーザ装置および波長可変レーザ装置の制御方法に関する。 The present invention relates to a wavelength tunable laser device and a wavelength tunable laser device control method.
レーザ光の波長(または波長に対応する周波数)を広帯域で連続的に変化させる光源として、波長可変帯域が異なる複数の波長可変レーザを備え、レーザ光を出力する波長可変レーザ素子を切り替える技術が知られている(特許文献1、2)。
As a light source for continuously changing the wavelength (or the frequency corresponding to the wavelength) of laser light over a wide band, a technology is known in which multiple wavelength tunable lasers with different wavelength tunable bands are provided and the wavelength tunable laser element that outputs the laser light is switched. (
近年、FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)-LiDAR用光源や、OCT(Optical Coherence Tomography)用光源、OFDR(Optical Frequency Domain Reflectometry)用光源などにおいて、レーザ光の周波数を広帯域で連続的に変化させる要望が高まっている。しかしながら、公知の技術では、レーザ光を出力する波長可変レーザ素子を切り替える際に、出力されるレーザ光の周波数が不安定になる場合があった。 FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave)-LiDAR light source, OCT (Optical Coherence Tomography) light source, OFDR (Optical Frequency Domain Reflectometry) light source, etc., have been requested to continuously change the frequency of laser light over a wide band. rising. However, with the known technique, the frequency of the output laser light may become unstable when switching the wavelength tunable laser element that outputs the laser light.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、広帯域で連続的に周波数を変化させる際に、出力されるレーザ光の周波数の安定性が高い波長可変レーザ装置および波長可変レーザ装置の制御方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above, and provides a wavelength tunable laser device and control of the wavelength tunable laser device in which the frequency of output laser light is highly stable when the frequency is continuously varied over a wide band. It is to provide a method.
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、レーザ発振周波数を変更可能な第1波長可変レーザ素子および第2波長可変レーザ素子を含む複数の波長可変レーザ素子と、制御部と、を備え、外部に出力するレーザ光の周波数を連続的に掃引する波長可変レーザ装置であって、前記制御部が、前記第1波長可変レーザ素子を発振させてレーザ光を外部に出力させながら該レーザ光の周波数を第1周波数まで連続的に掃引させ、前記掃引の間に、前記第2波長可変レーザ素子のレーザ発振周波数を前記第1周波数に設定してレーザ発振させるとともに、レーザ光の外部への出力を遮断して待機状態とし、前記第1波長可変レーザ素子のレーザ光の周波数が前記第1周波数に略一致したと判定した場合、前記第1波長可変レーザ素子のレーザ光の外部への出力を遮断するとともに、前記第2波長可変レーザ素子の待機状態を解除して、前記第2波長可変レーザ素子のレーザ光を外部に出力させる、ステップを少なくとも一回行う波長可変レーザ装置である。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, one aspect of the present invention provides a plurality of wavelength tunable laser elements including a first wavelength tunable laser element and a second wavelength tunable laser element capable of changing the laser oscillation frequency; and a control section, wherein the control section causes the first wavelength tunable laser element to oscillate to output the laser light to the outside. continuously sweeping the frequency of the laser light to the first frequency while outputting the second wavelength tunable laser element to the first frequency, and setting the laser oscillation frequency of the second wavelength tunable laser element to the first frequency during the sweep to cause laser oscillation; and when it is determined that the frequency of the laser light from the first wavelength tunable laser element substantially matches the first frequency, the first wavelength tunable laser element A wavelength for at least one step of cutting off the output of laser light to the outside, canceling the standby state of the second wavelength tunable laser element, and outputting the laser light of the second wavelength tunable laser element to the outside. It is a tunable laser device.
前記制御部は、記憶部に記憶された制御パラメータに基づいて、前記第1波長可変レーザ素子および前記第2波長可変レーザ素子を所定の周波数にてレーザ発振させるものでもよい。 The control section may cause the first wavelength tunable laser element and the second wavelength tunable laser element to oscillate at a predetermined frequency based on control parameters stored in a storage section.
前記複数の波長可変レーザ素子に含まれる波長可変レーザ素子の数をMとし、前記制御部が、前記第1波長可変レーザ素子のレーザ光の外部への出力を遮断するとともに前記第2波長可変レーザ素子の待機状態を解除して前記第2波長可変レーザ素子のレーザ光を外部に出力させる回数をNとすると、N≧Mが成り立つものでもよい。 Let M be the number of wavelength tunable laser elements included in the plurality of wavelength tunable laser elements, and the controller cuts off the output of laser light from the first wavelength tunable laser element to the outside and the second wavelength tunable laser element. If the number of times the standby state of the device is released and the laser beam of the second wavelength tunable laser device is output to the outside is N, N≧M may be satisfied.
前記波長可変レーザ素子は、レーザ発振周波数が不連続に変化するモードホップが発生し得るものでもよい。 The wavelength tunable laser element may be capable of generating mode hopping in which the laser oscillation frequency changes discontinuously.
前記第1波長可変レーザ素子または前記第2波長可変レーザ素子のレーザ光の周波数を掃引する周波数幅は、前記第1波長可変レーザ素子または前記第2波長可変レーザ素子の共振器モードの周波数間隔の3倍より小さいものでもよい。 The frequency width for sweeping the frequency of the laser light of the first tunable laser element or the second tunable laser element is the frequency interval of the cavity mode of the first tunable laser element or the second tunable laser element. It may be smaller than three times.
レーザ光の周波数をモニタするためのモニタ部を備え、前記制御部が、前記第1波長可変レーザ素子のレーザ光の周波数が前記第1周波数に略一致したと判定した場合とは、レーザ発振周波数を前記第1周波数に設定した状態の前記第2波長可変レーザ素子のレーザ発振周波数を前記モニタ部を用いてモニタし、前記モニタしているレーザ発振周波数と前記掃引させている波長可変レーザ素子の現在のレーザ発振周波数とが略一致したと判定した場合であるものでもよい。 A monitor unit for monitoring the frequency of the laser light is provided, and the control unit determines that the frequency of the laser light from the first wavelength tunable laser element substantially matches the first frequency means that the laser oscillation frequency is set to the first frequency using the monitoring section, and the monitored laser oscillation frequency and the swept wavelength tunable laser element It may be the case where it is determined that the current laser oscillation frequency substantially matches.
前記モニタ部は、光の周波数に対して周期的な応答特性を有するフィルタを備えており、前記第1波長可変レーザ素子のレーザ光は前記フィルタの一方から入力するとともに、前記第2波長可変レーザ素子のレーザ光は前記フィルタの他方から入力するものでもよい。 The monitor section includes a filter having a periodic response characteristic with respect to the frequency of light. The laser light of the element may be input from the other of said filters.
前記モニタ部は、光の周波数に対して周期的な応答特性を有するフィルタと、前記フィルタの周波数特性を変更する変更手段とを備えているものでもよい。 The monitor section may include a filter having a periodic response characteristic with respect to the frequency of light, and changing means for changing the frequency characteristic of the filter.
前記モニタ部は、光の周波数に対して周期的な応答特性を有し、かつ互いに周波数特性が異なる複数のフィルタを備えているものでもよい。 The monitor section may include a plurality of filters having periodic response characteristics with respect to the frequency of light and different frequency characteristics from each other.
前記モニタ部は、ヘテロダイン検波によってレーザ光の周波数をモニタするように構成されているものでもよい。 The monitor section may be configured to monitor the frequency of the laser light by heterodyne detection.
前記第2波長可変レーザ素子を発振させてレーザ光を外部に出力させながら該レーザ光の周波数を連続的に掃引させ、前記第1波長可変レーザ素子のレーザ光の周波数を連続的に掃引させる周波数幅と、前記第2波長可変レーザ素子のレーザ光の周波数を連続的に掃引させる周波数幅と、が異なるものでもよい。 A frequency for continuously sweeping the frequency of the laser light while oscillating the second wavelength tunable laser element and outputting the laser light to the outside, and continuously sweeping the frequency of the laser light from the first wavelength tunable laser element The width may be different from the frequency width for continuously sweeping the frequency of the laser light of the second wavelength tunable laser element.
本発明の一態様は、レーザ発振周波数を変更可能な第1波長可変レーザ素子および第2波長可変レーザ素子を含む複数の波長可変レーザ素子と、制御部と、を備え、外部に出力するレーザ光の周波数を連続的に掃引する波長可変レーザ装置の制御方法であって、前記制御部が、前記第1波長可変レーザ素子を発振させてレーザ光を外部に出力させながら該レーザ光の周波数を第1周波数まで連続的に掃引させ、前記掃引の間に、前記第2波長可変レーザ素子のレーザ発振周波数を前記第1周波数に設定してレーザ発振させるとともに、レーザ光の外部への出力を遮断して待機状態とし、前記第1波長可変レーザ素子のレーザ光の周波数が前記第1周波数に略一致したと判定した場合、前記第1波長可変レーザ素子のレーザ光の外部への出力を遮断するとともに、前記第2波長可変レーザ素子の待機状態を解除して、前記第2波長可変レーザ素子のレーザ光を外部に出力させる、ステップを少なくとも一回行う波長可変レーザ装置の制御方法である。 One aspect of the present invention includes a plurality of wavelength tunable laser elements including a first wavelength tunable laser element and a second wavelength tunable laser element capable of changing the laser oscillation frequency, and a controller, and a laser beam to be output to the outside. wherein the control unit causes the first wavelength tunable laser element to oscillate to output laser light to the outside while changing the frequency of the laser light to the first 1 frequency is continuously swept, and during the sweep, the laser oscillation frequency of the second wavelength tunable laser element is set to the first frequency to cause laser oscillation, and the output of the laser light to the outside is cut off. and when it is determined that the frequency of the laser light from the first wavelength tunable laser element substantially matches the first frequency, the output of the laser light from the first wavelength tunable laser element to the outside is cut off. 1. A control method for a wavelength tunable laser device, wherein the step of canceling the standby state of the second wavelength tunable laser element and outputting the laser light of the second wavelength tunable laser element to the outside is performed at least once.
本発明によれば、広帯域で連続的に周波数を変化させる際に、出力されるレーザ光の周波数の安定性が高いという効果を奏する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when changing a frequency continuously in a wide band, it is effective in the stability of the frequency of the output laser beam being high.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by embodiment described below. In addition, in the description of the drawings, the same or corresponding elements are given the same reference numerals as appropriate.
(実施形態1)
図1は、実施形態1に係る波長可変レーザ装置の構成図である。図1において、実線の矢印は光の入出力を示し、破線の矢印は電気信号や電力の入出力を示す。波長可変レーザ装置100は、外部に出力するレーザ光の周波数を連続的に掃引する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a wavelength tunable laser device according to
波長可変レーザ装置100は、レーザ発振周波数を変更可能な複数の波長可変レーザ素子である波長可変レーザ素子11、12と、光カプラ21、22と、出力切替部30と、モニタ部40と、制御部50と、を備えている。波長可変レーザ素子11は第1波長可変レーザ素子または第2波長可変レーザ素子の一例であり、波長可変レーザ素子12は第2波長可変レーザ素子または第1波長可変レーザ素子の一例である。すなわち、複数の波長可変レーザ素子は、第1波長可変レーザ素子および第2波長可変レーザ素子を含む。
The wavelength
図2は、波長可変レーザ素子11の一例の構成図である。波長可変レーザ素子11は、第1反射ミラー11aと、利得部11bと、位相調整部11cと、第2反射ミラー11dとを備えているバーニア型の波長可変レーザ素子である。第1反射ミラー11a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標本化回折格子型(Sampled Grating)分布ブラッグ反射(Sampled Grating-Distrobuted Bragg Reflector:SG-DBR)ミラーである。第2反射ミラー11dは、反射スペクトルが周波数に対して、第1反射ミラー11aとは異なる周期で周期的にピークを有するSG-DBRミラーである。第1反射ミラー11a、第2反射ミラー11dによってレーザ共振器が構成される。なお、第2反射ミラーは、特開2016-178283号公報に開示されるような、リング共振器フィルタを用いた反射ミラーでもよい。
FIG. 2 is a configuration diagram of an example of the wavelength
利得部11bは、レーザ共振器内に配置されており、制御部50から駆動電力を供給されることによって光利得を発生する。位相調整部11cは、レーザ共振器内に配置されている導波路である。
The
第1反射ミラー11aには、第1ヒータが設けられている。第1ヒータは、制御部50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11aを加熱する。この加熱によって第1反射ミラー11aの反射スペクトルが制御される。第2反射ミラー11dには、第2ヒータが設けられている。第2ヒータは、制御部50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11dを加熱する。この加熱によって第2反射ミラー11dの反射スペクトルが制御される。位相調整部11cには、第3ヒータが設けられている。第3ヒータは、制御部50から駆動電力を供給されることによって位相調整部11cを加熱する。この加熱によってレーザ共振器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の縦モード(共振器モード)の周波数を制御できる。
A first heater is provided in the first reflecting
波長可変レーザ素子11は、第1ヒータ、第2ヒータ、第3ヒータ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11aの反射ピークとレーザ共振器の共振器モードと第2反射ミラー11dの反射ピークとが略一致した周波数でレーザ発振し、CW(連続波)光であるレーザ光L1を出力する。すなわち、第1ヒータ、第2ヒータ、第3ヒータは、駆動電力が供給されることで波長可変レーザ素子11のレーザ発振周波数を制御する複数の制御素子を構成している。
In the wavelength
図1に戻って、波長可変レーザ素子12は、波長可変レーザ素子11と同様の構成を有してもよい。波長可変レーザ素子12は、CW光であるレーザ光L2を出力する。
Returning to FIG. 1 , the wavelength
光カプラ21は、波長可変レーザ素子11が出力したレーザ光L1が入力され、レーザ光L1をレーザ光L11とレーザ光L12とに分岐し、レーザ光L11を出力切替部30に出力し、レーザ光L12をモニタ部40に出力する。
The
光カプラ22は、波長可変レーザ素子12が出力したレーザ光L2が入力され、レーザ光L2をレーザ光L21とレーザ光L22とに分岐し、レーザ光L21を出力切替部30に出力し、レーザ光L22をモニタ部40に出力する。
The
出力切替部30は、レーザ光L11、L21が入力され、レーザ光L11、L21のうち一つを選択的に出力する。本実施形態1では、出力切替部30は、光遮断素子31、32と、光カプラ33とを備えている。光遮断素子31は、レーザ光L11が入力され、制御部50の制御によってレーザ光L11を通過させるまたは遮断する。光遮断素子32は、レーザ光L21が入力され、制御部50の制御によってレーザ光L21を通過させるまたは遮断する。ここで、制御部50は、光遮断素子31がレーザ光L11を通過させている間は光遮断素子32がレーザ光L21を遮断し、光遮断素子32がレーザ光L21を通過させている間は光遮断素子31がレーザ光L11を遮断するように、光遮断素子31、32を制御する。
The
光遮断素子31、32は、たとえば半導体増幅器を用いて構成することができる。この場合、光遮断素子31、32がレーザ光を遮断するときは、半導体光増幅器は逆バイアス動作するように制御され、光遮断素子31、32がレーザ光を通過させるときは、半導体光増幅器は順バイアス動作するように制御される。また、光遮断素子31、32は、マッハツェンダ型の光スイッチや2×1の光スイッチを用いて構成することもできる。
光カプラ33は、光遮断素子31を通過したレーザ光L11または光遮断素子32を通過したレーザ光L21を、選択されたレーザ光L3として波長可変レーザ装置100の外部に出力する。
The
モニタ部40は、レーザ光L21、L22が入力される。レーザ光L21、L22はレーザ光L11、L12の周波数のモニタに使用される。モニタ部40の構成については後に詳述する。
The
制御部50は、波長可変レーザ素子11、12の利得部および第1~第3ヒータに供給する電力を制御する。また、光遮断素子31、32の動作を制御する。
The controller 50 controls power supplied to the gain sections of the wavelength
制御部50は、演算部と、記憶部と、入力部と、出力部と、電力供給部と、を備えている。演算部は、たとえばCPUを含んでおり、制御のための各種演算処理を行う。記憶部は、演算部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、演算部が演算処理を行う際の作業スペースや演算部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。 The control unit 50 includes an arithmetic unit, a storage unit, an input unit, an output unit, and a power supply unit. The calculation unit includes, for example, a CPU, and performs various calculation processes for control. The storage unit includes a storage unit such as a ROM that stores various programs and data used by the calculation unit to perform calculation processing, a work space when the calculation unit performs calculation processing, and the result of calculation processing of the calculation unit. and a storage unit such as a RAM used for storing the data, etc.
入力部は、波長可変レーザ装置100の上位装置などからの指示信号や、モニタ部40からの電流信号等を受け付ける。受け付けた信号に含まれる情報は記憶部に記憶される。入力部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。出力部は、演算部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や光遮断素子31、32等に出力する。出力部は、たとえばデジタル-アナログコンバータ(DAC)を備えている。電力供給部は、指示信号に基づいて波長可変レーザ素子11、12に電力を供給する。
The input section receives an instruction signal from a host device of the wavelength
(レーザ発振周波数の調整)
つぎに、レーザ発振周波数の調整について説明する。図3は、レーザ発振周波数の調整の説明図である。上段は、第1反射ミラーの反射スペクトルを示し、中段は、第2反射ミラー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。
(Adjustment of laser oscillation frequency)
Next, adjustment of the laser oscillation frequency will be described. FIG. 3 is an explanatory diagram of adjustment of the laser oscillation frequency. The upper stage shows the reflection spectrum of the first reflecting mirror, the middle stage shows the reflection spectrum of the second reflecting mirror, and the lower stage shows the spectrum of the resonator mode.
第1ヒータに供給する駆動電力を調整して制御すると、第1反射ミラー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2ヒータに供給する駆動電力を調整して制御すると、第2反射ミラー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。第3ヒータに供給する駆動電力を調整して制御すると、共振器モード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 driving power supplied to the first heater is adjusted and controlled, the reflection spectrum of the first reflecting mirror shifts on the frequency axis from the shape indicated by the solid line to the shape indicated by the broken line as indicated by the thick arrow. Similarly, when the drive power supplied to the second heater is adjusted and controlled, the reflection spectrum of the second reflecting mirror shifts on the frequency axis from the shape indicated by the solid line to the shape indicated by the broken line. When the drive power supplied to the third heater is adjusted and controlled, the spectrum of the resonator mode shifts on the frequency axis from the shape indicated by the solid line to the shape indicated by the broken line.
実線に示す状態では、第1反射ミラー11aの反射ピークとレーザ共振器の共振器モードと第2反射ミラー11dの反射ピークとが一致した周波数fyでレーザ発振している。この状態にするためには、第1ヒータおよび第2ヒータは、供給される電力に基づいて、第1反射ミラー11a、第2反射ミラー11d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、第3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11aの反射ピークとレーザ共振器の共振器モードと第2反射ミラー11dの反射ピークとが一致する波長を周波数fxとできるので、レーザ発振波周波数を周波数fxに変更できる。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連続的に(掃引)微調整できる。なお、各ヒータへの駆動電力は供給する電流によって制御することができる。
In the state indicated by the solid line, the laser oscillates at the frequency fy at which the reflection peak of the
波長可変レーザ素子11、12のそれぞれについてのレーザ発振周波数と第1~第3ヒータの駆動電力との関係は、制御部50の記憶部に記憶されており、レーザ発振周波数の設定の際に参照される。図4は、レーザ発振周波数と第1~第3ヒータの駆動電力との関係の一例を示すテーブルデータの図である。図4において、「レーザ素子」の「A」とは、波長可変レーザ素子11に関する設定を意味し、「B」とは、波長可変レーザ素子12に関する設定を意味する。図4に示す例では、波長可変レーザ素子11のレーザ発振周波数が周波数f0に設定される場合は、第1~第3ヒータの駆動電力はそれぞれW1_0、W2_0、W3_0に設定される。第1~第3ヒータの駆動電力は、波長可変レーザ素子を所定の周波数にてレーザ発振させる制御パラメータの一例である。
The relationship between the laser oscillation frequency of each of the wavelength
(モニタ部の構成)
つぎに、モニタ部40の構成について説明する。図5は、モニタ部の一例の構成図である。モニタ部40は、光スイッチ41と、フィルタ42と、光検出器(PhotoDetector:PD)43とを備えている。
(Structure of monitor section)
Next, the configuration of the
光スイッチ41は、制御部50の制御により、レーザ光L12またはレーザ光L22を、レーザ光L4として選択的に通過させる。フィルタ42は、光の周波数に対して周期的な応答特性(透過特性や反射特性)を有するフィルタの一例であり、本実施形態では、光の周波数に対して周期的な透過特性を有するフィルタである。このようなフィルタ42は、たとえばエタロンフィルタや、リング共振器フィルタや、マイケルソン干渉計等を用いて構成できる。フィルタ42は、レーザ光L4の周波数に応じた透過率でレーザ光L4を透過する。フィルタ42を透過後のレーザ光L4をレーザ光L5とする。
The
光検出器43は、たとえばフォトダイオードを備えており、レーザ光L5を受光し、受光強度に応じた電流値の電流信号を制御部50に出力する。
The
制御部50では、光検出器43からの電流信号の値(PD電流値)とレーザ発振周波数との対応関係に基づいて、レーザ光L5の周波数をモニタする。このような対応関係は実験等によって事前に求められ、記憶部にテーブルデータや関係式として記憶されている。
The controller 50 monitors the frequency of the laser light L5 based on the correspondence between the value of the current signal (PD current value) from the
図6は、周波数モニタの一例の説明図である。図6は、横軸は光の周波数を示し、縦軸は最大値で規格化したPD電流値を示している。図6に示す曲線は、フィルタ42の透過スペクトルに相当する形状を有する。このような曲線は弁別曲線とも呼ばれる。図6に示す場合では、たとえばPD電流値がIpdの場合、制御部50は、弁別曲線に基づいて、レーザ光L5の周波数は192.25THz(波長に換算して約1559nm)であると判定する。
FIG. 6 is an explanatory diagram of an example of a frequency monitor. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the frequency of light, and the vertical axis indicates the PD current value normalized by the maximum value. The curve shown in FIG. 6 has a shape corresponding to the transmission spectrum of
そして、制御部50は、PD電流値が所望のレーザ発振周波数に対応するPD電流値となるように、第1~第3ヒータ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。
Then, the controller 50 controls the drive power to the first to third heaters so that the PD current value corresponds to the desired laser oscillation frequency. Thereby, the laser oscillation frequency of the wavelength
(レーザ光の周波数の連続掃引)
つぎに、波長可変レーザ装置100における出力するレーザ光の周波数の連続掃引について説明する。図7は、レーザ光の周波数の掃引の一例の説明図である。図7では、出力するレーザ光の周波数を周波数f1(波長λ1)から周波数f3(波長λ3)より小さい周波数まで連続掃引する場合を示している。図7のグラフにおいて横軸は経過時間であり、縦軸は波長(周波数)である。
(Continuous sweep of laser light frequency)
Next, continuous sweeping of the frequency of the output laser light in the wavelength
この場合、制御部50は、まずステップAを行う。すなわち、制御部50は、図7(a)のグラフの実線l31で示すように、波長可変レーザ素子11を発振させてレーザ光を外部に出力させながら、該レーザ光の周波数を、周波数f1から、第1周波数の一例である周波数f2まで連続的に掃引させる。当該掃引は、例えば、波長可変レーザ素子11の第1~第3ヒータの駆動電力を周波数f2になるまで連続的に変化させることによって実行できる。また、制御部50は、ステップBを行う。すなわち、制御部50は、この掃引の間に、破線l32´で示すように、波長可変レーザ素子12を周波数f2に設定してレーザ発振させるとともに、レーザ光の外部への出力を遮断して待機状態とする。ステップA、Bにおいて、制御部50は、光遮断素子31を、レーザ光L11を通過させるように制御しつつ、光遮断素子32を、レーザ光L21を遮断するように制御する。これにより、波長可変レーザ装置100は、外部に出力するレーザ光(図1におけるレーザ光L3(L11))の周波数を連続的に掃引する。なお、このような連続掃引の場合は、波長可変レーザ素子はフィードフォワード制御されてもよい。また、たとえば、波長可変レーザ素子12が周波数f2に設定してレーザ発振させる場合には、波長可変レーザ素子12はレーザ発振周波数が周波数f2となるようにフィードバック制御されてもよい。
In this case, the controller 50 performs step A first. That is, the control unit 50 oscillates the wavelength
つづいて、制御部50は、ステップCを行う。すなわち、波長可変レーザ素子11のレーザ光の周波数が周波数f2に略一致したと判定した場合、波長可変レーザ素子11のレーザ光の外部への出力を遮断するとともに、波長可変レーザ素子12の待機状態を解除して、波長可変レーザ素子12のレーザ光を外部に出力させる。なお、波長可変レーザ素子11のレーザ光の周波数が周波数f2に略一致したとの判定は、波長可変レーザ素子11のレーザ光の周波数が周波数f2に完全に一致した場合や、波長可変レーザ素子11のレーザ光の周波数が周波数f2から所定の誤差範囲内に到達した場合になされる。
Subsequently, the control unit 50 performs step C. That is, when it is determined that the frequency of the laser light from the wavelength
つづいて、制御部50は、二回目のステップA~Cを行う。ただし、今度は、ステップAとしては、制御部50は、図7(a)のグラフの実線l32で示すように、波長可変レーザ素子12を発振させてレーザ光を外部に出力させながら、該レーザ光の周波数を、周波数f2から、第1周波数の他の一例である周波数f3まで連続的に掃引させる。また、制御部50は、ステップBとしては、この掃引の間に、破線l31´で示すように、波長可変レーザ素子11を周波数f3に設定してレーザ発振させるとともに、レーザ光の外部への出力を遮断して待機状態とする。このようなレーザ発振周波数の設定のときに、図7(a)のグラフにおいてスパイク状に示されるように、波長可変レーザ素子11が出力するレーザ光は、一時的に周波数が不安定になる場合がある。このような周波数が不安定になる現象は、たとえば波長可変レーザ素子11が、レーザ発振周波数が不連続に変化するモードホップが発生し得る波長可変レーザ素子である場合、モードホップによって発生する。しかしながら、ステップBでは、波長可変レーザ素子11のレーザ光は、外部への出力を遮断して待機状態とされているので、不安定な周波数や意図しない周波数のレーザ光が外部に出力されることはない。
Subsequently, the control unit 50 performs steps A to C for the second time. However, this time, as step A, the control unit 50 oscillates the wavelength
したがって、或る波長可変レーザ素子において、モードホップし易いレーザ発振周波数が予め分かってれば、その周波数が含まれる周波数範囲では連続掃引はせず、待機状態とすることが好ましい。たとえば、波長可変レーザ素子がバーニア型である場合、スーパーモードが変わるときにモーホップが起こりやすい。 Therefore, in a certain wavelength tunable laser element, if the laser oscillation frequency at which mode hopping is likely to occur is known in advance, it is preferable not to perform continuous sweeping in the frequency range that includes that frequency, but instead to enter a standby state. For example, if the wavelength tunable laser element is a vernier type, mo-hop is likely to occur when the supermode changes.
つづいて、制御部50は、ステップCを行う。すなわち、波長可変レーザ素子12のレーザ光の周波数が周波数f3に略一致したと判定した場合、波長可変レーザ素子12のレーザ光の外部への出力を遮断するとともに、波長可変レーザ素子11の待機状態を解除して、波長可変レーザ素子11のレーザ光を外部に出力させる。このようなステップA~Cは、設定された連続掃引の終了周波数まで繰り返し行われる。
Subsequently, the control unit 50 performs step C. That is, when it is determined that the frequency of the laser light from the wavelength
上記のステップA~Cは、連続掃引の開始周波数および終了周波数に応じて、少なくとも1回行われる。 The above steps A to C are performed at least once depending on the starting and ending frequencies of the continuous sweep.
以上のように構成された波長可変レーザ装置100では、図7(b)のグラフで示されるように、広帯域で連続的に周波数を変化させる際に、出力されるレーザ光の周波数の安定性が高い。
In the wavelength
また、波長可変レーザ装置100では、波長可変レーザ素子11、12の2つの波長可変レーザ素子のレーザ光の周波数をモニタするために、共通のモニタ部40を使用しているので、それぞれのレーザ光の周波数のモニタ値の相対的な差を小さくすることができる。
Further, in the wavelength
なお、波長可変レーザ素子11または12のレーザ光の周波数を掃引する周波数幅(掃引開始周波数と掃引終了周波数との差分)は、モードホップを抑制する観点から、波長可変レーザ素子11または12の共振器モードの周波数間隔の3倍より小さい方が好ましい。また、当該範囲の下限は、特に限られないが、たとえば共振器モードの周波数間隔の1倍である。
From the viewpoint of suppressing mode hopping, the frequency width for sweeping the frequency of the laser light of the wavelength
波長可変レーザ装置100の動作についてさらに説明する。図8は、レーザ光の周波数の掃引の一例のフロー図である。図8に示すフロー図は、波長可変レーザ素子11(以下、適宜LD(A)とする)がレーザ光を外部に出力しながら該レーザ光の周波数が周波数f1から周波数f2まで連続的に掃引されており、波長可変レーザ素子12(以下、適宜LD(B)とする)が周波数f2でレーザ発振しながら待機状態となっており、かつ、LD(A)のレーザ光の周波数が周波数f2に略一致したと判定した場合から始まる。
The operation of the wavelength
この場合、ステップS101において、制御部50は、LD(A)のレーザ光の外部への出力を遮断する。つづいて、ステップS102において、制御部50は、LD(B)のレーザ光の外部への出力の遮断を解除し、LD(B)のレーザ光の掃引を開始する。 In this case, in step S101, the control unit 50 cuts off the output of the laser light from the LD(A) to the outside. Subsequently, in step S102, the control unit 50 cancels the blocking of the output of the laser light of LD(B) to the outside, and starts sweeping the laser light of LD(B).
つづいて、ステップS103において、制御部50は、LD(A)のレーザ発振周波数の周波数目標値がf3となるように、LD(A)の駆動条件を変更し、さらにフィードバック制御を行う。 Subsequently, in step S103, the control unit 50 changes the driving conditions of LD(A) so that the frequency target value of the laser oscillation frequency of LD(A) becomes f3, and further performs feedback control.
つづいて、ステップS104において、制御部50は、LD(A)のレーザ発振周波数が安定したかを判定する。レーザ発振周波数が安定したか否かは、たとえば、所定期間にわたってまたは所定モニタ回数だけ、モニタ部40を用いてモニタしたレーザ光L22(図1、5参照)の周波数が所定の誤差範囲内であるか否かによって判定する。
Subsequently, in step S104, the controller 50 determines whether the laser oscillation frequency of LD(A) has stabilized. Whether or not the laser oscillation frequency is stabilized is determined, for example, if the frequency of the laser light L22 (see FIGS. 1 and 5) monitored by the
レーザ発振周波数が安定していないと判定した場合(ステップS104、No)、制御部50は、ステップS104を再度実行する。レーザ発振周波数は安定したと判定した場合(ステップS104、Yes)、制御部50は、ステップS105を実行する。 When determining that the laser oscillation frequency is not stable (step S104, No), the control unit 50 executes step S104 again. If it is determined that the laser oscillation frequency has stabilized (step S104, Yes), the controller 50 executes step S105.
ステップS105において、制御部50は、モニタ部40を用いてモニタしたレーザ光L22の周波数を切替閾値として記憶部に記憶する。
In step S105, the control unit 50 stores the frequency of the laser light L22 monitored using the
つづいて、ステップS106において、制御部50は、掃引しているLD(B)の現在周波数と切替閾値との誤差が一定値以下に収まったかを判定する。ステップS106は、LD(B)のレーザ光の周波数が周波数f3に略一致したと判定するステップの一例である。 Subsequently, in step S106, the control unit 50 determines whether the error between the current frequency of the sweeping LD(B) and the switching threshold has fallen below a certain value. Step S106 is an example of a step of determining that the frequency of the laser light of LD(B) substantially matches the frequency f3.
誤差が一定値以下に収まっていないと判定した場合(ステップS106、No)、制御部50は、ステップS106を再度実行する。誤差が一定値以下に収まったと判定した場合、制御部50は、ステップS107を実行する。 If it is determined that the error is not within the certain value (step S106, No), the control unit 50 executes step S106 again. If it is determined that the error has fallen below the constant value, the control unit 50 executes step S107.
ステップS107において、制御部50は、LD(B)のレーザ光の外部への出力を遮断する。つづいて、ステップS108において、制御部50は、LD(A)のレーザ光の外部への出力の遮断を解除し、LD(A)のレーザ光の掃引を開始する。 In step S107, the control unit 50 cuts off the output of the laser light from the LD (B) to the outside. Subsequently, in step S108, the control unit 50 cancels the blocking of the output of the laser light of LD(A) to the outside, and starts sweeping the laser light of LD(A).
図8に示すフローでは、制御部50が、LD(B)のレーザ光の周波数が周波数f3に略一致したと判定した場合とは、レーザ発振周波数を周波数f3に設定した状態のLD(A)のレーザ発振周波数をモニタ部40を用いてモニタし、モニタしているレーザ発振周波数(切替閾値)と、掃引させている波長可変レーザ素子の現在のレーザ発振周波数とが略一致したと判定した場合である。これにより、掃引する波長可変レーザ素子の切替の際に出力されるレーザ光の周波数が不連続に変化することが、より確実に抑制される。
In the flow shown in FIG. 8, when the control unit 50 determines that the frequency of the laser light of LD (B) substantially matches the frequency f3, LD (A) in a state where the laser oscillation frequency is set to the frequency f3. is monitored using the
また、図8に示すフローでは、複数の波長可変レーザ素子に含まれる波長可変レーザ素子の数をMとし、制御部50が第1波長可変レーザ素子のレーザ光の外部への出力を遮断するとともに、第2波長可変レーザ素子の待機状態を解除して、第2波長可変レーザ素子のレーザ光を外部に出力させる回数をNとすると、N≧Mが成り立つ。図8に示すフローでは、具体的には、Mは2であり、Nも2である。このように、N≧Mが成り立つ状態では、波長可変レーザ素子の数に比して、比較的広帯域にレーザ光の周波数を掃引できる。 Further, in the flow shown in FIG. 8, the number of wavelength tunable laser elements included in the plurality of wavelength tunable laser elements is M, and the controller 50 cuts off the output of the laser light from the first wavelength tunable laser element to the outside. , N≧M, where N is the number of times the second wavelength tunable laser device is released from the standby state and the laser beam of the second wavelength tunable laser device is output to the outside. Specifically, in the flow shown in FIG. 8, M is two and N is also two. In this way, when N≧M, the frequency of the laser light can be swept over a relatively wide band compared to the number of wavelength tunable laser elements.
(実施形態2)
図9は、実施形態2に係る波長可変レーザ装置の模式的な構成図である。波長可変レーザ装置100Aは、図1に示す波長可変レーザ装置100の光カプラ21、22、出力切替部30、およびモニタ部40を、それぞれ、光カプラ21A、22A、出力切替部30A、およびモニタ部40Aに置き換えた構成を有する。
(Embodiment 2)
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a wavelength tunable laser device according to Embodiment 2. FIG. The wavelength
光カプラ21Aは、波長可変レーザ素子11が出力したレーザ光L1が入力され、レーザ光L1をレーザ光L11とレーザ光L12とに分岐し、レーザ光L11を出力切替部30Aに出力し、レーザ光L12をモニタ部40Aに出力する。
The
光カプラ22Aは、波長可変レーザ素子12が出力したレーザ光L2が入力され、レーザ光L2をレーザ光L21とレーザ光L22とに分岐し、レーザ光L21を出力切替部30に出力し、レーザ光L22をモニタ部40に出力する。
The
出力切替部30Aは、レーザ光L11、L21が入力され、制御部50の制御によってレーザ光L11、L21のうち一つを選択的に出力する2×1の光スイッチを有する。出力切替部30Aは、たとえばマッハツェンダ型の光スイッチを用いて構成することができる。
The
モニタ部40Aは、フィルタ42と、光検出器43A1、43A2とを備えている。フィルタ42は、波長可変レーザ素子11からのレーザ光L12が一方である第1ポート42a側から入力するともに、波長可変レーザ素子12からのレーザ光L22が他方である第2ポート42b側から入力する。フィルタ42を透過した後のレーザ光L12であるレーザ光L13は第2ポート42b側から出力する。フィルタ42を透過した後のレーザ光L22であるレーザ光L23は第1ポート42a側から出力する。
The
光カプラ21Aは、レーザ光L23が入力され、これを光検出器43A2に出力する。光カプラ22Aは、レーザ光13が入力され、これを光検出器43A1に出力する。
The
光検出器43A1は、レーザ光L13を受光し、受光強度に応じた電流値の電流信号を制御部50に出力する。光検出器43A2は、レーザ光L23を受光し、受光強度に応じた電流値の電流信号を制御部50に出力する。 The photodetector 43A1 receives the laser beam L13 and outputs a current signal having a current value corresponding to the received light intensity to the control unit 50 . The photodetector 43A2 receives the laser beam L23 and outputs a current signal having a current value corresponding to the received light intensity to the control unit 50 .
制御部50では、光検出器43A1、43A2のPD電流値とレーザ発振周波数との対応関係に基づいて、レーザ光L13、L23の周波数をモニタする。このような対応関係は実験等によって事前に求められ、記憶部にテーブルデータや関係式として記憶されている。 The controller 50 monitors the frequencies of the laser beams L13 and L23 based on the correspondence between the PD current values of the photodetectors 43A1 and 43A2 and the laser oscillation frequencies. Such a correspondence relationship is obtained in advance by experiments or the like, and is stored in the storage unit as table data or relational expressions.
以上のように構成された波長可変レーザ装置100Aでは、波長可変レーザ装置100と同様に、広帯域で連続的に周波数を変化させる際に、出力されるレーザ光の周波数の安定性が高い。さらに、波長可変レーザ装置100Aでは、送信している波長可変レーザ素子のレーザ光の周波数と、待機状態にある波長可変レーザ素子のレーザ光の周波数とを同時にモニタすることができるので、それぞれのレーザ光に対して、周波数の掃引と待機状態における周波数の設定とを、個別かつ同時に実施することができる。これにより、より正確なまたは連続性の高い掃引を実現できる。
In the wavelength
(実施形態3)
図10は、実施形態3に係る波長可変レーザ装置の模式的な構成図である。波長可変レーザ装置100Bは、図9に示す波長可変レーザ装置100Aのモニタ部40Aをモニタ部40Bに置き換え、光カプラ21B、22Bを追加した構成を有する。
(Embodiment 3)
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a wavelength tunable laser device according to Embodiment 3. FIG. The wavelength
モニタ部40Bは、モニタ部40Aに光検出器43B1、43B2を追加した構成を有する。
The
光カプラ21Bは、レーザ光L12、L23を透過するとともに、レーザ光L12の一部であるレーザ光L14を取り出して光検出器43B1に出力する。光カプラ22Bは、レーザ光L13、L22を透過するとともに、レーザ光L22の一部であるレーザ光L24を取り出して光検出器43B2に出力する。
The
光検出器43B1は、レーザ光L14を受光し、受光強度に応じた電流値の電流信号を制御部50に出力する。光検出器43B2は、レーザ光L24を受光し、受光強度に応じた電流値の電流信号を制御部50に出力する。 The photodetector 43B1 receives the laser beam L14 and outputs a current signal having a current value corresponding to the received light intensity to the control unit 50 . The photodetector 43B2 receives the laser beam L24 and outputs a current signal having a current value corresponding to the intensity of the received light to the controller 50 .
制御部50では、光検出器43B1のPD電流値に対する光検出器43A1のPD電流値の比(PD電流比)とレーザ発振周波数との対応関係に基づいて、レーザ光L13の周波数をモニタする。また、制御部50では、光検出器43B2のPD電流値に対する光検出器43A2のPD電流値の比(PD電流比)とレーザ発振周波数との対応関係に基づいて、レーザ光L23の周波数をモニタする。このような対応関係は実験等によって事前に求められ、記憶部にテーブルデータや関係式として記憶されている。 The controller 50 monitors the frequency of the laser light L13 based on the correspondence relationship between the ratio of the PD current value of the photodetector 43A1 to the PD current value of the photodetector 43B1 (PD current ratio) and the laser oscillation frequency. Further, the controller 50 monitors the frequency of the laser light L23 based on the correspondence relationship between the ratio of the PD current value of the photodetector 43A2 to the PD current value of the photodetector 43B2 (PD current ratio) and the laser oscillation frequency. do. Such a correspondence relationship is obtained in advance by experiments or the like, and is stored in the storage unit as table data or relational expressions.
以上のように構成された波長可変レーザ装置100Bでは、波長可変レーザ装置100Aと同様に、広帯域で連続的に周波数を変化させる際に、出力されるレーザ光の周波数の安定性が高く、かつ、より正確なまたは連続性の高い掃引を実現できる。
In the wavelength
また、波長可変レーザ装置100Bでは、PD電流比に基づいてレーザ光の周波数をモニタする。たとえば経年的に波長可変レーザ素子のレーザ光の強度が変化した場合、PD電流値はレーザ光の強度の変化に伴って変化するが、PD電流比は略一定であるので、レーザ光の周波数のモニタ精度の低下が抑制される。
Further, the wavelength
(モニタ部のフィルタの構成の一例)
図6を参照して説明した例では、制御部50は、PD電流値と弁別曲線とに基づいてレーザ光の周波数を判定する。ここで、図11における、2本の破線で挟まれた両矢印Arで示される領域では、周波数の変化に対するPD電流値の変化が大きい(弁別曲線の傾きが大きい)ので、周波数の判定精度が比較的高い。しかしながら、両矢印Arの範囲外では、弁別曲線の傾きが小さいので周波数の判定精度が比較的低くなる。このような範囲外の領域は不感帯などとも呼ばれる。
(An example of the filter configuration of the monitor section)
In the example described with reference to FIG. 6, the controller 50 determines the frequency of the laser light based on the PD current value and the discrimination curve. Here, in the region indicated by the double-headed arrow Ar sandwiched between the two broken lines in FIG. Relatively high. However, outside the range of the double-headed arrow Ar, the slope of the discrimination curve is small, so the accuracy of frequency determination is relatively low. Such an out-of-range area is also called a dead zone or the like.
そこで、たとえば図11に示すように、互いに位相が異なる複数の弁別曲線C1、C2を用意し、点P1で表される周波数をモニタする場合には弁別曲線C1を使用し、点P2で表される周波数をモニタする場合には弁別曲線C2を使用すれば、周波数によらず判定精度を比較的高くできる。 Therefore, for example, as shown in FIG. 11, a plurality of discrimination curves C1 and C2 having mutually different phases are prepared, and when the frequency represented by point P1 is monitored, the discrimination curve C1 is used and the frequency represented by point P2 is used. If the discrimination curve C2 is used when monitoring the frequency at which the signal is detected, the determination accuracy can be relatively high regardless of the frequency.
図12は、複数の弁別曲線を用意する構成の一例を示す図である。図12に示す構成では、モニタ部は、フィルタ42と、フィルタ42の周波数特性を変更する変更手段60とを備えている。変更手段60は、ペルチェ素子などの温度調節素子や、ピエゾ素子等の応力印加素子を用いて構成される。変更手段60は、フィルタ42の温度やフィルタ42に掛かる応力を変更することで、フィルタ42の周波数特性をたとえば図11の弁別曲線C1やC2のように変更することができる。
FIG. 12 is a diagram showing an example of a configuration for preparing a plurality of discrimination curves. In the configuration shown in FIG. 12, the monitor section includes a
図13は、複数の弁別曲線を用意する構成の他の一例を示す図である。図13に示す構成では、モニタ部40Cは、図5に示すモニタ部40の構成において、フィルタ42をフィルタ42C1、42C2に置き換え、光検出器43を光検出器43C1、43C2に置き換え、光カプラ44Cを追加した構成を有する。フィルタ42C1、42C2は、光の周波数に対して周期的な応答特性を有し、かつ互いに周波数特性が異なる複数のフィルタの一例である。
FIG. 13 is a diagram showing another example of a configuration for preparing a plurality of discrimination curves. In the configuration shown in FIG. 13, the
光スイッチ41は、制御部50の制御により、レーザ光L12またはレーザ光L22を、レーザ光L4として選択的に通過させる。光カプラ44Cは、レーザ光L4をレーザ光L41とレーザ光L42とに分岐する。フィルタ42C1は、たとえば図11の弁別曲線C1のような特性を有し、レーザ光L41の周波数に応じた透過率でレーザ光L41を透過する。フィルタ42C1を透過後のレーザ光L41をレーザ光L51とする。光検出器43C1は、レーザ光L51を受光し、受光強度に応じた電流値の電流信号を制御部50に出力する。フィルタ42C2は、たとえば図11の弁別曲線C2のような特性を有し、レーザ光L42の周波数に応じた透過率でレーザ光L42を透過する。フィルタ42C2を透過後のレーザ光L42をレーザ光L52とする。光検出器43C2は、レーザ光L52を受光し、受光強度に応じた電流値の電流信号を制御部50に出力する。
The
制御部50では、光検出器43C1または43C2からのPD電流値とレーザ発振周波数との対応関係に基づいて、レーザ光L51またはL52の周波数をモニタする。このような対応関係は実験等によって事前に求められ、記憶部にテーブルデータや関係式として記憶されている。 The controller 50 monitors the frequency of the laser light L51 or L52 based on the correspondence between the PD current value from the photodetector 43C1 or 43C2 and the laser oscillation frequency. Such a correspondence relationship is obtained in advance by experiments or the like, and is stored in the storage unit as table data or relational expressions.
制御部50では、光検出器43C1からのPD電流値と光検出器43C2からのPD電流値とを演算した演算値(例えば線形結合した値)と、レーザ発振周波数との対応関係に基づいて、レーザ光L51およびL52の周波数をモニタしてもよい。このような演算値には、レーザ光L51およびL52の周波数に対して不感帯となっていないフィルタの弁別曲線の効果が含まれるので、周波数によらず判定精度を比較的高くできる。 In the control unit 50, based on the correspondence between a calculated value (for example, a linear combination value) obtained by calculating the PD current value from the photodetector 43C1 and the PD current value from the photodetector 43C2 and the laser oscillation frequency, The frequencies of the laser beams L51 and L52 may be monitored. Since such a calculated value includes the effect of the discrimination curve of the filter that does not have a dead band with respect to the frequencies of the laser beams L51 and L52, the determination accuracy can be relatively high regardless of the frequency.
(掃引する周波数幅)
上記実施形態において、波長可変レーザ素子11のレーザ光の周波数を連続的に掃引させる周波数幅Δf1と、波長可変レーザ素子12のレーザ光の周波数を連続的に掃引させる周波数幅Δf2とは、同じでもよいが、異なってもよい。
(Swept frequency width)
In the above embodiment, the frequency width Δf1 for continuously sweeping the frequency of the laser light from the wavelength
図14は、2つの掃引の周波数幅が異なる一例の説明図である。図14(a)に示すように、本例では、波長可変レーザ素子11のレーザ発振周波数を周波数fa(波長λa)から周波数fb(波長λb)まで連続的に掃引しており、Δf1=|fb-fa|である。一方、波長可変レーザ素子12のレーザ発振周波数を周波数fb(波長λb)から周波数fc(波長λc)まで連続的に掃引しており、Δf2=|fc-fb|である。そして、Δf2>Δf1である。本例では、外部にレーザ光を出力する波長可変レーザ素子を、周波数fa、fb、fcにて切り替えていることとなる。
FIG. 14 is an explanatory diagram of an example in which two sweeps have different frequency widths. As shown in FIG. 14A, in this example, the laser oscillation frequency of the wavelength
この場合、図14(b)で弁別曲線状に丸、三角、四角の記号で示すように、切り替えの周波数はいずれも不感帯ではなく、矢印Arで示す波長判定精度が比較的高い領域にある。このようにすれば、外部にレーザ光を出力する波長可変レーザ素子を切り替えるタイミングの周波数精度を比較的高くできる。 In this case, as indicated by circles, triangles, and squares on the discrimination curve in FIG. 14(b), the switching frequencies are not in the dead zone, but are in the region where the wavelength determination accuracy is relatively high as indicated by the arrow Ar. By doing so, the frequency accuracy of the switching timing of the wavelength tunable laser element that outputs laser light to the outside can be made relatively high.
(モニタ部のさらに他の一例の構成)
上記実施形態では、たとえばモニタ部40を、光の周波数に対して周期的な応答特性を有するフィルタ42を用いて構成しているが、モニタ部の構成はこれに限定されない。たとえば、モニタ部は、たとえば以下の図15に示すように、ヘテロダイン検波によってレーザ光の周波数をモニタするように構成されていてもよい。
(Construction of still another example of the monitor section)
In the above embodiment, for example, the
図15は、モニタ部のさらに他の一例の構成図である。モニタ部40Dは、光合波器41Dと光検出器43とを備えている。光合波器41Dはレーザ光L12とL22とを合波してレーザ光L6として光検出器43に出力する。光検出器43は、レーザ光L6を受光し、受光強度に応じた電流値の電流信号を制御部50に出力する。
FIG. 15 is a configuration diagram of still another example of the monitor section. The
ここで、レーザ光L6にはレーザ光L12とL22との差周波成分が含まれている。制御部50は、光検出器43から差周波成分を検知して、レーザ光L12とL22との周波数差を判定する。そして、周波数差が所定の範囲内に入ったら、レーザ光L12の周波数とレーザ光L22の周波数とが略一致したと判定する。
Here, the laser beam L6 contains a difference frequency component between the laser beams L12 and L22. The controller 50 detects the difference frequency component from the
このような構成のモニタ部40Dでは、レーザ光L12とL22とのいずれかを選択するような光スイッチの制御が不要であり、制御を省略できる。
In the
なお、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各実施形態の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。 In addition, the present invention is not limited by the above-described embodiment. The present invention also includes a configuration obtained by appropriately combining the constituent elements of the above-described embodiments. Further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Therefore, broader aspects of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible.
11、12:波長可変レーザ素子
11a :第1反射ミラー
11b :利得部
11c :位相調整部
11d :第2反射ミラー
13 :レーザ光
21、21A、21B、22、22A、22B、33、44C:光カプラ
30、30A:出力切替部
31、32:光遮断素子
40、40A、40B、40C、40D:モニタ部
41 :光スイッチ
41D :光合波器
42、42C1、42C2:フィルタ
42a :第1ポート
42b :第2ポート
43、43A1、43A2、43B1、43B2、43C1、43C2:光検出器
50 :制御部
60 :変更手段
100、100A、100B:波長可変レーザ装置
Ar :矢印
C1、C2:弁別曲線
L1、L11、L12、L13、L14、L2、L21、L22、L23、L24、L3、L4、L41、L42、L5、L51、L52、L6:レーザ光
l31、l32:実線
l31´、l32´:破線
11, 12: wavelength
Claims (12)
制御部と、
を備え、外部に出力するレーザ光の周波数を連続的に掃引する波長可変レーザ装置であって、
前記制御部が、
前記第1波長可変レーザ素子を発振させてレーザ光を外部に出力させながら該レーザ光の周波数を第1周波数まで連続的に掃引させ、
前記掃引の間に、前記第2波長可変レーザ素子のレーザ発振周波数を前記第1周波数に設定してレーザ発振させるとともに、レーザ光の外部への出力を遮断して待機状態とし、
前記第1波長可変レーザ素子のレーザ光の周波数が前記第1周波数に略一致したと判定した場合、前記第1波長可変レーザ素子のレーザ光の外部への出力を遮断するとともに、前記第2波長可変レーザ素子の待機状態を解除して、前記第2波長可変レーザ素子のレーザ光を外部に出力させる、
ステップを少なくとも一回行う
波長可変レーザ装置。 a plurality of wavelength tunable laser elements including a first wavelength tunable laser element and a second wavelength tunable laser element capable of changing a laser oscillation frequency;
a control unit;
A wavelength tunable laser device that continuously sweeps the frequency of laser light to be output to the outside,
The control unit
continuously sweeping the frequency of the laser light to a first frequency while oscillating the first wavelength tunable laser element and outputting the laser light to the outside;
During the sweep, the laser oscillation frequency of the second wavelength tunable laser element is set to the first frequency to cause laser oscillation, and output of the laser light to the outside is cut off to enter a standby state;
When it is determined that the frequency of the laser light from the first wavelength tunable laser element substantially matches the first frequency, output of the laser light from the first wavelength tunable laser element to the outside is cut off and the second wavelength is selected. releasing the standby state of the tunable laser element and outputting the laser light of the second wavelength tunable laser element to the outside;
A tunable laser device that performs the step at least once.
請求項1に記載の波長可変レーザ装置。 2. The wavelength tunable laser according to claim 1, wherein the controller oscillates the first wavelength tunable laser element and the second wavelength tunable laser element at a predetermined frequency based on control parameters stored in a storage unit. Device.
請求項1または2に記載の波長可変レーザ装置。 Let M be the number of wavelength tunable laser elements included in the plurality of wavelength tunable laser elements, and the controller cuts off the output of laser light from the first wavelength tunable laser element to the outside and the second wavelength tunable laser element. 3. The wavelength tunable laser device according to claim 1, wherein N≧M, where N is the number of times the device is released from the standby state and the laser beam of the second wavelength tunable laser device is output to the outside.
請求項1~3のいずれか一つに記載の波長可変レーザ装置。 The wavelength tunable laser device according to any one of claims 1 to 3, wherein the wavelength tunable laser element can generate a mode hop in which the laser oscillation frequency changes discontinuously.
請求項1~4のいずれか一つに記載の波長可変レーザ装置。 The frequency width for sweeping the frequency of the laser light of the first tunable laser element or the second tunable laser element is the frequency interval of the cavity mode of the first tunable laser element or the second tunable laser element. The wavelength tunable laser device according to any one of claims 1 to 4, which is smaller than three times.
前記制御部が、前記第1波長可変レーザ素子のレーザ光の周波数が前記第1周波数に略一致したと判定した場合とは、レーザ発振周波数を前記第1周波数に設定した状態の前記第2波長可変レーザ素子のレーザ発振周波数を前記モニタ部を用いてモニタし、前記モニタしているレーザ発振周波数と前記掃引させている波長可変レーザ素子の現在のレーザ発振周波数とが略一致したと判定した場合である
請求項1~5のいずれか一つに記載の波長可変レーザ装置。 Equipped with a monitor unit for monitoring the frequency of the laser light,
When the control unit determines that the frequency of the laser light from the first wavelength tunable laser element substantially matches the first frequency, the second wavelength in a state where the laser oscillation frequency is set to the first frequency When the laser oscillation frequency of the tunable laser element is monitored using the monitor section, and it is determined that the monitored laser oscillation frequency substantially matches the current laser oscillation frequency of the swept wavelength tunable laser element. The wavelength tunable laser device according to any one of claims 1 to 5.
請求項6に記載の波長可変レーザ装置。 The monitor section includes a filter having a periodic response characteristic with respect to the frequency of light. 7. The wavelength tunable laser device according to claim 6, wherein the laser light of the element is input from the other of said filters.
請求項6に記載の波長可変レーザ装置。 7. The wavelength tunable laser device according to claim 6, wherein said monitor unit comprises a filter having a periodic response characteristic with respect to the frequency of light, and changing means for changing the frequency characteristic of said filter.
請求項6に記載の波長可変レーザ装置。 7. The wavelength tunable laser device according to claim 6, wherein the monitor unit has a plurality of filters having periodic response characteristics with respect to the frequency of light and different frequency characteristics from each other.
請求項6に記載の波長可変レーザ装置。 7. The wavelength tunable laser device according to claim 6, wherein the monitor section is configured to monitor the frequency of the laser light by heterodyne detection.
前記第1波長可変レーザ素子のレーザ光の周波数を連続的に掃引させる周波数幅と、前記第2波長可変レーザ素子のレーザ光の周波数を連続的に掃引させる周波数幅と、が異なる
請求項1~10のいずれか一つに記載の波長可変レーザ装置。 continuously sweeping the frequency of the laser light while oscillating the second wavelength tunable laser element and outputting the laser light to the outside;
The frequency width for continuously sweeping the frequency of the laser light from the first wavelength tunable laser element is different from the frequency width for continuously sweeping the frequency of the laser light from the second wavelength tunable laser element. 11. The wavelength tunable laser device according to any one of 10.
制御部と、
を備え、外部に出力するレーザ光の周波数を連続的に掃引する波長可変レーザ装置の制御方法であって、
前記制御部が、
前記第1波長可変レーザ素子を発振させてレーザ光を外部に出力させながら該レーザ光の周波数を第1周波数まで連続的に掃引させ、
前記掃引の間に、前記第2波長可変レーザ素子のレーザ発振周波数を前記第1周波数に設定してレーザ発振させるとともに、レーザ光の外部への出力を遮断して待機状態とし、
前記第1波長可変レーザ素子のレーザ光の周波数が前記第1周波数に略一致したと判定した場合、前記第1波長可変レーザ素子のレーザ光の外部への出力を遮断するとともに、前記第2波長可変レーザ素子の待機状態を解除して、前記第2波長可変レーザ素子のレーザ光を外部に出力させる、
ステップを少なくとも一回行う
波長可変レーザ装置の制御方法。 a plurality of wavelength tunable laser elements including a first wavelength tunable laser element and a second wavelength tunable laser element capable of changing a laser oscillation frequency;
a control unit;
A control method for a wavelength tunable laser device that continuously sweeps the frequency of laser light to be output to the outside, comprising:
The control unit
continuously sweeping the frequency of the laser light to a first frequency while oscillating the first wavelength tunable laser element and outputting the laser light to the outside;
During the sweep, the laser oscillation frequency of the second wavelength tunable laser element is set to the first frequency to cause laser oscillation, and output of the laser light to the outside is cut off to enter a standby state;
When it is determined that the frequency of the laser light from the first wavelength tunable laser element substantially matches the first frequency, output of the laser light from the first wavelength tunable laser element to the outside is cut off and the second wavelength is selected. releasing the standby state of the tunable laser element and outputting the laser light of the second wavelength tunable laser element to the outside;
A method of controlling a tunable laser device, wherein the step is performed at least once.
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