JP3073945B2 - 自律的波長選択レーザシステム - 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、発振波長が外部環
境に適応するレーザシステムに関し、特に、適応的通信
又はデータ転送ネットワークなどに用いられる自律的波
長選択機能を有する自律的波長選択レーザシステムに関
する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】レーザ
から出力される光信号の適応制御方法に関して、発振モ
ード間のカオス遷移を利用して、出力光信号の評価に応
じて、励起パラメータを調整することによって、誤差の
小さいモードを選択するための方法（以下、第１の従来
例という。）が、例えば、特開平４−１４２５１９号公
報において開示されている。この第１の従来例において
は、励起パラメータを増加させることによって、もとも
と安定であった発振モードのすべての間を巡るようなカ
オス遷移が起こるような信号発生器において、任意の外
部評価方法に従って、出力信号を評価するとき、誤差の
小さいモードが選択されるように誤差量の大小に応じて
励起パラメータを上下に調整するようにしたことを特徴
としている。しかしながら、この第１の従来例の方法を
多波長レーザへ適用するには、レーザの自発的モード遷
移を起こす方法が明白ではなく、常時、自発的モード遷
移状態に設定することができないという問題点があっ
た。

【０００３】また、波長可変レーザに関しては、レーザ
に外部共振器を設けて、回折格子と外部ミラーの角度を
調整することによってレーザの波長を変化させる方法
（以下、第２の従来例という。）が、例えば、文献「T.
Day et al.,“Continuously tunable diode lasers",La
sers & Optronics,pp.15-17,1993年」において開示され
ている。この第２の従来例の方法では、具体的に、半導
体レーザの出力光を高い分散値を持つ回折格子に入射
し、回折光は直接に又は外部ミラーによりレーザの共振
器に戻される。波長のチューニングは外部ミラーの位置
及び回折格子の角度調整により実現される。しかしなが
ら、外部の反応がもっともいい波長を選択するには、波
長可変範囲内の全ての発振モードをスキャンする操作を
自動的に行う必要があり、回路構成が複雑になるという
問題点があった。

【０００４】本発明の目的は以上の問題点を解決し、従
来例に比較して回路構成が簡単であって、より容易に発
振波長を設定することができるレーザシステムを提供す
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項１記
載の自律的波長選択レーザシステムは、複数の波長の光
を同時に発振して出力する多波長レーザと、上記多波長
レーザから出力される光を反射してかつ遅延させて上記
多波長レーザに戻す光学反射手段と、上記多波長レーザ
から出力される複数の波長の光のうち、発振させる所望
の波長の光のみを通過させて出力する光学ろ波手段と、
上記光学ろ波手段から出力される光に基づいて、上記多
波長レーザにおける発振モードのうち、同一の条件にお
いて異なった波長に対応したモード状態が複数取りえる
発振モードの多重安定状態と、発振モード間の自発的モ
ード遷移状態との間で切り換えることにより、上記多波
長レーザを上記発振モードの多重安定状態に導きかつ上
記所望の波長で発振するように制御する制御手段とを備
えたことを特徴とする。

【０００６】また、請求項２記載の自律的波長選択レー
ザシステムは、請求項１記載の自律的波長選択レーザシ
ステムにおいて、上記制御手段は、上記光学ろ波手段か
ら出力される光に基づいて、上記多波長レーザのバイア
ス電流を変化することにより、発振モードの多重安定状
態と、発振モード間の自発的モード遷移状態との間で切
り換えることを特徴とする。

【０００７】さらに、請求項３記載の自律的波長選択レ
ーザシステムは、請求項１記載の自律的波長選択レーザ
システムにおいて、上記光学反射手段はさらに、入力さ
れる電圧信号に応答して、上記多波長レーザから出力さ
れる光に対して音響光学変調を行って、通過する光の通
過効率を変化させることにより、上記光学反射手段の反
射率を変化させる音響光学変調器を備え、上記制御手段
は、上記光学ろ波手段から出力される光に基づいて、発
振モードの多重安定状態と、発振モード間の自発的モー
ド遷移状態との間で切り換えるような電圧信号を上記音
響光学変調器に出力することを特徴とする。

【０００８】またさらに、請求項４記載の自律的波長選
択レーザシステムは、請求項１記載の自律的波長選択レ
ーザシステムにおいて、上記光学反射手段はさらに、入
力される電圧信号に応答して、上記多波長レーザから出
力される光に対してその光の屈折率を変化させる処理を
行うことにより、上記光学反射手段における光学通路の
長さを変化させる屈折率可変素子を備え、上記制御手段
は、上記光学ろ波手段から出力される光に基づいて、発
振モードの多重安定状態と、発振モード間の自発的モー
ド遷移状態との間で切り換えるような電圧信号を上記屈
折率可変素子に出力することを特徴とする。

【０００９】また、本発明に係る請求項５記載の自律的
波長選択レーザシステムは、それぞれ複数の波長の光を
同時に発振して出力する第１と第２の多波長レーザと、
上記第１の多波長レーザから出力される光を一方向で通
過させて上記第２の多波長レーザに出力する光アイソレ
ータと、上記第２の多波長レーザから出力される光のう
ち、発振させる所望の波長の光のみを通過させて出力す
る光学ろ波手段と、上記光学ろ波手段から出力される光
に基づいて、上記第２の多波長レーザにおける発振モー
ドのうち、同一の条件において異なった波長に対応した
モード状態が複数取りえる発振モードの多重安定状態
と、発振モード間の自発的モード遷移状態との間で切り
換えることにより、上記第２の多波長レーザを上記発振
モードの多重安定状態に導きかつ上記所望の波長で発振
するように制御する制御手段とを備えたことを特徴とす
る。

【００１０】さらに、請求項６記載の自律的波長選択レ
ーザシステムは、請求項５記載の自律的波長選択レーザ
システムにおいて、上記制御手段は、上記光学ろ波手段
から出力される光に基づいて、上記第１の多波長レーザ
のバイアス電流を変化することにより、上記第２の多波
長レーザにおいて、発振モードの多重安定状態と、発振
モード間の自発的モード遷移状態との間で切り換えるこ
とを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る実施形態について説明する。

【００１２】＜第１の実施形態＞図１は、本発明に係る
第１の実施形態である自律的波長選択レーザシステムの
構成を示すブロック図である。このレーザシステムは、
大きく分けて、多波長レーザダイオード１を備えた自律
的波長選択レーザ装置２０１と、多波長レーザダイオー
ド１の動作を制御する外部制御信号を発生する外部制御
信号発生装置３００とから構成され、上記外部制御信号
をスイッチングさせることにより、発振モードの多重安
定状態（モード遷移のオフ状態、以下、「オフ状態」と
もいう。）と、自発的モード遷移状態（モード遷移のオ
ン状態、以下、「オン状態」ともいう。）との間で上記
多波長レーザダイオード１の動作をスイッチングするこ
とによって、外部環境に適合した発振モードが自動的に
選択されることを特徴としている。

【００１３】図１において、バイアス電流印加ポート２
を有する多波長レーザダイオード１は、複数の波長の光
を同時に発振して出力する多波長レーザを構成し、発振
出力光をコリメートレンズ３を介してビームスプリッタ
４に出力する。ビームスプリッタ４に入射した発振出力
光のうちその一部の光がビームスプリッタ４を通過し
て、外部制御信号発生装置３００内の反射型回折格子１
００に入射するとともに、その一部の光がビームスプリ
ッタ４で反射された後、反射ミラー５に９０度の角度で
入射することにより折り返し反射される。折り返し反射
された光は、ビームスプリッタ４で反射された後、集光
レンズ３として動作するコリメートレンズ３を介して遅
延された戻り光として、多波長レーザダイオード１に戻
される。反射型回折格子１００は、入射する光を反射し
て、その反射光を集光レンズ１０１を介してフォトダイ
オード１０２に出力する。ここで、反射型回折格子１０
０、集光レンズ１０１及びフォトダイオード１０２の構
成は、公知のごとく、所定の波長の光のみを通過させる
波長フィルタを構成している。

【００１４】ここで、ビームスプリッタ４からの光の反
射型回折格子１００への入射角は、反射型回折格子１０
０を回転させる入射角可変機構１００ａにより変更する
ことができ、当該入射角を変化することによって、公知
のごとく、上記波長フィルタが通過させる光の波長を変
化させることができる。なお、当該入射角は、発振させ
るべき所望の波長に応じて、当該レーザシステムの動作
の前に予め設定され、すなわち、通過波長は予め設定さ
れ、動作中においては固定される。

【００１５】フォトダイオード１０２は入射する光を電
気信号に光電変換した後、増幅器１０４を介して比較器
１０４の第１の入力端子に出力する。比較器１０４の第
２の入力端子には、上記入射角に対応する波長の光を検
出したか否かを検出するために予め設定された比較器１
０４の所定のしきい値電圧を供給する基準電圧用直流電
圧源１０５が接続され、比較器１０４は、第１の入力端
子に入力される電気信号の電圧がしきい値電圧以上とな
るとき、Ｈレベルのスイッチ制御信号をスイッチＳＷの
制御端子に出力することにより、スイッチＳＷを接点ａ
側に切り換える一方、第１の入力端子に入力される電気
信号の電圧がしきい値電圧未満となるとき、Ｌレベルの
スイッチ制御信号をスイッチＳＷの制御端子に出力する
ことにより、スイッチＳＷを接点ｂ側に切り換える。

【００１６】ここで、スイッチＳＷの接点ａには、多波
長レーザダイオード１をオフ状態にするためのバイアス
電流Ｉｂ１＝１．３５ｍＡのバイアス電流用電流源１０
６ａが接続される一方、スイッチＳＷの接点ｂには、多
波長レーザダイオード１をオン状態にするためのバイア
ス電流Ｉｂ２＝１．１５ｍＡのバイアス電流用電流源１
０６ｂが接続される。従って、Ｈレベルのスイッチ制御
信号に応答して、バイアス電流Ｉｂ１＝１．３５ｍＡの
バイアス電流が外部制御信号として、バイアス電流印加
ポート２を介して多波長レーザダイオード１に入力され
る一方、Ｌレベルのスイッチ制御信号に応答して、バイ
アス電流Ｉｂ２＝１．１５ｍＡのバイアス電流が外部制
御信号として、バイアス電流印加ポート２を介して多波
長レーザダイオード１に入力される。このように、外部
制御信号発生装置３００は、自律的波長選択レーザ装置
２０１から出力される出力光が、所望の波長で発振した
ことを検出したときに、オフ状態のバイアス電流を多波
長レーザダイオード１に印加する一方、検出しないとき
に、オン状態のバイアス電流を多波長レーザダイオード
１に印加するように、フィードバックの制御信号を発生
して多波長レーザダイオード１の動作を制御する。

【００１７】次いで、多波長レーザダイオード１のモー
ド遷移のオン状態及びモード遷移のオフ状態について以
下に詳述する。レーザの基本は、光共振器構造と誘導放
出である。光共振器構造によって、異なる波長を持つ発
振モードが定在波としてたつ。また、誘導放出によっ
て、各々の発振モードの利得が決まる。そこで、共振器
の損失を上回る利得を有する発振モードのみが成長し、
発振する。多波長レーザダイオード１において、一般的
に複数の発振モードは十分な利得を有し、発振するので
ある。この時、初期条件に関係なく、各発振モードにお
いてパワーが分配されている。しかし、このようなレー
ザには、光注入や外部反射などの外部影響を与えた場
合、発振モード間の利得の取り合いが変化し、各々の発
振モードにおいて光パワーの変化が観測される。その結
果、以下に述べる２つの状態が現われる。 （１）初期条件によって、ある特定な発振モードのみが
強い利得を得て、多波長レーザダイオード１はその波長
で発振する。この場合の発振モードはメインモードと呼
ばれる。初期条件によってメインモードの波長は異な
る。このような状態を、モードの多重安定状態、又はモ
ード遷移のオフ状態という。 （２）初期条件に依存せず、発振モード間は常に利得を
取り合い、メインモードの波長は次から次へ変わってい
く。このような状態を、自発的モード遷移状態、又はモ
ード遷移のオン状態という。

【００１８】第１の実施形態においては、図１に示すよ
うに、外部の反射ミラー５から多波長レーザダイオード
１の出力光が遅延されて多波長レーザダイオード１に戻
される。戻ってきた光は多波長レーザダイオード１の出
力光と干渉し、また異なる波長の発振モード位相が違う
ため、干渉効果も違ってくる。その結果、モードの利得
分布は変化し、発振モード間の遷移状態も変わる。この
場合、多波長レーザダイオード１のバイアス注入電流を
変えることによって、多波長レーザダイオード１の出力
光を発振モード遷移のオン状態又はオフ状態に設定する
ことができる。

【００１９】図７は、図１の自律的波長選択レーザシス
テムにおけるスイッチング動作を示す図であって、バイ
アス注入電流Ｉｂに対する出力波長との関係を示すグラ
フである。図７において、白丸は発振モード遷移がオフ
状態であるときのメインモードに対応し、黒丸は発振モ
ード遷移がオン状態であるときのメインモードに対応す
る。後者の場合、メインモードは、示される発振モード
間で常時遷移している。本実施形態では、バイアス電流
ＩｂをＩｂ１＝１．３５ｍＡとＩｂ２＝１．１５ｍＡの
間で切り換えることにより、モード遷移のオン状態とオ
フ状態とをスイッチングさせている。

【００２０】図８は、図１の自律的波長選択レーザシス
テムの自発的モード遷移状態（オン状態）における光電
力のスペクトル特性の一例を示すグラフであり、図８か
ら明らかのように、比較的大きな複数の波長の光が観測
され、多波長レーザダイオード１のメインモードは複数
の発振モード間において常時遷移している。

【００２１】図９は、図１の自律的波長選択レーザシス
テムのモードの多重安定状態（オフ状態）における光電
力のスペクトル特性の一例を示すグラフであり、図９か
ら明らかなように、一番大きな１つの波長の光が観測さ
れ、すなわち、ある特定な発振モードがレーザのメイン
モードとなる。

【００２２】図１０は、図１の自律的波長選択レーザシ
ステムにおいて目標の発振モードを切り換えたときのス
イッチング動作を示す図であって、外部制御信号に対応
して、経過時間に対する出力波長との関係を示すグラフ
である。図１０から明らかなように、反射型回折格子１
００の入射角を変更することにより、外部の環境に適し
た発振モードとされる目標の発振モードをいくつか切り
換えてテストを行ったところ、各発振モードにおいて、
多波長レーザダイオード１は、オン状態とオフ状態とを
繰り返しスイッチした後、外部の環境に適した発振モー
ドになって多重安定状態のオフ状態に安定化して落ち着
くということがわかる。言い換えれば、当該レーザシス
テムを用いて、入射角を変更することにより、設定され
た入射角に対応する所望の波長を有する出力光を自律的
波長選択レーザ装置２０１で発生することができる。

【００２３】以上説明したように、上記自律的波長選択
レーザ装置２０１において、発振光を戻り光として戻す
ための反射ミラー５を設けることによって外部共振器を
構成することができる。この場合、互いに異なる波長を
持つ発振モード間の自発的モード遷移状態のオン状態
（モード競合状態）と、発振モードの多重安定状態のオ
フ状態（多重安定状態）が存在する。ここで、多波長レ
ーザダイオード１のバイアス注入電流を変えることによ
って、多波長レーザダイオード１の出力光を、発振モー
ド遷移状態のオン状態、又は多重安定状態のオフ状態に
設定することができる。そして、外部制御信号発生装置
３００によって発生された外部制御信号をバイアス電流
として多波長レーザダイオード１に入力するように構成
した自律的波長選択レーザシステムにおいて、多波長レ
ーザダイオード１は、オン状態とオフ状態とを繰り返し
スイッチした後、外部の環境に適した発振モードになっ
て多重安定状態のオフ状態に安定化して落ち着き、すな
わち、入射角を変更することにより、設定された入射角
に対応する所望の波長を有する出力光を自律的波長選択
レーザ装置２０１で発生することができる。

【００２４】以上のように構成された第１の実施形態に
よれば、従来例に比較して回路構成が簡単であって、よ
り容易に発振波長を設定することができるレーザシステ
ムを提供することができるという特有の効果を有する。

【００２５】＜第２の実施形態＞図２は、本発明に係る
第２の実施形態である自律的波長選択レーザシステムの
構成を示すブロック図である。第２の実施形態の自律的
波長選択レーザシステムは、大きく分けて、多波長レー
ザダイオード１を備えた自律的波長選択レーザ装置２０
２と、多波長レーザダイオード１の動作を制御する外部
制御信号を発生する外部制御信号発生装置３００ａとか
ら構成され、図１の第１の実施形態の自律的波長選択レ
ーザシステムに比較して以下の点が異なる。 （１）自律的波長選択レーザ装置２０２において、ビー
ムスプリッタ４と反射ミラー５との間に、音響光学変調
器（ＡＯＭ）７を挿入したこと。 （２）外部制御信号発生装置３００は、外部制御信号発
生装置３００ａにとって代わり、スイッチ制御信号に応
答して、音響光学変調器（ＡＯＭ）７への制御印加電圧
を、例えば、より高い第１の電圧と、より低い第２の電
圧との間で切り換えて外部制御信号として、電圧印加ポ
ート８を介して音響光学変調器（ＡＯＭ）７に印加され
たこと。

【００２６】図５は、図２の音響光学変調器（ＡＯＭ）
７の構成及び動作を示す断面図である。図５において、
音響光学変調器（ＡＯＭ）７は、テルライトガラスやモ
リブデン酸鉛単結晶（ＰｂＭｏＯ₄）などの音響光学媒
体４００に、圧電素子のトランスデューサ４０１が接着
され構成され、外部制御信号発生装置３００ａに対応す
る駆動電圧信号発生器４０２によって発生される駆動電
圧信号（外部制御信号）を電圧印加ポート８を介して圧
電素子のトランスデューサ４０１に印加することによ
り、トランスデューサ４０１によって発生された超音波
が音響光学媒体４００に矢印４０３の方向で伝達され、
このとき、光弾性効果により音響光学媒体４００中に周
期的な屈折率変化が生じる。これが回折格子と同様の作
用をなし、入射光の角度がある条件を満足するとき、効
率のよい回折効果を示す。すなわち、言い換えれば、音
響光学変調器（ＡＯＭ）７は、通過する光の通過効率を
変化させることができる。

【００２７】従って、図２に示すように、音響光学変調
器（ＡＯＭ）７がビームスプリッタ４と反射ミラー５と
の間に挿入されているので、音響光学変調器（ＡＯＭ）
７への印加電圧を変化することにより、戻り光の反射率
（すなわち、外部共振器の反射率）を変化させることに
より、多波長レーザダイオード１の出力光を、発振モー
ド遷移状態のオン状態、又は多重安定状態のオフ状態に
設定することができる。具体的には、印加電圧をより高
くすることにより通過効率が小さくなって、反射率が小
さくなる一方、印加電圧をより低くすることにより通過
効率が大きくなって、反射率が大きくなる。そして、外
部制御信号発生装置３００ａによって発生された電圧信
号である外部制御信号を印加電圧として電圧印加ポート
８を介して音響光学変調器（ＡＯＭ）７に印加するよう
に構成した自律的波長選択レーザシステムにおいて、多
波長レーザダイオード１は、オン状態とオフ状態とを繰
り返しスイッチした後、外部の環境に適した発振モード
になって多重安定状態のオフ状態に安定化して落ち着
き、すなわち、反射型回折格子１００の入射角を変更す
ることにより、設定された入射角に対応する所望の波長
を有する出力光を自律的波長選択レーザ装置２０２で発
生することができる。

【００２８】以上のように構成された第２の実施形態に
よれば、第１の実施形態と同様に、従来例に比較して回
路構成が簡単であって、より容易に発振波長を設定する
ことができるレーザシステムを提供することができると
いう特有の効果を有する。

【００２９】＜第３の実施形態＞図３は、本発明に係る
第３の実施形態である自律的波長選択レーザシステムの
構成を示すブロック図である。第３の実施形態の自律的
波長選択レーザシステムは、大きく分けて、多波長レー
ザダイオード１を備えた自律的波長選択レーザ装置２０
３と、多波長レーザダイオード１の動作を制御する外部
制御信号を発生する外部制御信号発生装置３００ｂとか
ら構成され、図１の第１の実施形態の自律的波長選択レ
ーザシステムに比較して以下の点が異なる。 （１）自律的波長選択レーザ装置２０３において、ビー
ムスプリッタ４と反射ミラー５との間に、屈折率可変素
子９を挿入したこと。 （２）外部制御信号発生装置３００は、外部制御信号発
生装置３００ｂにとって代わり、スイッチ制御信号に応
答して、屈折率可変素子９への制御印加電圧を、例え
ば、より高い第１の電圧と、より低い第２の電圧との間
で切り換えて外部制御信号として、電圧印加ポート１０
を介して屈折率可変素子９に印加されたこと。

【００３０】屈折率可変素子９は、ポッケルス効果（１
次電気光学効果）を利用した光学素子であって、ＡＤＰ
（ＮＨ₄Ｈ₂ＰＯ₄）結晶、ＫＤＰ（ＫＨ₂ＰＯ₄）結晶な
どの電気光学材料の平行平面板を光学軸に対して垂直に
切り出し、光学軸方向に電界を印加するような２つの電
極で挟設し、その光学軸方向に光を通過したときに生じ
る、屈折率が電界強度に比例する現象を利用する。屈折
率可変素子９は、上記２つの電極に接続された印加電圧
ポート１０を有する。ここで、公知の通り、より高い電
圧でより高い電界を当該素子９に印加することにより、
屈折率可変素子９を通過する光の屈折率は小さくなる一
方、より低い電圧でより低い電界を当該素子９に印加す
ることにより、屈折率可変素子９を通過する光の屈折率
は大きくなる。

【００３１】従って、図３に示すように、屈折率可変素
子９がビームスプリッタ４と反射ミラー５との間に挿入
されているので、屈折率可変素子９への印加電圧を変化
することにより、戻り光の屈折率を変化させることによ
り、光学通路の長さ、すなわち、外部共振器の光路長を
変化させ、多波長レーザダイオード１の出力光を、発振
モード遷移状態のオン状態、又は多重安定状態のオフ状
態に設定することができる。具体的には、印加電圧をよ
り高くすることにより屈折率が大きくなって、外部共振
器の光路長が長くなる一方、印加電圧をより低くするこ
とにより屈折率が小さくなって、外部共振器の光路長が
短くなる。そして、外部制御信号発生装置３００ｂによ
って発生された電圧信号である外部制御信号を印加電圧
として電圧印加ポート１０を介して屈折率可変素子９に
印加するように構成した自律的波長選択レーザシステム
において、多波長レーザダイオード１は、オン状態とオ
フ状態とを繰り返しスイッチした後、外部の環境に適し
た発振モードになって多重安定状態のオフ状態に安定化
して落ち着き、すなわち、反射型回折格子１００の入射
角を変更することにより、設定された入射角に対応する
所望の波長を有する出力光を自律的波長選択レーザ装置
２０３で発生することができる。

【００３２】以上のように構成された第３の実施形態に
よれば、第１の実施形態と同様に、従来例に比較して回
路構成が簡単であって、より容易に発振波長を設定する
ことができるレーザシステムを提供することができると
いう特有の効果を有する。

【００３３】＜第４の実施形態＞図４は、本発明に係る
第４の実施形態である自律的波長選択レーザシステムの
構成を示すブロック図である。この第４の実施形態の自
律的波長選択レーザシステムは、大きく分けて、２個の
多波長レーザダイオード１ａ，１ｂ（ここで、１つをマ
スタ多波長レーザダイオード１ａといい、もう１つをス
レーブ多波長レーザダイオード１ｂという。）を備えた
自律的波長選択レーザ装置２０４と、多波長レーザダイ
オード１の動作を制御する外部制御信号を発生する外部
制御信号発生装置３００とから構成され、図１の第１の
実施形態の自律的波長選択レーザシステムに比較して以
下の点が異なる。すなわち、自律的波長選択レーザ装置
２０４において、２個の多波長レーザダイオード１ａ，
１ｂを備えて以下のように構成される。

【００３４】図４において、マスタ多波長レーザダイオ
ード１ａによって発生された発振出力光は、コリメート
レンズ３及び、順方向である一方向で光を通過させる光
アイソレータ１１及びビームスプリッタ４ａを介してス
レーブ多波長レーザダイオード１ｂに入射する。一方、
スレーブ多波長レーザダイオード１ｂによって発生され
た発振出力光は、ビームスプリッタ４ａで反射された
後、外部制御信号発生装置３００に入射する。これに応
答して、外部制御信号発生装置３００は、第１の実施形
態と同様に動作し、外部制御信号であるバイアス電流を
バイアス電流印加ポートを介してマスタ多波長レーザダ
イオード１ａに印加する。

【００３５】当該実施形態においては、図４に示すよう
に、光注入により、スレーブ多波長レーザダイオード１
ｂの発振モード状態を変化させている。具体的には、マ
スタ多波長レーザダイオード１ａからスレーブ多波長レ
ーザダイオード１ｂへの光注入によって、スレーブ多波
長レーザダイオード１ｂの発振モード間の遷移状態が変
化する。その結果、マスタ多波長レーザダイオード１ａ
の異なるバイアス注入電流に対して、スレーブ多波長レ
ーザダイオード１ｂの出力光に上記モード遷移のオン状
態及びオフ状態（モードの多重安定状態）が存在する。
この場合、マスタ多波長レーザダイオード１ａのバイア
ス注入電流を変えることによって、スレーブ多波長レー
ザダイオード１ｂの出力光を発振モード遷移のオン状態
とオフ状態に設定することができる。これを利用して、
第１の実施形態と同様に、スレーブ多波長レーザダイオ
ード１ｂにおける波長の自律選択を実現できる。

【００３６】以上のように構成された第４の実施形態に
よれば、第１の実施形態と同様に、従来例に比較して回
路構成が簡単であって、より容易に発振波長を設定する
ことができるレーザシステムを提供することができると
いう特有の効果を有する。

【００３７】＜変形例＞図６は、図１の外部制御信号発
生装置３００の変形例である外部制御信号発生装置３０
１の構成を示すブロック図である。図６において、自律
的波長選択レーザ装置２０１からの出力光は、図１の反
射型回折格子１００に代わる波長フィルタ１１０及び光
ファイバケーブル１１１を介してフォトダイオード１０
２に入射する。フォトダイオード１２０以降の回路構成
は図１と同様である。波長フィルタ１１０は、例えば、
公知の波長可変光フィルタであって、複数の干渉フィル
タ、回折格子、プリズムなどを使用して構成させる。以
上のように構成された外部制御信号発生装置３０１は図
１の装置３００と同様の作用を有する。なお、図６のス
イッチＳＷまでの前段部の構成は、図２及び図３の実施
形態に適用することができる。

【００３８】以上説明したように、本発明に係る実施形
態によれば、外部共振器を導入し、又は光注入を行うこ
とによって、多波長レーザ装置における互いに異なる波
長を持つ発振モード間の遷移を起こし、モード遷移のオ
ン状態とオフ状態（波長多重安定）を実現される。ま
た、外部制御信号に応じて制御パラメータのモード遷移
のオン状態とオフ状態間のスイッチするように、パラメ
ータと外部環境と結合させることによって、波長が外部
環境に適応する多波長レーザシステムを実現できる。

【００３９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る請求項
１記載の自律的波長選択レーザシステムによれば、複数
の波長の光を同時に発振して出力する多波長レーザと、
上記多波長レーザから出力される光を反射してかつ遅延
させて上記多波長レーザに戻す光学反射手段と、上記多
波長レーザから出力される複数の波長の光のうち、発振
させる所望の波長の光のみを通過させて出力する光学ろ
波手段と、上記光学ろ波手段から出力される光に基づい
て、上記多波長レーザにおける発振モードのうち、同一
の条件において異なった波長に対応したモード状態が複
数取りえる発振モードの多重安定状態と、発振モード間
の自発的モード遷移状態との間で切り換えることによ
り、上記多波長レーザを上記発振モードの多重安定状態
に導きかつ上記所望の波長で発振するように制御する制
御手段とを備える。従って、従来例に比較して回路構成
が簡単であって、より容易に発振波長を設定することが
できるレーザシステムを提供することができるという特
有の効果を有する。

【００４０】また、請求項２記載の自律的波長選択レー
ザシステムによれば、請求項１記載の自律的波長選択レ
ーザシステムにおいて、上記制御手段は、上記光学ろ波
手段から出力される光に基づいて、上記多波長レーザの
バイアス電流を変化することにより、発振モードの多重
安定状態と、発振モード間の自発的モード遷移状態との
間で切り換える。従って、従来例に比較して回路構成が
簡単であって、より容易に発振波長を設定することがで
きるレーザシステムを提供することができるという特有
の効果を有する。

【００４１】さらに、請求項３記載の自律的波長選択レ
ーザシステムによれば、請求項１記載の自律的波長選択
レーザシステムにおいて、上記光学反射手段はさらに、
入力される電圧信号に応答して、上記多波長レーザから
出力される光に対して音響光学変調を行って、通過する
光の通過効率を変化させることにより、上記光学反射手
段の反射率を変化させる音響光学変調器を備え、上記制
御手段は、上記光学ろ波手段から出力される光に基づい
て、発振モードの多重安定状態と、発振モード間の自発
的モード遷移状態との間で切り換えるような電圧信号を
上記音響光学変調器に出力する。従って、従来例に比較
して回路構成が簡単であって、より容易に発振波長を設
定することができるレーザシステムを提供することがで
きるという特有の効果を有する。

【００４２】またさらに、請求項４記載の自律的波長選
択レーザシステムによれば、請求項１記載の自律的波長
選択レーザシステムにおいて、上記光学反射手段はさら
に、入力される電圧信号に応答して、上記多波長レーザ
から出力される光に対してその光の屈折率を変化させる
処理を行うことにより、上記光学反射手段における光学
通路の長さを変化させる屈折率可変素子を備え、上記制
御手段は、上記光学ろ波手段から出力される光に基づい
て、発振モードの多重安定状態と、発振モード間の自発
的モード遷移状態との間で切り換えるような電圧信号を
上記屈折率可変素子に出力する。従って、従来例に比較
して回路構成が簡単であって、より容易に発振波長を設
定することができるレーザシステムを提供することがで
きるという特有の効果を有する。

【００４３】また、本発明に係る請求項５記載の自律的
波長選択レーザシステムによれば、それぞれ複数の波長
の光を同時に発振して出力する第１と第２の多波長レー
ザと、上記第１の多波長レーザから出力される光を一方
向で通過させて上記第２の多波長レーザに出力する光ア
イソレータと、上記第２の多波長レーザから出力される
光のうち、発振させる所望の波長の光のみを通過させて
出力する光学ろ波手段と、上記光学ろ波手段から出力さ
れる光に基づいて、上記第２の多波長レーザにおける発
振モードのうち、同一の条件において異なった波長に対
応したモード状態が複数取りえる発振モードの多重安定
状態と、発振モード間の自発的モード遷移状態との間で
切り換えることにより、上記第２の多波長レーザを上記
発振モードの多重安定状態に導きかつ上記所望の波長で
発振するように制御する制御手段とを備える。従って、
従来例に比較して回路構成が簡単であって、より容易に
発振波長を設定することができるレーザシステムを提供
することができるという特有の効果を有する。

【００４４】さらに、請求項６記載の自律的波長選択レ
ーザシステムによれば、請求項５記載の自律的波長選択
レーザシステムにおいて、上記制御手段は、上記光学ろ
波手段から出力される光に基づいて、上記第１の多波長
レーザのバイアス電流を変化することにより、上記第２
の多波長レーザにおいて、発振モードの多重安定状態
と、発振モード間の自発的モード遷移状態との間で切り
換える。従って、従来例に比較して回路構成が簡単であ
って、より容易に発振波長を設定することができるレー
ザシステムを提供することができるという特有の効果を
有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る第１の実施形態である自律的波
長選択レーザシステムの構成を示すブロック図である。

【図２】 本発明に係る第２の実施形態である自律的波
長選択レーザシステムの構成を示すブロック図である。

【図３】 本発明に係る第３の実施形態である自律的波
長選択レーザシステムの構成を示すブロック図である。

【図４】 本発明に係る第４の実施形態である自律的波
長選択レーザシステムの構成を示すブロック図である。

【図５】 図２の音響光学変調器（ＡＯＭ）７の構成及
び動作を示す断面図である。

【図６】 図１の外部制御信号発生装置の変形例である
外部制御信号発生装置３０１の構成を示すブロック図で
ある。

【図７】 図１の自律的波長選択レーザシステムにおけ
るスイッチング動作を示す図であって、バイアス注入電
流Ｉｂに対する出力波長との関係を示すグラフである。

【図８】 図１の自律的波長選択レーザシステムの自発
的モード遷移状態（オン状態）における光電力のスペク
トル特性の一例を示すグラフである。

【図９】 図１の自律的波長選択レーザシステムのモー
ドの多重安定状態（オフ状態）における光電力のスペク
トル特性の一例を示すグラフである。

【図１０】 図１の自律的波長選択レーザシステムにお
いて目標の発振モードを切り換えたときのスイッチング
動作を示す図であって、外部制御信号に対応して、経過
時間に対する出力波長との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１…多波長レーザダイオード、 １ａ…マスタ多波長レーザダイオード、 １ｂ…スレーブ多波長レーザダイオード、 ２…多波長レーザダイオードのバイアス電流印加ポー
ト、 ３…コリメートレンズ、 ４，４ａ…ビームスプリッタ、 ５…反射ミラー、 ７…音響光学変調器（ＡＯＭ）、 ８…音響光学変調器（ＡＯＭ）の電圧印加ポート、 ９…屈折率可変素子、 １０…屈折率可変素子の電圧印加ポート、 １１…光アイソレータ、 １００…反射型回折格子、 １００ａ…入射角可変機構、 １０１…集光レンズ、 １０２…フォトダイオード、 １０３…増幅器、 １０４…比較器、 １０５…基準電圧用直流電圧源、 １０６ａ，１０６ｂ…バイアス電流用電流源、 １１０…波長フィルタ、 １１１…光ファイバケーブル、 ２０１，２０２，２０３，２０４…自律的波長選択レー
ザ装置、 ３００，３００ａ，３００ｂ，３０１…外部制御信号発
生装置、 ４００…音響光学媒体、 ４０１…トランスデューサ、 ４０２…駆動電圧信号発生器、 ＳＷ…スイッチ。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−115820（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−142519（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−241879（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−135535（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の波長の光を同時に発振して出力す
   る多波長レーザと、 上記多波長レーザから出力される光を反射してかつ遅延
   させて上記多波長レーザに戻す光学反射手段と、 上記多波長レーザから出力される複数の波長の光のう
   ち、発振させる所望の波長の光のみを通過させて出力す
   る光学ろ波手段と、 上記光学ろ波手段から出力される光に基づいて、上記多
   波長レーザにおける発振モードのうち、同一の条件にお
   いて異なった波長に対応したモード状態が複数取りえる
   発振モードの多重安定状態と、発振モード間の自発的モ
   ード遷移状態との間で切り換えることにより、上記多波
   長レーザを上記発振モードの多重安定状態に導きかつ上
   記所望の波長で発振するように制御する制御手段とを備
   えたことを特徴とする自律的波長選択レーザシステム。
2. 【請求項２】 上記制御手段は、上記光学ろ波手段から
   出力される光に基づいて、上記多波長レーザのバイアス
   電流を変化することにより、発振モードの多重安定状態
   と、発振モード間の自発的モード遷移状態との間で切り
   換えることを特徴とする請求項１記載の自律的波長選択
   レーザシステム。
3. 【請求項３】 上記光学反射手段はさらに、 入力される電圧信号に応答して、上記多波長レーザから
   出力される光に対して音響光学変調を行って、通過する
   光の通過効率を変化させることにより、上記光学反射手
   段の反射率を変化させる音響光学変調器を備え、 上記制御手段は、上記光学ろ波手段から出力される光に
   基づいて、発振モードの多重安定状態と、発振モード間
   の自発的モード遷移状態との間で切り換えるような電圧
   信号を上記音響光学変調器に出力することを特徴とする
   請求項１記載の自律的波長選択レーザシステム。
4. 【請求項４】 上記光学反射手段はさらに、 入力される電圧信号に応答して、上記多波長レーザから
   出力される光に対してその光の屈折率を変化させる処理
   を行うことにより、上記光学反射手段における光学通路
   の長さを変化させる屈折率可変素子を備え、 上記制御手段は、上記光学ろ波手段から出力される光に
   基づいて、発振モードの多重安定状態と、発振モード間
   の自発的モード遷移状態との間で切り換えるような電圧
   信号を上記屈折率可変素子に出力することを特徴とする
   請求項１記載の自律的波長選択レーザシステム。
5. 【請求項５】 それぞれ複数の波長の光を同時に発振し
   て出力する第１と第２の多波長レーザと、 上記第１の多波長レーザから出力される光を一方向で通
   過させて上記第２の多波長レーザに出力する光アイソレ
   ータと、 上記第２の多波長レーザから出力される光のうち、発振
   させる所望の波長の光のみを通過させて出力する光学ろ
   波手段と、 上記光学ろ波手段から出力される光に基づいて、上記第
   ２の多波長レーザにおける発振モードのうち、同一の条
   件において異なった波長に対応したモード状態が複数取
   りえる発振モードの多重安定状態と、発振モード間の自
   発的モード遷移状態との間で切り換えることにより、上
   記第２の多波長レーザを上記発振モードの多重安定状態
   に導きかつ上記所望の波長で発振するように制御する制
   御手段とを備えたことを特徴とする自律的波長選択レー
   ザシステム。
6. 【請求項６】 上記制御手段は、上記光学ろ波手段から
   出力される光に基づいて、上記第１の多波長レーザのバ
   イアス電流を変化することにより、上記第２の多波長レ
   ーザにおいて、発振モードの多重安定状態と、発振モー
   ド間の自発的モード遷移状態との間で切り換えることを
   特徴とする請求項５記載の自律的波長選択レーザシステ
   ム。