JP3022808B2 - 可変波長光源 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザダイオード
を用いた外部共振型の可変波長光源に関し、特に、不要
なモードホップの発生を防止するとともに波長確度を向
上させるための可変波長光源に関する。

【０００２】

【従来の技術】出力光の波長を可変できる可変波長光源
は、例えば図９に示すように構成されている。この可変
波長光源は、励起用電源の供給を受けたレーザダイオー
ド２が、そのレーザダイオード２との間で共振器を形成
する回折格子（グレーティング）３によって選択された
縦モードのレーザ光を発振出力する外部共振型のもので
あり、図１０に示すようにレーザダイオード２と回折格
子３とによって決まる波長間隔λｐの縦モードＭ（１）
〜Ｍ（ｍ）のなかから、例えば回折格子３の波長選択特
性Ａによってｎ番目の縦モードＭ（ｎ）を選択してこの
波長λ（ｎ）の光を出力する。

【０００３】回折格子３の選択波長はその角度によって
変化させることができ、可変波長光源では、この回折格
子３の角度を回動装置４によって変化させることにより
出力光の波長をλｐ間隔でステップ変化させることがで
きる。

【０００４】このように出力波長をステップ変化させる
ことができる従来の可変波長光源で、指定した波長の光
を出力させるためには、光学系の設計値等に基づいて、
各縦モードの波長と回折格子３の波長選択特性とが合う
ための回折格子３の角度を求めてこれを図示しないメモ
リに記憶しておき、指定された波長に対応する角度デー
タφをメモリから読み出して回動装置４に設定するよう
にしている。

【０００５】また、図１１に示す可変波長光源は、レー
ザダイオード２に縦モードの波長を変化させるための位
相調整領域が設けられ、その位相調整領域に電流供給回
路５から供給される位相調整電流を可変することで縦モ
ードの波長を連続的に可変し、出力波長の連続可変を可
能にしたものである。

【０００６】このように出力波長を連続的に変化させる
ことができる可変波長光源では、縦モードの波長自体が
位相調整電流によって変化するので、出力波長の変化、
即ち位相調整電流の変化に合わせて回折格子３の角度も
変化させる必要がある。このため、図１２（ａ）に示す
ように波長に対応する回折格子の角度データと、図１２
（ｂ）に示すように波長に対する電流データとを予めメ
モリに記憶しておき、指定された波長に対応する角度デ
ータφと電流データＩを回動装置と電流供給回路５にそ
れぞれ設定することによって、指定波長の光を出力させ
るようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
ダイオード２や回折格子３の特性のバラツキ、あるいは
回折格子３を回動するための回動装置４の回動機構の精
度によって、例えば図１０のＢのように縦モードの波長
と回折格子３の波長選択特性とがずれてしまう場合があ
る。

【０００８】また、光源製造時には縦モードの波長と回
折格子３の波長選択特性とが合っていても、回動装置４
の経年変化等によって、図１２（ａ）のＣのように指定
した波長に対する実際の角度がずれて、縦モードの波長
と回折格子の波長選択特性とが合わなくなってしまうこ
ともある。

【０００９】このように縦モードの波長と回折格子３の
波長選択特性とのずれが生じると、予期していない回折
格子３の角度位置で不要のモードホップが生じて所望の
波長の光が得られなくなってしまう。

【００１０】例えば、図１１に示した可変波長光源で、
図１３（ａ）に示すような透過特性を有する光フィルタ
を、前記した縦モードの波長と回折格子３の波長選択特
性とのずれがある状態で測定すると、図１３（ｂ）のａ
〜ｆのように不要なモードホップによる誤った測定結果
が得られてしまう。

【００１１】また、従来の装置でモードホップの補正を
行うべく、各モードホップ角を測定し実測した隣接する
モードホップ角の中間を縦モード波長λ（ｎ）に対応す
る回転角として設定する構成のものがある。しかし、実
際には図９中に記載のように、外部共振器型のレーザダ
イオードにおいては、レーザダイオード２と回折格子３
との間での共振長Ｌ１と、レーザダイオード２内部での
ファブリペローモードでの共振長Ｌ２と、を有する複合
共振器が構成されるため、検出されたモードホップ角の
間隔は均一ではなく、周期的に変化するためこれに対応
できなかった。また、全波長帯域に渡ってモードホップ
角を測定するには長時間を要する問題があった。

【００１２】上記レーザダイオード２のファブリペロー
モードは、所定の共振器長を有する２電極のレーザダイ
オード２の接合部のリーク電流や温度変化を要因とし、
位相が変化する現象であり、光源の電源投入毎に位相が
変化する可能性がある。図１４に示すように、光源は、
回折格子３のフィルタ特性Ａと、レーザダイオード２の
ファブリペローモードによるフィルタ特性Ｂとを有する
が、光源の電源投入毎にファブリペローモードによるフ
ィルタ特性Ｂ側の位相が図中点線方向に変化して相対的
に位置ずれが生じると、縦モード間隔に対応するグレー
ティングカウントが均一でない箇所が生じるため、モー
ドホップがより生じやすくなる虞れがあった。このファ
ブリペローモードは、所定周期（約５００ｐｍ）で存在
し、また、上記縦モードは、約２２ｐｍで存在する。こ
の為、ファブリペローモード１周期内には、約２３本の
縦モードが存在しており、この１周期毎に縦モード同士
の間隔（上記モードホップ角の間隔）が均一でない箇所
が発生している。

【００１３】上記ファブリペローモードの影響に加え
て、回折格子３における原点位置の精度が低い場合、上
記問題に加えて波長の絶対波長の劣化を招いた。即ち、
回折格子３は回動装置４によって回転角度が設定される
が、例えば回動装置４の原点位置がずれる等により、回
転角度と選択波長の関係に誤差が生じる。

【００１４】そこで、本発明は、上記の問題点を解消す
るべく、回折格子のフィルタとファブリペローモードの
相対的な位置ずれを無くし、また、出力光の波長検出に
基づき予期していない位置での不要なモードホップの発
生を防止して出力光の波長確度を向上させ、正確かつ安
定な波長を出力する可変波長光源を提供することを目的
としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、請求項１記載のように、レーザダイオー
ド（２）と、該レーザダイオードとの間で共振器を形成
する反射器（３）と、前記レーザダイオードの出力波長
を選択するために前記反射器を回転させる回動装置
（４）と、出力波長に対する前記反射器の角度ずれを検
出するための校正モードと指定された波長の光を出力す
るための通常モードとのいずれかを指定する動作モード
指定手段（２１）と、前記校正モードが指定されたとき
前記反射器の角度が連続的に変化するように前記回動装
置を制御する角度設定手段（２３）と、前記角度設定手
段によって前記反射器の角度が所定範囲を変化している
間、前記レーザダイオードの出力光の変化を測定し該測
定結果から前記レーザダイオードの出力波形のモードホ
ップが生じる前記反射器の角度を求めるモードホップ角
検出手段（３０）と、前記モードホップ角検出手段によ
って検出したモードホップ角に基づいて通常モード時に
おける出力波長と前記反射器の角度とを対応させるため
の補正角（Δφ）を求める演算手段（３６）と、出力波
長を検出し、設定波長との波長ずれ量（Δφｃ）を検出
して出力波長を校正するための出力波長検出手段（４
０）とを備え、前記演算手段は、前記角度設定手段に設
定する所定波長に対応する反射器の角度設定データにつ
いて、前記出力波長検出手段で検出された波長ずれ量、
及びモードホップ角検出手段（３０）によって検出され
たモードホップ角から求めた前記回折格子のフィルタと
前記レーザダイオードのファブリペローモードによるフ
ィルタの相対ずれ量（Δφｓ）に基づき、前記補正角
（Δφ）を再設定することを特徴としている。

【００１６】また、請求項２記載のように、前記出力波
長検出手段（４０）は、前記レーザダイオード（２）の
出力光を受けて２つの出力ポートに光出力し、一方の出
力ポートを外部に可変波長光源の出力光として出力する
光路選択器（２７ｂ）と、前記光路選択器のもう一方の
出力ポートに接続され、既知の波長を選択して出力する
波長選択素子（４１）と、前記波長選択素子の出力光を
光電変換する受光器（４２）と、前記受光器の出力レベ
ルをＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器（３２）と、前記Ａ／
Ｄ変換されたレベルデータを格納するメモリ（３４）
と、前記波長選択素子の波長と前記メモリのデータから
前記角度設定手段（２３）に設定するデータを波長補正
する演算手段（３６）とから構成され、前記演算手段
は、前記角度設定手段に設定する所定波長に対応する反
射器の補正角（Δφ）について、前記モードホップ角検
出手段（３０）によって検出されたモードホップ角に基
づいて求めた値を再設定する構成としてもよい。

【００１７】また、請求項３記載のように、出力波長検
出手段（４０）は、既知の波長の光を出力し光出力のＯ
ｎ／Ｏｆｆが可能な基準波長光源（４５）と、前記基準
波長光源の出力光と前記レーザダイオード（２）の出力
光を合波する光合波器（４６）と、前記光合波器で合波
された前記基準波長光源の出力光と前記レーザダイオー
ドの出力光とを入力し光電変換する受光器（４７）と、
前記受光器から出力されるビート信号の任意の周波数成
分の信号を検波する検波器（４８）と、前記検波器から
出力されるレベルをＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器（３
２）と、前記Ａ／Ｄ変換された検波レベルデータを格納
するメモリ（３４）と、前記基準波長光源の波長と前記
メモリの検波レベルデータから前記角度設定手段（２
３）に設定するデータを波長補正する演算手段（３６）
とから構成され、前記演算手段は、前記角度設定手段に
設定する所定波長に対応する反射器（３）の補正角（Δ
φ）について、前記モードホップ角検出手段（３０）に
よって検出されたモードホップ角に基づいて求めた値を
再設定するよう構成してもよい。

【００１８】また、請求項４記載のように、前記演算手
段（３６）は、予めメモリにモードホップ波長間隔の周
期的な変化を観測できる波長範囲の基準モードホップ波
長データを格納しておき、前記波長範囲にて複数のモー
ドホップ波長を測定し、該モードホップ波長をモードホ
ップ波長情報としてメモリに格納し、前記基準モードホ
ップ波長データと前記モードホップ情報を比較すること
により得られる前記相対ずれ量（Δφｓ）に基づき前記
反射器（３）の補正角（Δφ）を再設定する構成とする
ことができる。

【００１９】レーザダイオード２の出力光は、回転自在
な反射器（回折格子）３を介して出力波長が選択され
る。校正モード時には、出力波長に対する前記回折格子
３の角度ずれが検出され、この校正モードが指定された
ときには前記回折格子３の角度が連続的に変化される。
このとき、モードホップ角検出手段３０は、レーザダイ
オード２の出力光の変化を測定し該測定結果から前記レ
ーザダイオード２の出力波形のモードホップが生じる前
記回折格子２の角度が求められ、演算手段３６によって
検出したモードホップ角に基づいて通常モード時におけ
る出力波長と回折格子３の角度とを対応させるための補
正角Δφが求められる。この補正角Δφは、出力波長検
出手段４０で検出された出力波長の波長ずれ量Δφｃ及
び、レーザダイオード２のファブリペローモードフィル
タと、回折格子３のフィルタの複合フィルタによる相対
位置ずれ量Δφｓに基づき、再設定され、出力光の波長
確度を向上させた上で、この相対位置ずれによるモード
ホップの発生を回避できるようになる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明を説
明する。図１は本発明の可変波長光源の第１の実施形態
を示す構成図である。

【００２１】この可変波長光源は、前述したように、励
起用電源１の電源供給を受けて励起されるレーザダイオ
ード２が回折格子３の角度によって選択された縦モード
のレーザ光を出力する外部共振型の光源であり、回動装
置４による回折格子３の回転および電流供給回路５から
供給される位相調整電流の可変によって、出力光の波長
を所定範囲内で連続的に可変できるように構成されてい
る。回動装置４はパルスカウント値によりコントロール
されるモータで構成され、入力されるパルスカウントに
対応した角度で回折格子３を回動させる。

【００２２】なお、波長角度メモリ７には、図１２
（ａ）に示したように、波長に対する設計上の回折格子
３の角度データ（あるいは製造時の実測によって得た角
度データ）がカウント値として予め記憶されている。ま
た、波長電流メモリ８には、図１２（ｂ）に示したよう
に、波長に対する位相調整電流のデータが予め記憶され
ている。複数の縦モードの発生状態は図７に示されてい
る。図の横軸は波長に対応して回動装置４のモータに供
給するパルスカウントが示されている。同図（ａ）に示
すように、縦モードは出射光の全波長でほぼ等間隔に生
じるが、同図（ｂ）の拡大図には、ファブリペローモー
ドの１周期の範囲内において前述した縦モード同士の間
隔が均一でない箇所が発生している。ファブリペローモ
ードのフィルタ及び回折格子３のフィルタの複合フィル
タによる影響を受ける波長箇所では縦モードの間隔（カ
ウント値）は、他と異なり２５カウントになっている。
後述するように、図７（ｂ）に示す各縦モード間隔は、
それぞれのカウント値が波長角度メモリ７に内部データ
として記憶される。

【００２３】この光源には、出力波長に対する回折格子
の角度ずれを検出するための校正モードと、指定された
波長の光を出力する通常モードとのいずれかを指定する
ための動作モード指定手段２１が設けられている。

【００２４】出力波長設定手段２２は、レーザダイオー
ド２に基準の位相調整電流Ｉｏ（例えばゼロ）が供給さ
れているときの縦モード波長を予め記憶しており、校正
モード時に図示しない操作部によって波長λｏが指定さ
れると、この波長λｏに対して（λｏ−λｓ）から（λ
ｏ＋λｓ）までの波長データλを最少ステップΔλで可
変しながら角度設定手段２３および電流設定手段２５へ
出力する。また、通常モード時に波長がスポット指定さ
れると、その波長に対応する波長データを角度設定手段
２３および電流設定手段２５へ出力し、波長が範囲指定
されると、その指定された範囲の波長データを所定ステ
ップで角度設定手段２３および電流設定手段２５へ出力
する。なお、ここでλｓは、少なくとも２つのモードホ
ップ角が検出できるように縦モードの波長間隔λｐより
大きな値に設定されている。

【００２５】補正角度メモリ２４には、大略して３つの
記憶域が形成されている。Δφメモリ２４ａには上記補
正角Δφが記憶される。Δφｓメモリ２４ｂには上述し
た電源投入を要因とするファブリペローモードの位相変
化後（以降、ファブリ変動と略称する）に検出された回
折格子３のフィルタとの相対ずれ量Δφｓが記憶され
る。Δφｃメモリ２４ｃには後述する出力波長検出手段
４０で検出された出力光の全体波長のずれ量Δφｃが記
憶される。

【００２６】角度設定手段２３は、校正モード時には出
力波長設定手段２２からの波長データλに対応する角度
データφを波長角度メモリ７から読み出して回動装置４
へ設定する。この角度データφは、後述する校正モード
実行により、Δφｓに基づきファブリ変動が校正され、
Δφｃに基づき出力光の絶対波長が校正される。また、
通常モード時には出力波長設定手段２２からの波長デー
タλに対応する角度データφを補正角度メモリ２４に記
憶されている補正角Δφで補正（例えば加算補正）した
結果を回動装置４へ設定する。

【００２７】電流設定手段２５は、校正モード時にはレ
ーザダイオード２に基準の位相調整電流Ｉｏを流すため
の基準データを電流供給回路５に設定し、通常モード時
には出力波長設定手段２２からの波長データλに対応す
る電流データＩを波長電流メモリ８から読み出して電流
供給回路５に設定する。

【００２８】一方、レーザダイオード２から出力される
光は、第１のハーフミラー２７ａによって２方向に分岐
され、その一方がモードホップ角検出部３０に入力され
る。モードホップ角検出部３０は、受光器３１、Ａ／Ｄ
変換器３２、受光信号記憶手段３３、測定メモリ３４お
よび極小検出手段３５によって構成され、校正モード時
に作動する。

【００２９】受光器３１は、レーザダイオード２の出力
光の強度に対応した信号を出力する。受光器３１から出
力される信号は、Ａ／Ｄ変換器３２によってディジタル
信号に変換される。受光信号記憶手段３３は、角度設定
手段２３から出力される角度データφとＡ／Ｄ変換器３
２から出力される受光信号Ｐとを対応付けて測定メモリ
３４に記憶させる。

【００３０】極小検出手段３５は、測定メモリ３４に記
憶された受光信号データが極小となる２つの角度を、モ
ードホップが発生する回折格子３の角度（モードホップ
角）として求める。

【００３１】なお、レーザダイオード２の位相調整電流
を固定した状態で回折格子３を回動させたとき、受光信
号のレベルは図２（ａ）にように鋸状に変化し、そのレ
ベルが急峻に変化する位置で出力光の波長が図２（ｂ）
のようにホップしていることが判明した。この実施の形
態では図２の変化を前提とし、レベルが極小となる２つ
の角度φａ、φｂをモードホップ角として求めている。

【００３２】前記ハーフミラー２７通過後の光は、第２
のハーフミラー２７ｂによって２方向に分岐され、その
一方が出力波長検出手段４０に入力される。出力波長検
出手段４０は、ガスセル４１及び受光器４２、及び受光
信号記憶手段３３、測定メモリ３４、極小検出手段３５
によって構成される。ガスセル４１には、出力光の波長
に対応した測定波長λcellの測定対象ガスが封入されて
おり（例えば出力光の波長帯域が１５００〜１５８０ｎ
ｍのとき、アセチレンガス）、測定対象ガスの吸収線に
より出力光が吸収される。

【００３３】受光器４２は、ガスセル４１通過後の出力
光の強度に対応した信号を出力する。受光器４２から出
力される信号は、Ａ／Ｄ変換器３２に出力されディジタ
ル信号に変換される。このとき、測定波長λcellを中心
とする所定範囲λL （λcell−λL 〜λcell＋λL ）の
受光信号Ｐが測定メモリ３４に記憶される。また、極小
検出手段３５は、受光信号Ｐのうち最も小さな値λmin
を検出し、演算手段３６に出力する。

【００３４】演算手段３６は、モードホップ角検出部３
０で求めた角度φａ、φｂから、波長λｏに近い一つの
縦モード波長λ（ｎ）に回折格子３の波長選択特性の中
心が合うための角度を算出し、この算出角度とその縦モ
ード波長に対応している波長角度メモリ７の角度データ
との差を求め、この差を補正角Δφとして補正角メモリ
２４に記憶する。即ち、モードホップ角として求めた２
つの角度φａ、φｂの中間の角度φｍ＝（φａ＋φｂ）
／２を、縦モードの波長λ（ｎ）に対応する回転角度と
して算出する。そして、この縦モード波長λ（ｎ）に対
して波長角度メモリ７に設定されている角度データφｎ
を算出角度φｍから減じた角度を補正角ΔφとしてΔφ
メモリ２４ａに記憶する。

【００３５】また、この演算手段３６は、出力波長検出
手段４０のガスセル４１に設定された吸収波長λcell
と、受光器４２で検出された受光信号Ｐのうち最も小さ
な値λmin との差を求め、この差を補正波長Δλcellと
して記憶する。

【００３６】なお、図１に示した各手段およびメモリ
は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭからなるマイクロコン
ピュータによって構成されている。

【００３７】図３乃至図５は、図１の各手段の処理手順
を示すフローチャートである。以下、このフローチャー
トにしたがってこの可変波長光源の動作を説明する。

【００３８】図３に示すように、動作モード指定手段２
１によって校正モードが指定されると（Ｓ１）、始めに
レーザダイオード２の出力光の絶対波長が校正される波
長校正モードが実行される（Ｓ２〜Ｓ１０）。この校正
モードは電源投入時毎や、校正用スイッチの押下時等、
予め設定された起動情報に基づき自動実行される。ま
ず、ガスセル４１に設定された吸収波長λcellを中心と
する所定範囲λL の受光信号Ｐを記憶していく。このた
め、始めに下限の測定波長λ＝λcell−λLの波長が設
定され（Ｓ３）、この波長λの受光信号Ｐが受光信号記
憶手段３３に記憶される（Ｓ４）。

【００３９】次に、予め定められた波長ステップΔλL
だけシフトした波長λ＋Δλに設定する（Ｓ５）。そし
て、上限の測定波長λ＝λcell＋λL の波長の受光信号
Ｐが記憶されるまで（Ｓ６-YES）、前記波長ステップΔ
λL づつ複数の受光信号Ｐが記憶されていく。

【００４０】次に、極小検出手段３５は、受光信号Ｐの
うち最少レベルの受光信号Ｐの波長λmin を求める（Ｓ
７）。この最少レベルの受光信号Ｐはガスセル４１の吸
収波長λcellを示すものであり、設定値（装置の内部デ
ータ）λCELL−λmin の差分を補正波長Δλcellとして
求め（Ｓ８）、演算手段３６のメモリに記憶させる（Ｓ
９）。上記一連の処理によりレーザダイオード２の絶対
波長のずれ量が求められる。この絶対波長のずれ量Δφ
ｃは、Δφｃメモリ２４ｃに補正用カウント値として記
憶設定される（Ｓ１０）。図６は、ガスセル４１の吸収
波長特性、及び上記所定範囲λL を示す図である。

【００４１】次に、図４に示すＳ１１〜Ｓ２６により上
述したファブリ変動が検出されるアライメント処理が実
行される。まず、波長λｏが指定されると（Ｓ１１）、
位相調整電流Ｉが基準値Ｉｏに設定され（Ｓ１２）、
（λｏ−λｓ）が波長データλとして設定され（Ｓ１
３）、その波長データλに対応する角度データφ（＋Δ
φｃが加えられた角度→φ＋Δφｃ）が波長角度メモリ
７から読み出されて回動装置４に設定され（Ｓ１４）、
その角度での受光器３１の受光信号が測定メモリ３４に
記憶される（Ｓ１５）。

【００４２】次に、波長データλを最少ステップΔλだ
け増加し（Ｓ１６）、その波長データに対応する角度デ
ータφを回転装置４に設定し、その角度での受光信号の
レベルを記憶するという動作が、波長データλが（λｏ
＋λｓ）を越えるまで（Ｓ１７-YES）、連続的に繰り返
される。尚、Ｓ１７の判断がNOの場合Ｓ１４に移行す
る。

【００４３】そして、波長データλが（λｏ＋λｓ）を
越えると、測定メモリ３４に記憶した受光信号のレベル
が最少となる２つの角度データφａ、φｂが求められ
（Ｓ１８）、その中間の角度データφｍ＝（φａ＋φ
ｂ）／２が、縦モード波長λ（ｎ）に対応した角度デー
タとして算出され（Ｓ１９）、この角度データφｍと、
波長λ（ｎ）に対応する角度データとして波長角度メモ
リ７に予め記憶されている角度データφｎとの差が補正
角Δφとして求められ（Ｓ２０）、Δφメモリ２４ａに
記憶される（Ｓ２１）。

【００４４】次に、各縦モードの補正角Δφをファブリ
ペローモードの１周期以上の波長範囲に渡り測定してフ
ァブリ変動を検出する（Ｓ２２，２３）。このため、上
記縦モード波長λｏを記憶されているφｎに基づき図７
（ａ）記載の縦モード間隔ΔλF だけ順次シフトした次
の縦モード波長λ部分での補正角Δφを次々に求めてい
き、最大波長λｐに至るまでこれを繰り返す。縦モード
位置の波長λが最大波長λｐに達していないときにはＳ
１３に移行して次の縦モード位置での補正角Δφが求め
られる。これにより、図７（ｃ），（ｄ）に示すよう
に、Δφメモリ２４ａには、各縦モード位置での補正角
Δφがそれぞれ格納される（Ｓ２４）。尚、ファブリペ
ローモードの１周期が約５００ｐｍであり、縦モード間
隔が約２２ｐｍであるときにはこの、Δφメモリ２４ａ
には２３個以上の補正角Δφが格納される。尚、図７
（ｃ）は、ファブリ変動による相対ずれ量が大きい場合
の例であり、また、図７（ｄ）はファブリ変動による相
対ずれ量が小さい場合の例が記載されている。

【００４５】このファブリペローモードに１周期相当の
複数の補正角Δφに基づき、ファブリ変動、すなわち、
回折格子３のフィルタとファブリペローモードのフィル
タの影響による相対ずれ量Δφｓが算出される（Ｓ２
５）。

【００４６】相対ずれ量Δφｓは、前記各縦モード位置
それぞれでの補正角Δφの値の羅列状態に基づき算出さ
れる。例えば、図７（ｃ）に示すように相対ずれ量が大
きい場合を例としたとき、”…，０，０，５，１０，１
０，５，０，０，０，０，…”なる各縦モード位置での
補正角Δφのカウント値の羅列状態が得られるため、こ
の羅列状態と、図７（ｂ）記載の波長角度メモリ７に格
納されている内部データの羅列状態”…，３０，３０，
３０，３０，２５，２５，３０，３０，３０，…”なる
各縦モード位置の間隔のカウント値とを相対的に一致判
別して得る。即ち、ファブリ変動が生じた箇所でのカウ
ント値は２５，２５であり、他のカウント値は全て３０
であるため、ファブリ変動が生じると、一方向の波長側
に縦モード位置全体がシフトすることになるため、この
相対的な位置ずれに相当する波長の縦モード位置に補正
角Δφが現れるようになる。これに基づき、例えば、短
波長側から走査していき、補正角Δφが初めに現れた箇
所の縦モード位置がファブリ変動が生じていると判断さ
れ、内部データとして記憶されているファブリ変動のカ
ウント値とこのファブリ変動が生じた縦モード位置のカ
ウント値を加減算するだけで相対すれ量Δφｓを得るこ
とができる。

【００４７】図７（ｃ）の例の場合、相対ずれ量Δφｓ
であり、内部データに対して比較的大きく（９０カウン
ト、縦モード約３個分）ずれていることが示されてい
る。また、図７（ｄ）の例の場合、相対ずれ量Δφｓは
比較的小さく（３０カウント、約縦モード１個分）ずれ
ていることが示されている。

【００４８】この相対ずれ量Δφｓは、Δφｓメモリ２
４ｂに格納される（Ｓ２６）。そして、この相対ずれ量
Δφｓは、ファブリペローモードの１周期内で１個測定
できれば、次の周期部分でも同様な量の相対ずれである
と見做すことができるため、上記Ｓ２５で得られた相対
ずれ量Δφｓは他の周期部分でも用いられる。上記一連
の処理により、ファブリ変動の相対ずれを検出すること
ができる。以上の各処理は、装置の電源投入等によって
自動実行されるものであり、以下に説明する各処理は、
電源投入期間中における操作者の任意の操作によって実
行される。

【００４９】上記ファブリ変動の相対ずれが検出された
後は、図５に示すようにモードホップ角が検出される。
まず、波長λｏが指定されると（Ｓ２７）、位相調整電
流Ｉが基準値Ｉｏに設定され（Ｓ２８）、（λｏ−λ
ｓ）が波長データλとして設定される（Ｓ２９）。次
に、その波長データλに対応する角度データφが波長角
度メモリ７から読み出され、これにΔφｓメモリ２４ｂ
に格納された相対ずれ量Δφｓが加算されΔφｃも加算
されて回動装置４に設定され（Ｓ３０）、その角度での
受光器３１の受光信号が測定メモリ３４に記憶される
（Ｓ３１）。

【００５０】次に、波長データλを最少ステップΔλだ
け増加し（Ｓ３２）、その波長データに対応する角度デ
ータφを回転装置４に設定し、その角度での受光信号の
レベルを記憶するという動作が、波長データλが（λｏ
＋λｓ）を越えるまで（Ｓ３３-YES）、連続的に繰り返
される。尚、Ｓ３３の判断がNOの場合Ｓ３０に移行す
る。

【００５１】そして、波長データλが（λｏ＋λｓ）を
越えると、測定メモリ３４に記憶した受光信号のレベル
が最少となる２つの角度データφａ、φｂが求められ
（Ｓ３４）、その中間の角度データφｍ＝（φａ＋φ
ｂ）／２が、縦モード波長λ（ｎ）に対応した角度デー
タとして算出され（Ｓ３５）、この角度データφｍと、
波長λ（ｎ）に対応する角度データとして波長角度メモ
リ７に予め記憶されている角度データφｎとの差が補正
角Δφとして求められ（Ｓ３６）、補正角メモリ２４に
記憶される（Ｓ３７）。これにより、回折格子３のフィ
ルタとレーザダイオード２内部のファブリペローモード
との相対的な位置ずれをキャンセルし、モードホップし
ない校正モードが終了する。

【００５２】上記校正処理の後、動作モード指定手段２
１は装置を通常モードにする。そして、操作者の操作に
よって前記λｏに近い波長λｃがスポット指定された場
合（Ｓ３８-YES）、その指定波長λｃに対応する波長電
流メモリ８の電流データＩｃが電流供給回路５に設定さ
れるとともに（Ｓ３９）、指定波長λｃに対応する波長
角度メモリ７の角度データφｃが読み出され（Ｓ４
０）、φｃ＋φｓと補正角メモリ２４の補正角Δφとを
加算した結果が回動装置４に設定される（Ｓ４１）。

【００５３】上記各処理によって回折格子３の波長選択
特性の中心波長は出力波長にほぼ合致し、不要なモード
ホップは発生しない。このとき、出力光の絶対波長及び
ファブリ変動の相対位置ずれがキャンセルされた状態の
上で波長が選択されることになるため、モードホップの
発生を防ぐことができるようになる。

【００５４】図１５は、上記一連の処理を経た後におけ
るモードホップ防止の効果を示すための説明図である。
同図で横軸は波長、縦軸は回動装置４のモータに供給す
るカウント値である。同図（ａ）は、上記校正モード実
行前の状態を示す図である。同図に示すようにある出射
波長を設定したときに、各設定波長においてモードホッ
プしない範囲がそれぞれモータカウントとして設定され
る。図中縦方向の太線は、下端から上端にかけてが図２
に示す縦モード同士間のカウント値に相当する。従来に
おいては、ファブリ変化の相対位置ずれが生じた波長部
分では対応してモードホップしない範囲が上下方向にず
れて設定されるため、全波長帯域でモードホップなし範
囲（カウント値）ＣＴ１は、この相対位置ずれが生じた
波長部分に影響されその範囲が狭い。

【００５５】これに対し、同図（ｂ）は、上記校正モー
ドを実行後の状態を示す図である。ファブリ変化の相対
位置ずれが生じた波長部分においても、上記校正処理
（Ｓ２〜Ｓ２６）の実行により、他の波長におけるモー
ドホップしない波長の範囲内に収められることとなり、
全波長帯域でモードホップなし範囲（カウント値）ＣＴ
２の範囲を拡げることができるようになり、モードホッ
プしにくくなる。尚、上記校正処理における補正角Δφ
の算出工程（Ｓ２７〜Ｓ３７）の実行により、各設定波
長におけるカウントの中心値ＣＴ０が縦モード間隔内の
カウント値の中央値に設定される。

【００５６】また、通常モードで波長λｄ〜λｅ（前記
波長λｏを含む範囲）が掃引指定された場合には（Ｓ４
２-YES）、波長λｄが指定波長λとして初期設定され
（Ｓ４３）、この指定波長λに対応する電流データＩが
電流供給回路５に設定されるとともに（Ｓ４４）、指定
波長λに対応する波長角度メモリ７の角度データφと補
正角メモリ２４の補正角Δφとを加算した結果が回動装
置４に設定される（Ｓ４５）。

【００５７】そして、指定波長λを所定ステップΔλ’
だけ増加更新し（Ｓ４６）、その更新後の指定波長に対
応する電流データを設定するとともに、更新後の指定波
長に対応する角度データφと補正角メモリ２４の補正角
Δφとの加算結果を回動装置４に設定するという動作
が、指定波長λがλｅを越えるまで繰り返される（Ｓ４
７）。

【００５８】このように、回折格子３の回動角は、校正
モードによって求められた補正角Δφだけ補正されるの
で、出力波長に対する回折格子３の波長選択特性の中心
波長のずれがなくなり、予期していない位置での不要な
モードホップは生じることがなくなる。このため、例え
ば、この出力光でフィルタの特性を測定する場合でも、
そのフィルタ自体の特性が得られ、測定結果の信頼性が
高い。同時に、レーザダイオード２の出射光は回折格子
３通過後の出力光が出力波長検出手段４０で受光され出
射光の絶対波長が校正される。

【００５９】ところで、上記校正モード中のＳ２５は、
ファブリ変動に基づき相対シフト量を算出する処理を実
行するが、この相対シフト量Δφｓに基づきファブリ変
動をキャンセルするためのカウント値を単純に回動手段
４にフィードバックすると、出力光の絶対波長がずれる
ことになる。本装置は、Ｓ４１，４５において出力光の
絶対波長を変えないために、Δφｓに相当する波長デー
タλｗを有しておき、Ｓ３８にて設定された波長λｃ−
λｗのカウント値を回動装置４に供給する。また、この
λｃ−λｗのカウント値にΔφｓを加えたカウント値相
当の波長を表示させるようにする。これにより、出射光
の波長は操作者が設定した波長λｃに一致させることが
できる。

【００６０】なお、この実施の形態では、指定した波長
に対して予め設定した波長範囲で補正角を求めていた
が、出力波長の全範囲で補正角を求めるようにしてもよ
い。そして、上記実施の形態では、回折格子３のフィル
タとファブリペローモードの相対的な位置ずれを各縦モ
ードを基準とする各波長位置でそれぞれ求める構成とし
たが、出力波長の全範囲で上記ファブリペローモードに
よる相対的な位置ずれを検出し、対応するシフト量を算
出する構成とすることもできる。この場合、図４のＳ１
８の次の処理としてＳ２５が実行される（Ｓ２９〜Ｓ２
４を不実行）。このとき、Ｓ２５においては、任意の波
長ステップづつずらしたモードホップ波長データの測定
を繰り返し、このずれ量が基準となるモードホップ波長
データ相当に一致するとき、このずれ量相当のシフト量
を算出する構成とする。

【００６１】前記実施の形態では、レーザダイオードと
の間で共振器を形成する反射器として回折格子のみを用
い、この回折格子を回動させることで出力波長を選択す
る可変波長光源について説明したが、レーザダイオード
に対して回折格子を固定し、回折格子に対向するように
配置されたミラーを回動装置によって回動して、出力波
長を選択する構造の可変波長光源についても本発明を同
様に適用できる。なお、このようにミラーを用いた光源
の場合、レーザダイオードから出力される光は回折格子
を２回経由してレーザダイオードに戻るので波長選択帯
域が前記実施の形態の光源よりも狭く、出力波長とミラ
ーの回動角のずれによる不要なモードホップが起こりや
すいので、本願発明の適用がさらに効果的となる。

【００６２】次に、図８に示すのは、本発明の第２実施
形態を示す図である。同図には、本発明の大略構成が図
示されており、第１実施形態で用いた図１と対比して出
力波長検出手段４０部分の構成が変更されている。この
実施形態では、出力波長検出手段４０として、既知の波
長の光を出力し光出力のＯｎ／Ｏｆｆが可能な基準波長
光源４５と、基準波長光源４５の出力光とレーザダイオ
ード２の出力光を合波する光合波器４６と、光合波器４
６の一方の出力ポートを外部に可変波長光源の出力光と
して出力し、もう一方の出力ポートの出力光を入力し光
電変換する受光器４７に入力する構成としている。

【００６３】波長校正時には、基準波長光源４５の出力
をＯｎにすると、レーザダイオード２の出力光と基準波
長光源４５の出力光は光合波器４６で合波され受光器４
６に入力され、２つの光のビート信号が観測される。基
準波長光源４５付近の波長にてレーザダイオード２の波
長を可変して任意の周波数成分のビート信号レベルが最
大となるときのレーザダイオード２の設定波長を検出す
る。このため、Ａ／Ｄ変換器３２前段には受光器４７か
ら出力されるビート信号の任意の周波数成分の信号を検
波する検波器（バンドパスフィルタ）４８を設けてお
く。基準波長光源４５の波長と検出したビート信号レベ
ルが最大となるときのレーザダイオード２の設定波長と
の波長ずれから、現在の出力光波長の波長ずれを求め、
その波長ずれ分だけ波長補正したデータを角度設定手段
２３に設定することにより波長確度を向上させる。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
によれば、出力波長検出手段により検出される出力光の
波長ずれ量、及び回折格子のフィルタとレーザダイオー
ドのファブリペローモードによるフィルタの相対ずれ量
が求められ、これらに基づき補正角が再設定される構成
であるから、装置が出射する全波長帯域でモードホップ
の発生を低減化でき、また、出力光の波長確度を向上さ
せることができ、波長リニアリティを向上できるように
なる。上記出力波長検出手段は、請求項２記載のように
吸収セルを用い、レーザダイオードの出力光を吸収波長
が既知の吸収セルに通してそのレベルを測定し、レーザ
ダイオードの波長を可変して吸収セルの既知の吸収波長
と実測した吸収スペクトラムの波長との波長ずれから現
在の出力光波長の波長ずれを求める構成とすることがで
きる他、請求項３記載のように、出力波長検出手段に既
知の波長の光を出力し光出力のＯｎ／Ｏｆｆが可能な基
準波長光源を設け、レーザダイオードの出力光と基準波
長光源の出力光を合波して受光器に入力し、２つの光の
ビート信号を検出し、基準波長光源付近の波長にてレー
ザダイオードの波長を可変して任意の周波数成分のビー
ト信号レベルが最大となるときのレーザダイオードの設
定波長との波長ずれから現在の出力光波長の波長ずれを
求める構成とすることができる。

【００６５】そして、本発明の如き外部共振器型のレー
ザダイオードは複合共振器でありモードホップ角検出手
段によって検出されたモードホップ角の間隔は均一では
なく周期的に変化する。即ち、回折格子のフィルタとレ
ーザダイオード内部のファブリペローモードのフィルタ
の相対的な位置ずれが、例えば電源投入毎に異なる状態
で発生する。このため、請求項４記載のように、あらか
じめメモリにモードホップ波長間隔の周期的な変化を観
測できる波長範囲の基準モードホップ波長データを格納
しておき、前記波長範囲にて複数のモードホップ波長を
測定し、そのモードホップ波長をモードホップ波長情報
としてメモリに格納し、基準モードホップ波長データと
モードホップ情報を比較して反射器の補正角Δφを再設
定する構成とすることにより、上記相対位置ずれの発生
箇所が異なってもモードホップの発生を除去できるよう
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による可変波長光源の第１の実施の形態
を示す構成図。

【図２】回折格子を回動させたときの出力光のレベルの
変化を示す図。

【図３】装置の動作を説明するためのフローチャート
（その１）。

【図４】装置の動作を説明するためのフローチャート
（その２）。

【図５】装置の動作を説明するためのフローチャート
（その３）。

【図６】ガスセルの吸収波長特性、及び測定波長範囲を
示す図。

【図７】回折格子のフィルタとファブリペローモードフ
ィルタの相対ずれ量の関係を示す図。

【図８】本発明の第２の実施の形態を示す構成図。

【図９】出力波長をステップ状に可変する従来の可変波
長光源の構成図。

【図１０】縦モードと回折格子の波長選択特性の関係を
示す図。

【図１１】出力波長を連続可変する従来の可変光源の構
成図。

【図１２】図１０の光源に用いる記憶データを示す図。

【図１３】光フィルタの特性とその測定結果を示す図。

【図１４】ファブリペローモードを説明するための波形
図。

【図１５】本発明によるモードホップなし範囲の拡大を
示すための説明図。

【符号の説明】

２…レーザダイオード ３…回折格子 ４…回動装置 ５…電流供給回路 ２１…動作モード指定手段 ２２…出力波長設定手段 ２３…角度設定手段 ２４…補正角メモリ ２５…電流設定手段 ３０…モードホップ角検出部 ３１，４２，４７…受光器 ３３…受光信号記憶手段 ３４…測定メモリ ３５…極小検出手段 ３６…演算手段 ４０…出力波長検出手段 ４１…ガスセル ４５…基準波長光源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長島 靖明 東京都港区南麻布五丁目10番27号 アン リツ株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−188111（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−335965（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−270800（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザダイオード（２）と、 該レーザダイオードとの間で共振器を形成する反射器
   （３）と、 前記レーザダイオードの出力波長を選択するために前記
   反射器を回転させる回動装置（４）と、 出力波長に対する前記反射器の角度ずれを検出するため
   の校正モードと指定された波長の光を出力するための通
   常モードとのいずれかを指定する動作モード指定手段
   （２１）と、 前記校正モードが指定されたとき前記反射器の角度が連
   続的に変化するように前記回動装置を制御する角度設定
   手段（２３）と、 前記角度設定手段によって前記反射器の角度が所定範囲
   を変化している間、前記レーザダイオードの出力光の変
   化を測定し該測定結果から前記レーザダイオードの出力
   波形のモードホップが生じる前記反射器の角度を求める
   モードホップ角検出手段（３０）と、 前記モードホップ角検出手段によって検出したモードホ
   ップ角に基づいて通常モード時における出力波長と前記
   反射器の角度とを対応させるための補正角（Δφ）を求
   める演算手段（３６）と、 出力波長を検出し、設定波長との波長ずれ量（Δφｃ）
   を検出して出力波長を校正するための出力波長検出手段
   （４０）とを備え、 前記演算手段は、前記角度設定手段に設定する所定波長
   に対応する反射器の角度設定データについて、前記出力
   波長検出手段で検出された波長ずれ量、及びモードホッ
   プ角検出手段（３０）によって検出されたモードホップ
   角から求めた前記回折格子のフィルタと前記レーザダイ
   オードのファブリペローモードによるフィルタの相対ず
   れ量（Δφｓ）に基づき、前記補正角（Δφ）を再設定
   することを特徴とする可変波長光源。
2. 【請求項２】 前記出力波長検出手段（４０）は、 前記レーザダイオード（２）の出力光を受けて２つの出
   力ポートに光出力し、一方の出力ポートを外部に可変波
   長光源の出力光として出力する光路選択器（２７ｂ）
   と、 前記光路選択器のもう一方の出力ポートに接続され、既
   知の波長を選択して出力する波長選択素子（４１）と、 前記波長選択素子の出力光を光電変換する受光器（４
   ２）と、 前記受光器の出力レベルをＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器
   （３２）と、 前記Ａ／Ｄ変換されたレベルデータを格納するメモリ
   （３４）と、 前記波長選択素子の波長と前記メモリのデータから前記
   角度設定手段（２３）に設定するデータを波長補正する
   演算手段（３６）とから構成され、 前記演算手段は、前記角度設定手段に設定する所定波長
   に対応する反射器の補正角（Δφ）について、前記モー
   ドホップ角検出手段（３０）によって検出されたモード
   ホップ角に基づいて求めた値を再設定するようにした請
   求項１の可変波長光源。
3. 【請求項３】 出力波長検出手段（４０）は、 既知の波長の光を出力し光出力のＯｎ／Ｏｆｆが可能な
   基準波長光源（４５）と、 前記基準波長光源の出力光と前記レーザダイオード
   （２）の出力光を合波する光合波器（４６）と、 前記光合波器で合波された前記基準波長光源の出力光と
   前記レーザダイオードの出力光とを入力し光電変換する
   受光器（４７）と、 前記受光器から出力されるビート信号の任意の周波数成
   分の信号を検波する検波器（４８）と、 前記検波器から出力されるレベルをＡ／Ｄ変換するＡ／
   Ｄ変換器（３２）と、 前記Ａ／Ｄ変換された検波レベルデータを格納するメモ
   リ（３４）と、 前記基準波長光源の波長と前記メモリの検波レベルデー
   タから前記角度設定手段（２３）に設定するデータを波
   長補正する演算手段（３６）とから構成され、 前記演算手段は、前記角度設定手段に設定する所定波長
   に対応する反射器（３）の補正角（Δφ）について、前
   記モードホップ角検出手段（３０）によって検出された
   モードホップ角に基づいて求めた値を再設定するように
   した請求項１の可変波長光源。
4. 【請求項４】 前記演算手段（３６）は、予めメモリに
   モードホップ波長間隔の周期的な変化を観測できる波長
   範囲の基準モードホップ波長データを格納しておき、前
   記波長範囲にて複数のモードホップ波長を測定し、該モ
   ードホップ波長をモードホップ波長情報としてメモリに
   格納し、前記基準モードホップ波長データと前記モード
   ホップ情報を比較することにより得られる前記相対ずれ
   量（Δφｓ）に基づき前記反射器（３）の補正角（Δ
   φ）を再設定する構成とされた請求項１乃至３のいずれ
   かに記載の可変波長光源。