JP4141715B2 - Wavelength control device, wavelength control method, and wavelength tunable semiconductor laser device for wavelength tunable semiconductor laser - Google Patents

Wavelength control device, wavelength control method, and wavelength tunable semiconductor laser device for wavelength tunable semiconductor laser Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、波長分割多重伝送(WDM)などに適用する光通信用デバイスとして用いられる波長可変半導体レーザの発振波長を制御する波長可変半導体レーザの波長制御装置、波長制御方法に関し、さらには波長制御装置が搭載される波長可変半導体レーザ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光ファイバーを利用した光通信システムにおいて、高密度波長分割多重(DWDM:Dense Wavelength Division Multiplexing)方式が行われるようになってきた。このDWDM方式は、異なる複数の波長を1本の光ファイバに多重化して伝送する方式であり、高い精度で光の波長を安定化させる必要がある。
【0003】
このDWDM方式に用いられる光源としては、一般に分布帰還型(DFB:Distributed Feedback)レーザが用いられている。このDFBレーザでは、一つの波長のみを選択的に反射する回折格子を光増幅領域に形成している。このため、DFBレーザを用いると、発振モードが安定し、単一波長の半導体レーザが実現できる。通常、WDMシステムに用いられる光機器においては、光源を1チャンネル(波長)に1つ用いるが、DFBレーザは波長可変領域が小さいために、故障対策用の予備光源にも、1チャンネルに1つのDFBレーザが必要となるので、システムが高価になるという課題がある。
【0004】
上記の問題を克服するためには、波長可変領域が大きいレーザを光源として用いる必要がある。DBR(Distributed Bragg Reflector)半導体レーザは、光増幅領域の両側に波長依存性のある回折格子を配置し、特定の波長のみを選択的に反射させて光増幅領域で増幅させることにより、1本のピーク波長を持つ発振光を発生させるものである。その際、両側の回折格子部への注入電流を変化させることにより数十nm程度発振波長を変化させることができる。しかし、反射ピーク間隔が比較的狭いDBR構造の半導体レーザでは、両側の回折格子の反射ピークが一致する波長が隣の波長に飛び移るモードホッピングや、隣接する発振縦モードの競合などを原因として、発振モードが不安定になり易いという課題がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このため、従来は、スペクトルアナライザを用いて発振モードを確認しながら調整する手法が取られることが多いが、スペクトルアナライザを使用するために、波長調整制御が大がかりとなり、また装置が大型化する問題がある。
【0006】
また、他の従来技術として、両側の回折格子部への各注入電流I1、I2を変数とした2次元のデータテーブルを作成し、各注入電流I1、I2の組み合わせ毎に発振特性に関するデータ(単一モード発振波長や不安定発振を示すデータ)を登録し、この登録データを用いて波長制御を行うことが知られている。
【0007】
しかしながら、この従来技術においては、各注入電流I1、I2の全ての組み合わせ毎に発振特性に関するデータを登録しているので、データテーブルの登録データが多くなって、膨大なメモリ容量が必要となる。この結果、装置コストが増大し、光送信モジュールへの収納が可能なほどへの小型化が困難となる。
【0008】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、記憶データの少ない簡略したデータベースを用いて高精度でかつ安定性のある波長制御をなし得る波長可変半導体レーザの波長制御装置、波長制御方法および波長可変半導体レーザ装置を得ることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる波長可変半導体レーザの波長制御装置は、複数の反射ピークを有する第1及び第2の光反射器とこれら第1及び第2の光反射器の間に配される活性層領域とを有する波長可変半導体レーザの発振波長を制御する波長可変半導体レーザの波長制御装置において、前記第1の光反射器への注入電流および第2の光反射器への注入電流と発振波長との関係から安定発振する1〜複数の領域を通る関数または該関数を規定するための情報を記憶したデータベースと、上記データベースの記憶データに基づいて目標波長に対応する前記第1および第2の光反射器への注入電流値を取得し、該取得した注入電流値を用いて前記第1および第2の光反射器へ注入電流を制御する電源コントローラとを備え、上記データベースは、前記第1の光反射器への注入電流をIfとし、第2の光反射器への注入電流をIrとした場合、下記関数または下記関数を規定するための定数a,b,c,dについての1組〜複数組のデータを有する。
Ir=a×If+b
If=(c×λ+d) 2 (λ:波長、a,b,c,d:定数)
【0011】
また、前記半導体レーザは、第1及び第2の光反射器が異なる格子間隔の周期をもつ不均一グレーティングを用いたDBR構造を有していてもよい。
【0012】
また、前記波長可変半導体レーザは、前記活性層領域と前記第1または第2の光反射器の間に位相制御領域を有し、発振モードをモニタする発振モードモニタをさらに備え、前記発振モードモニタの出力に基づいて前記位相制御領域への注入電流を制御する発振モード制御回路をさらに備えていてもよい。
【0013】
また、前記発振モードモニタは、発振光の交流成分に基づき発振モードが単一縦モード発振または多モード発振の何れであるかを判定するものであってもよい。
【0014】
また、発振波長をモニタする波長モニタをさらに備え、前記波長モニタの出力に基づいて前記波長可変半導体レーザの素子温度または注入電流の制御を行う波長制御回路をさらに備えていてもよい。
【0015】
また、上記波長モニタは、入力発振光の波長に応じて透過率が変化する波長フィルタと、この波長フィルタの透過光を受光する光検出器とを備えていてもよい。
【0016】
また、上記波長モニタは、入力発振光の波長に応じて透過率が変化する狭帯域の波長フィルタと、この狭帯域の波長フィルタの透過光を受光する第1の光検出器と、入力発振光の波長に応じて透過率が変化する広帯域の波長フィルタと、この広帯域の波長フィルタの透過光を受光する第2の光検出器とを備えていてもよい。
【0017】
また、前記狭帯域の波長フィルタの波長弁別領域はITUグリッドに対応し、前記広帯域の波長フィルタの波長弁別領域は半導体レーザの波長可変範囲よりも大きくしてもよい。
【0018】
また、上記波長フィルタは、ファブリペローエタロン、複屈折フィルタ、多層膜フィルタ、ファイバーグレーティングの何れかであってもよい。
【0019】
また、発振光の光強度を検出する光強度モニタをさらに備え、前記光強度モニタの検出出力が一定になるように前記活性層領域への注入電流を制御する光強度制御回路をさらに備えていてもよい。
【0020】
この発明にかかる波長可変半導体レーザの波長制御方法は、複数の反射ピークを有する第1及び第2の光反射器とこれら第1及び第2の光反射器の間に配される活性層領域および位相制御領域とを有する波長可変半導体レーザの発振波長を制御する波長可変半導体レーザの波長制御方法において、前記第1の光反射器への注入電流および第2の光反射器への注入電流と発振波長との関係から安定発振する1〜複数の領域を通る関数または該関数を規定するための情報を記憶したデータベースの記憶データに基づいて目標波長に対応する前記第1および第2の光反射器への注入電流値を取得し、該取得した注入電流値を用いて前記第1および第2の光反射器へ注入電流を制御する光反射器制御ステップを備え、上記データベースは、前記第1の光反射器への注入電流をIfとし、第2の光反射器への注入電流をIrとした場合、下記関数または下記関数を規定するための定数a,b,c,dについての1組〜複数組のデータを有する。
Ir=a×If+b
If=(c×λ+d) 2 (λ:波長、a,b,c,d:定数)
【0021】
また、前記光反射器制御ステップの後に実行され、検出した発振モードに基づいて前記位相注入領域への注入電流を制御する発振モード制御ステップをさらに備えていてもよい。
【0022】
また、前記光反射器制御ステップの後に実行され、検出した発振波長に基づいて前記波長可変半導体レーザの素子温度または注入電流を制御する波長制御ステップをさらに備えていてもよい。
【0023】
また、検出した光強度が一定になるように前記活性層領域への注入電流を制御する光強度制御ステップをさらに備えていてもよい。
【0025】
この発明にかかる波長可変半導体レーザ装置は、複数の反射ピークを有する第1及び第2の光反射器とこれら第1及び第2の光反射器の間に配される活性層領域および位相制御領域とを有する波長可変半導体レーザと、前記第1の光反射器への注入電流および第2の光反射器への注入電流と発振波長との関係から安定発振する1〜複数の領域を通る関数または該関数を規定するための情報を記憶したデータベースと、発振モードをモニタする発振モードモニタと、上記データベースの記憶データに基づいて目標波長に対応する前記第1および第2の光反射器への注入電流値を取得し、該取得した注入電流値を用いて前記第1および第2の光反射器へ注入電流を制御する電源コントローラと、前記発振モードモニタの出力に基づいて前記位相制御領域への注入電流を制御する発振モード制御回路とを備え、上記データベースは、前記第1の光反射器への注入電流をIfとし、第2の光反射器への注入電流をIrとした場合、下記関数または下記関数を規定するための定数a,b,c,dについての1組〜複数組のデータを有する。
Ir=a×If+b
If=(c×λ+d) 2 (λ:波長、a,b,c,d:定数)
【0027】
また、上記波長可変半導体レーザの前面光出力の光軸上にレーザ光を分岐し、分岐した一方の出力を前記発振モードモニタに入力する光分岐器をさらに備えていてもよい。
【0028】
また、前記発振モードモニタは、上記波長可変半導体レーザの背面光の一部または全てを受光するように配置されていてもよい。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる波長可変半導体レーザの波長制御装置、波長制御方法および波長可変半導体レーザ装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【0030】
図1はこの発明を適用する波長可変半導体レーザ装置の構成を示すブロック図である。図1に示すように、この波長可変半導体レーザ装置は、DBR方式の半導体レーザ1と、半導体レーザ1のチップを一定温度に温度補償するべく半導体レーザ1のチップに隣接して配置されるヒートシンク2およびペルチェ素子3と、光分岐手段としてのビームスプリッタ4,5,6と、レーザ光の波長を検出する波長モニタ7と、発振モード状態を検出する発振モードモニタ8と、レーザ光強度を検出する光強度モニタ9と、半導体レーザ1のチップの温度をモニタする温度モニタ10と、半導体レーザ1を制御する半導体レーザ駆動装置20とを備えている。
【0031】
半導体レーザ駆動装置20は、波長モニタ7の出力に基づきレーザ光の波長を制御する波長制御回路21と、発振モードモニタ8の出力に基づきレーザ光の発振モードを制御する発振モード制御回路22と、光強度モニタ9の出力に基づき光強度が一定になるように制御する光強度制御回路23と、温度モニタ10の出力に基づき半導体レーザ1のチップの温度が一定になるように制御する温度制御回路24と、半導体レーザ1を制御するために必要なパラメータ(DBR領域への注入電流を求めるためのパラメータ)を記憶しているデータベース(DB)25と、半導体レーザ1へ電流を注入するとともにレーザ素子温度を制御する電源コントローラ26とを備えている。
【0032】
半導体レーザ1からの出力光は、ビームスプリッタ4によって分岐され、その一部がモニタ光A1として取り出される。モニタ光A1は、ビームスプリッタ5によって分岐され、その一部が分岐光A2として波長モニタ7に入力される。残りは、ビームスプリッタ6に入射されて分岐され、一部が分岐光A3として発振モードモニタ8に入射され、残りが分岐光A4として光強度モニタ9に入射される。
【0033】
波長モニタ7の出力である波長モニタ信号は、波長制御回路21に入力される。発振モードモニタ8の出力である発振モードモニタ信号は、発振モード制御回路22に入力される。光強度モニタ9の出力である光強度モニタ信号は、光強度制御回路23に入力される。さらに、温度モニタ10の出力である温度モニタ信号が温度制御回路24に入力される。
【0034】
半導体レーザ駆動装置20においては、データベース25からのデータと、波長制御回路21、発振モード制御回路22、光強度制御回路23および温度制御回路24からの各信号とを電源コントローラ26に入力する。電源コントローラ26は、これらの入力信号に基づいて電源を制御することで、半導体レーザ1への注入電流、ペルチェ素子3の駆動電流などを制御する。
【0035】
次に、半導体レーザ1、波長モニタ7、発振モードモニタ8、光強度モニタ9の詳細について説明する。
【0036】
まず、光源としての半導体レーザ1について説明する。この場合、半導体レーザ1としては、例えば超構造グレーティングDBR半導体レーザ(以下SSG DBR-LDと略す Super Structure Grating DBR Laser Diode)を用いる。図2にSSG DBR-LDの典型的な構造を示す。
【0037】
図2において、共振器を構成する一方の光反射器としてのフロントSSG DBR領域31は、格子間隔が変化している不均一回折格子(不均一グレーティング)を光軸方向に多段に並べた構造であり、複数の反射ピークを有する反射スペクトルを実現することができる。他方の光反射器としてのリアSSG DBR領域34は、フロントSSG DBR領域31と異なる周期間隔の回折格子を多段に並べた構造であり、フロントSSG DBR領域31とは反射ピークの周期が異なる複数の反射ピークを有する反射スペクトルを実現することができる。すなわち、DBR領域31,34は、連続的に格子間隔(周期)が変化している回折格子群(チャープドグレーティング)をひとつの単位にして、この回折格子群を整数回同じ間隔で並べたものであり、基本的には、フロントSSG DBR領域31とリアSSG DBR領域34とで、チャープドグレーティングの並びの周期を変えることによって、フロントSSG DBR領域31とリアSSG DBR領域34とで、反射ピークの周期を異ならせている。なお、チャープドグレーティングの並びの周期を変えると言うことは、チャープドグレーティング単体の長さを変えることと等価で、単体の反射特性をキープするために、チャープドグレーティング(一つの単位)の中の周期変化も合わせて変えることもある。
【0038】
フロントSSG DBR領域31とリアSSG DBR領域34との間には、利得領域である活性層領域32と、利得効果を有しない位相制御領域33が配置されている。これら各領域31〜34には、独立に電流を注入することができる構造となっている。活性層領域32への注入電流をIaとし、位相制御領域33への注入電流をIpとし、フロントSSG DBR領域31への注入電流をIfとし、リアSSG DBR領域34への注入電流をIrとする。
【0039】
この半導体レーザ1の動作について説明する。活性層領域32にある閾値以上の駆動電流Iaを注入すると、フロントSSG DBR領域31とリアSSG DBR領域34との間で共振する光は、活性層領域32で増幅され、フロントSSG DBR領域31から出射光が取り出される。
【0040】
このときの発振波長は、図3に示すような、利得特性およびロス特性によって決まる。図3には、利得特性40と、フロントSSG DBR領域31の反射特性(太線)41と、リアSSG DBR領域34の反射特性(点線)42と、フロントSSG DBR領域31とリアSSG DBR領域34との間の共振器長によって決まる共振縦モード43(細線)とが示されている。各反射特性および共振縦モードともにピークで反射率が最大となる。フロントSSG DBR領域31の反射ピーク41の周期と、リアSSG DBR領域34の反射ピークの周期42(波長間隔)とは、前述したように、僅かに異なるようになっている。
【0041】
利得帯域40内で、フロントSSG DBR領域31の反射ピークとリアSSG DBR領域34の反射ピークが一致する波長は、特にSSGモードと呼ばれ、このSSGモードと共振縦モードが一致する波長で発振する。図3の場合は、中心付近の波長λ0で、SSGモードと共振縦モードが一致しており、この波長λ0で発振する。
【0042】
それぞれに注入する電流Ia,If,Irと、半導体レーザ1の素子温度Tldを変えることで利得帯域およびSSGモードを調整し、また位相制御領域33への注入電流Ipを変えて共振縦モードを変化させることで波長を調節する。
【0043】
図4は、活性層領域32への注入電流Iaが一定の条件下でIf,Irを変化させたときの発振波長の分布を示したものである。図5は、図4が色によって波長の区分をしており、モノクロ化された状態では説明の都合上視認が困難なため、図4における波長分布の波長境界を実線および破線で示したものである。図5によって、図4では特に視認困難な左上から右下に延びる方向への波長境界を破線で示している。
【0044】
図4においては、色が濃くなるにつれて発振波長が長波長になることを示している。また、図4では、視認が困難であるが、図5に示す紙面上で左下から右上に延びる実線で囲まれた複数の各領域中では、左下から右上に向けて発振波長が連続的に短波長側に変化している。この連続的変化の境界が図5に示す破線に対応している。
【0045】
一方、If,Irのどちらかを一定にし、他方を連続的に変化させた場合、波長が急激に変化する点(図4では矩形の小さな白抜きブロックKとして示されている)が存在する。これは図3で示すフロントSSG DBR領域31とリアSSG DBR領域34の反射特性が波長に対して変化していることに起因する。すなわちこれは、フロントSSG DBR領域31とリアSSG DBR領域34の反射特性41,42のどちらか一方のみが変化させていくと、バーニア効果により隣の反射ピークにSSGモードが移り、大きく波長が跳ぶモードホッピングを原因としている。
【0046】
図6(a)に、一例として、波長が急激に変化する電流条件(図4および5中A点:If=13.8mA,Ir=17mA)で測定した発振スペクトルを示す。また、図6(b)に、それ以外の電流条件(図4および5中B点:If=18mA,Ir=17mA)で測定した発振スペクトルを示す。なお、B点は、図5において、実線と破線で囲まれた1つの鱗状の領域の中央付近を選択している。
【0047】
図6(a)に示すように、A点では異なる2つの波長で発振が生じ、多モード発振となっている。尚、この2つの波長での発振は2つ共が常時発振しているわけではなく、時間軸上では不定期にどちらかが発振している状態である。これは上述の隣接したSSGモード同士の競合が原因であり、ゆえに発振が不安定になっている。それに対して、鱗状の領域の中央付近を選択しているB点では、図6(b)に示すように、単一縦モード発振が得られている。
【0048】
一方、SSGモードの競合以外にも不安定発振になる場合がある。すなわち、図4および図5において、左下から右上に連続的にIf,Irを変化させた場合にも波長が少し跳ぶ。これは発振縦モードが隣接したモードに移ったことを示しており、この場合にも発振が不安定になる。
【0049】
これら2種類のモード跳びについてまとめると、前述した複数の鱗状の領域の中心部分は、安定して単一縦モードが発振している領域となり、その境界部分(図5の実線および破線の近傍領域)は発振が不安定になることが判る。本発明は、このような考察に基づいてなされたものであり、データベース25に安定発振する条件のみを抽出可能な所定の関数を設定し、この関数を規定するための定数値を発振波長に対応して記憶するようにする。その詳細は、後述する。
【0050】
次に波長モニタ7について説明する。波長モニタ7は、入力光の波長を弁別し、波長に応じて変化する波長モニタ信号を出力する装置であり、例えば波長フィルタと光検出器とで構成される。波長フィルタは、入力光波長に応じて透過率を変える特性を有している。波長フィルタとしては、例えばファブリペローエタロンや、複屈折フィルタ、薄膜フィルタ、ファイバーグレーティング等を用いる。波長フィルタの入力光波長に応じて透過率を変える特性を利用して、波長フィルタで波長情報を強度情報に変換する。そして、光検出器で波長フィルタからの光信号を電気信号に変換することにより、波長に応じた強度の電気信号を得ることができる。
【0051】
今、安定化させたい半導体レーザ1の発振目標波長をλcとする。もし発振波長がΔλずれた場合、それに応じて波長モニタ信号の強度が増減する。この増減をモニタすることにより波長変動量を検出することができる。したがって、波長制御回路21で、波長モニタ信号が目標波長λcの時の強度になるように注入電流Ip、Ia、If、Irのいずれかもしくは素子温度Tldを調節することにより波長を目標波長λcへ安定化できる。
【0052】
つぎに、発振モードモニタ8について説明する。発振モードモニタ8は、発振モード状態に応じて単一縦モード発振をしているかもしくは多モード発振をしているかを判別し、該判別結果を示す発振モードモニタ信号を出力する。発振モードモニタ8としては、例えば、入力光の直流成分を除いた交流成分のみを検知することができる光検出器を用いる。モード競合等により発振モードが不安定になると、強度雑音が増加するため、前記光検出器からの出力は多モード発振になると増加し、単一縦モード発振になると減少する傾向をもつ。光検出器の出力信号に対して閾値を設定し、閾値以上であれば多モード発振、閾値以下であれば単一縦モード発振という判断をする。発振モード制御回路22は、発振モードモニタ信号を元に半導体レーザ1への注入電流Ipを制御することにより発振モードを安定化させる。
【0053】
次に、光強度モニタ9について説明する。光強度モニタ9は、レーザ光の強度変化に応じた信号を光強度モニタ信号として出力する。構成としては、例えば光検出器があげられる。光検出器は入力光強度が増加すると出力信号が増加し、入力光強度が減少すると出力信号が減少する特性をもつ。従ってこの信号をモニタすることにより、レーザ光強度変化を検出することができる。光強度制御回路23では、光強度モニタ信号が一定になるように活性層領域32への注入電流Iaを制御することにより、レーザ光強度を所望の値に一定に安定化できる。
【0054】
半導体レーザ駆動装置20は、波長モニタ信号、発振モードモニタ信号、レーザ光強度モニタ信号および温度モニタ信号を元に、半導体レーザ1への注入電流(Ia,If,Ir,Ip)を制御するとともに、ペルチェ素子3を制御して素子温度(Tld)を制御する。オペレータは、半導体レーザ駆動装置に安定化させたい目標波長とレーザ光強度を入力するだけで自動的に、目標波長と目標強度に調整されて単一縦モードで発振する。
【0055】
次に波長同調動作について説明する。なお、レーザ光強度は上記のレーザ光強度モニタ信号を元に、光強度制御回路23によってあらかじめ設定された目標強度に安定化されているものとする。図7は、図1に示される波長可変半導体レーザ装置の波長同調動作を示すフローチャートであり、このフローチャートに従って動作を説明する。
【0056】
最初に、本発明の要部をなすデータベース25について説明する。IfとIrを設定する際に不安定モード発振を回避することが必要条件としてあげられるが、単純に図4のような電流マップを全てデータベースとして記録すると、図中の単一縦モード発振領域に設定できるが、データ容量が膨大になってしまう。
【0057】
そこで、図8に示すように、左下から右上に延びる実線で囲まれた複数の領域中のほぼ真ん中に位置するようにラインL1〜L4を設定し、このラインL1〜4上に乗るような条件下でのIfとIrと波長の関係式を導入することによってSSGモードの遷移領域への移行を回避するとともに、記憶データ量を大幅に削減する。また、できるだけ、遷移領域から離れた中央付近を選択することによって、レーザ素子の経年変化にも強い波長制御を実現する。
【0058】
まず、図8に示すように、SSGモードの遷移領域(図8中の実線で示される波長境界領域)から離れて、安定した発振モードが得られるIfとIrとの関係を求める。
【0059】
この作業はフロントDBR領域31とリアDBR領域34の反射モードであるSSGモードのうちの1本を選択していることに相当している(図3中のフロントDBR領域31の反射特性(太線)41と、リアDBR領域34の反射特性(点線)42の重なる条件を決めている)。その関係は直線となり、Ir=a×If+bの式で表される(a,bは定数)。例えば、ラインL1でのIfとIrとの関係はIr=0.8×If+2.0となり、あるIfが与えられたときにこの式を満たすIrを設定すればよい。ラインL2〜L4についても同様である。
【0060】
次に、図9に、各ラインL1〜L4上のIfと波長の関係を示す。各ラインL1〜L4上での波長λとIfとの関係をIf=(c×λ+d)2の曲線でフィッティングすることによって求める(c,dは定数)。
【0061】
従って、目標波長λcに設定したい場合、まず目標波長がどのライン上にあるか選択し、選択したライン上において、
Ir=a×If+b …式(1)
If=(c×λ+d)^2 …式(2)
を満たすIf,Irを求め、該求めたIf,Irを印加する。データベース25には、各ラインL1〜L4について、
▲1▼ 各ラインL1〜L4の選択可能な波長範囲
▲2▼ 式(1)の定数a,b
▲3▼ 式(2)の定数c,d
を記憶しておくだけでよい。なお、上記式(2)は、Irと波長の関係を用いてもよい。また、データベース25に、上記定数a,b,c,dが規定された式(1)および式(2)の関数自体を発振波長に対応して記憶するようにしてもよい。
【0062】
ただし、このようなIf,Irの設定のみでは、図8に実線で示す遷移領域から離れた波長制御は可能となるが、まだ図8に破線で示す遷移領域への移行が想定される。このため、上記のIf,Irの設定のみでは、目標波長に高精度に安定化まではされず、後述のIp制御による発振縦モードの安定化および波長モニタによる波長安定化(素子温度Tld制御など)が必要になる。
【0063】
つぎに、図7および図10に示すフローチャートに従って、上記データベース25を用いた波長同調手順を説明する。
【0064】
まず、オペレータは安定化させたい目標波長λcの波長を半導体レーザ駆動装置20に入力する(ステップ100)。具体的には、図示しない入力装置を介してオペレータが電源コントローラ26に入力する。
【0065】
つぎに、半導体レーザ駆動装置20内の電源コントローラ26ではデータベース25を参照して、If,Irを求め、該求めたIf,Irを半導体レーザ1のフロントSSG DBR領域31,リアSSG DBR領域34に注入し、発振波長を目標波長λc付近に到達させる(ステップ110)。
【0066】
図10のフローチャートに、ステップ110で行うDBR領域印加電流処理を示す。まず、目標設定波長λcが入力されると(ステップ200)、ステップ210、230、250、270でのライン判断処理によって、データベース25を参照して目標波長λcがどのライン上にあるかを判断する。
【0067】
目標波長λcがλ1≦λc≦λ2の範囲にあると(ステップ210)、1つのラインについての前記関係式(1)(2)を用いてIf,Irが求められる(ステップ220)。すなわち、選択されたラインで設定されている定数a,b,c,dをデータベース25から読み込み、式(1)および式(2)を用いてIf,Irを決定する。
【0068】
目標波長λcがλ2<λc≦λ3の範囲にあると(ステップ230)、別のラインについての前記関係式(1)(2)を用いてIf,Irが求められる(ステップ240)。目標波長λcがλ3<λc≦λ4の範囲にあると(ステップ250)、別のラインについての前記関係式(1)(2)を用いてIf,Irが求められる(ステップ260)。目標波長λcがλ4<λc≦λ5の範囲にあると(ステップ270)、別のラインについての前記関係式(1)(2)を用いてIf,Irが求められる(ステップ280)。
【0069】
もし全てのライン上の波長に当てはまらない場合は、その半導体レーザ1の発振波長外であることを示し、エラー表示を行う(ステップ290)。
【0070】
この場合、ステップ210では、目標波長λcの選択範囲をλ1≦λc≦λ2とし、ステップ230では、目標波長の選択範囲をλ2<λc≦λ3とし、ステップ250では、目標波長の選択範囲をλ3<λc≦λ4とし、ステップ270では、目標波長の選択範囲をλ4<λc≦λ5とすることで、各ステップで目標波長の選択範囲が重ならないようにするとともに、各ステップ210,230,250,270で条件が成立した場合、一つのラインを選択して、選択した1つのラインについての関係式(1)(2)を用いてIf,Irを求めるようにしているので、目標波長λcが半導体レーザ1の発振可能な波長範囲λ1≦λc≦λ5の中であれば、唯一のラインが選択されることとなる。
【0071】
なお、上記唯一のライン選択に当たって、注入電流が大きいほうのラインを選ぶようにすれば、電流が大きくなる欠点がある反面、より安定な波長制御をなし得る。これは、図4,図5から判るように、電流値If,Irが大きなほうが、前述した鱗状の領域の大きさが大きくなり、ライン上の点が遷移領域からより遠ざかるからである。
【0072】
つぎに、図7のステップ120の発振モードモニタ処理について説明する。発振モード制御回路22は、発振モードモニタ8からの信号を参照し(ステップ120)、今発振しているモードが単一か多モード発振をしているかを判断する(ステップ130)。発振モードが安定な場合は、発振モードモニタ8からの信号強度は低く、逆に発振モードが不安定な場合には信号強度が大きくなる。そこで、発振モード制御回路22は、予め設定しておいた基準値と比較し、信号が基準値以下なら手順をつぎのステップ150に移行させ、閾値以上の多モード発振をしている場合は、閾値以下になるまで位相制御領域33への注入電流Ipを0から増加させることによって発振モードを微調整して、安定化させる(ステップ140)。なお、先のステップ110でのDBR領域印加電流処理において最適なIfおよびIrを選択しているため、SSGモードの競合による不安定モード発振は考慮しなくてもよく、従ってこのステップ140での処理で、IfおよびIrを調節する必要はない。この制御により、各ラインL1〜L4上で、発振モードを遷移領域から移行させて、発振モードを安定化させることができる。
【0073】
つぎに、波長制御回路21は、波長モニタ7からの波長モニタ信号を元に目標波長λcからのずれ量を検出する(ステップ150、160)。波長制御回路21は、この波長ずれ量が予め規定された閾値(発振波長確度)よりも大きい場合は、電源コントローラ26を介してペルチェ素子3を駆動して温度モニタ10によって半導体レーザ近傍の温度をモニタしながら素子温度Tldを調節することによって目標波長λcに安定化させる(ステップ170)。また、波長制御回路21は、前記波長ずれ量が発振波長確度よりも小さい場合には、目標波長に安定した旨を表示する。
【0074】
なお、この場合、波長モニタ7の出力に基づく波長制御においては、素子温度Tldのみの制御によって波長の微調整を行うようにしている。これは、このステップ150〜170の段階で、注入電流Ip、Ia、If、Irのいずれかを制御して波長制御を行うと、先のステップ110、140で調整されたIp、If、Irが変化して、発振モードなどにも悪影響を及ぼすことを考慮したからである。
【0075】
なお、本半導体レーザ装置が動作中の間は、ステップ120〜ステップ180までの手順が繰り返し実行されている。
【0076】
このように実施の形態によれば、SSGモード競合による不安定モード発振を回避するようなIf,Irの関係式Ir=a×If+bと、そのときのIfと波長の関係式If=(c×λ+d)2を導き、これら関係式の定数a、b、c、dまたは関係式自体を発振波長範囲に対応付けて記憶した簡略化したデータベースを用いたため、安定な単一縦モード発振を得るための波長同調を行う際のデータベースの記憶容量が大幅に削減され、装置の小型化およびコストダウンに寄与する。
【0077】
また、波長同調動作において、発振モードモニタ8の出力を用いて位相制御領域33への注入電流Ipを制御することで、If、Irの制御によって選択されたライン上での遷移領域への移行を回避するようにしたので、単一縦モードでの発信が高精度に安定される。また、波長同調動作において、波長モニタ7を用いて素子温度Tldを調節したため、他の制御パラメータである半導体レーザ1への注入電流Ip、If、Irなどに影響を与えることなく高精度に発振波長を安定化できるという効果を奏する。
【0078】
つぎに、図11〜図13を用いて、図1のレーザ装置に用いる波長モニタ7の他の構成例について説明する。図11に示す波長モニタ7は、入力発振光(モニタ光)の波長に応じて透過率が変化する狭帯域波長フィルタ50と、この狭帯域波長フィルタ50の透過光を受光する光検出器51と、入力発振光の波長に応じて透過率が変化する広帯域波長フィルタ52と、この広帯域波長フィルタ52の透過光を受光する光検出器53とを備えている。
【0079】
すなわち、各波長フィルタ50,52で、波長情報を強度情報に変換し、各光検出器51,53で、波長フィルタ50,52からの光信号を電気信号に変換することにより、波長に応じた強度の電気信号を得ることができる
図12は、狭帯域波長フィルタ50の波長特性と広帯域波長フィルタ52の波長特性を示すものである。Δλldは半導体レーザの波長可変領域であり、Δλf1は広帯域波長フィルタ52の波長弁別領域であり、Δλf2は狭帯域波長フィルタ50の波長弁別領域である。また、ITUグリッドの各波長(チャネル)間隔を狭帯域波長フィルタ50の波長弁別領域の2倍(2×λf2)に等しく設定している。ITUグリッドは、国際電気通信連合(International Telecommunication Union)で指定された特定の波長領域、例えば1550nmのウインドウでの近接した間隔の波長セットであり、例えば100GHZ間隔の場合は、約0.8nmの波長間隔に相当する。
【0080】
この種のSSG DBR-LDでは、通常の半導体レーザに比べ、波長可変領域(Δλld)が、30nm〜40nmと、広い。狭帯域波長フィルタ50は、波長変化に対する信号強度変化が大きく、波長を高精度に検出できる利点があるが、狭帯域波長フィルタ50の波長弁別領域(Δλf2)は狭いので、狭帯域波長フィルタ50のみでは、半導体レーザの波長可変領域(Δλld)を全てカバーすることができず、絶対波長を検出することができない。そこで、半導体レーザの波長可変領域(Δλld)の全体は、Δλldより広い波長弁別領域(Δλf1)をもつ広帯域波長フィルタ52によってカバーすることで、どのグリッドに位置しているか、すなわち発振波長の絶対波長を検出するようにしている。
【0081】
狭帯域波長フィルタの一方のスロープの特性のみを利用する場合は、
ITUグリッドの波長間隔=2×Δλf2
2×Δλf2<Δλld<Δλf1
の関係が成立するように、各波長フィルタ50,52の波長特性を設定する。
【0082】
また、狭帯域波長フィルタの両方のスロープの特性を利用する場合は、
ITUグリッドの波長間隔=Δλf2
2×Δλf2<Δλld<Δλf1
の関係が成立するように、各波長フィルタ50,52の波長特性を設定する。
【0083】
図13を用いて図11の波長モニタ7を用いた波長制御動作を説明する。まず、図1の波長制御回路21は、広帯域波長フィルタ52側の光検出器53の出力を取得し(ステップ300)、この出力に基づいて目標波長λcに到達しているか否かを判定する(ステップ310)。目標波長λcに到達していない場合は、電源コントローラ26を介してペルチェ素子3を駆動して素子温度Tldを調節することによって目標波長λcに安定化させる(ステップ320)。
【0084】
また、ステップ310の判定で目標波長λcに到達していることが検出されると、波長制御回路21は、狭帯域波長フィルタ50側の光検出器51の出力を取得し(ステップ330)、この出力に基づいて目標波長λcで安定しているか否かを判定する(ステップ340)。波長制御回路21は、波長ずれ量が予め規定された発振波長確度よりも大きい場合は、電源コントローラ26を介してペルチェ素子3を駆動して素子温度Tldを調節することによって目標波長λcに安定化させる(ステップ350)。
【0085】
このように、図11に示す波長モニタ7においては、広帯域波長フィルタ52側の出力に基づいて発振波長の粗調整を行い、その後、狭帯域波長フィルタ50側の出力に基づいて発振波長の微調整を行うことで、半導体レーザの波長可変領域が大きな場合でも、高精度の波長制御を行えるようにしている。
【0086】
なお、上記の実施の形態では半導体レーザ1にSSG DBR−LDを用いるようにしたが、他のSG−DBR LD(サンプルド回折格子 Sampled GratingDBR)構造をもつようなLDにも本発明を適用することができる。この場合にも、上記と同様の効果が得られる。このSG−DBR LDは、同じ周期の回折格子のある領域と回折格子のない領域を一つの単位として、これを整数回並べたものであり、「回折格子のある領域」+「ない領域」の並びが同じ間隔で並んでいる。SG−DBR LDの場合も、基本的に、フロントSSG DBR領域とリアSSG DBR領域とで、並びの周期を変えることによって、フロントSSG DBR領域とリアSSG DBR領域との反射ピークの周期を異ならせている。このSG−DBR LDの場合、SSG-DBRと違ってグレーティングのない領域の距離を変えることによって、上記反射ピークの周期の違いを達成できるため、グレーティング単体の周期は変えなくても済む。なお、グレーティング単体の周期を変えることによって、上記反射ピークの周期の違いを実現するようにしてもよい。
【0087】
また、上記各実施の形態では半導体レーザ1からの前面出力光の一部をモニタ光として波長モニタ7、発振モードモニタ8および光強度モニタ9に入力しているが、半導体レーザ1の背面から出力される微量の発振光をモニタ光として用いても良い。その場合、前面光出力を減らすことなく外部出力信号として用いることができる。さらにビームスプリッタ4は不要となり、構成が簡略化される。
【0088】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明にかかる波長可変半導体レーザの波長制御装置によれば、データベースに安定発振する条件のみを抽出可能な所定の関数を設定し、この関数を用いて共振器を構成する第1及び第2の光反射器への注入電流を制御するようにしており、これにより記憶データの少ない簡略したデータベースを用いて高精度でかつ安定性のある波長制御を実現できる。
【0089】
つぎの発明にかかる波長可変半導体レーザの波長制御方法によれば、安定発振する条件のみを抽出可能な所定の関数が記憶されたデータベースを用いて共振器を構成する第1及び第2の光反射器への注入電流を制御するようにしており、これにより記憶データの少ない簡略したデータベースを用いて高精度でかつ安定性のある波長制御を実現できる。
【0090】
つぎの発明にかかる波長可変半導体レーザ装置によれば、簡略化されたデータベースの記憶データを用いて共振器を構成する第1及び第2の光反射器への注入電流を制御するとともに、発振モードモニタの出力に基づいて位相注入領域への注入電流を制御するようにしているので、記憶データの少ない簡略したデータベースを用いてより高精度でかつ安定性のある波長制御を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態を適用する波長可変半導体レーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図2】 SSG DBR LDの構成を示す断面図である。
【図3】 SSG DBR LDの各領域での利得またはロスの波長特性示す図である。
【図4】 SSG DBR LDにおける発振波長のIf,Ir特性を示す図である。
【図5】 図4の発振波長のIf,Ir特性の波長境界領域を明確にした図である。
【図6】 SSG DBR LDにおける単一縦モードと不安定モード発振の波長スペクトルを示す図である。
【図7】 この発明の実施の形態による波長可変半導体レーザの波長同調手順を示すフローチャートである。
【図8】 データベースに用いられる関数を説明するための図である。
【図9】 SSG DBR LDにおける発振波長のIf特性を示す図である。
【図10】 波長同調手順におけるIfとIrとを決定する手順を示すフローチャートである。
【図11】 波長モニタの他の形態を示すブロック図である。
【図12】 図11の波長モニタに用いられる広帯域波長フィルタ及び狭帯域波長フィルタの波長特性を示す図である。
【図13】 図11の波長モニタを用いた波長制御の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 半導体レーザ、2 ヒートシンク、3 ペルチェ素子、4,5,6 ビームスプリッタ、7 波長モニタ、8 発振モードモニタ、9 光強度モニタ、10 温度モニタ、20 半導体レーザ駆動装置、21 波長制御回路、22 発振モード制御回路、23 光強度制御回路、24 温度制御回路、25 データベース、26 電源コントローラ、31 フロントSSG DBR領域、32 活性層領域、33 位相制御領域、34 リアSSG DBR領域、50 狭帯域波長フィルタ、51,53 光検出器、52 広帯域波長フィルタ。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wavelength control device and a wavelength control method for a wavelength tunable semiconductor laser that controls the oscillation wavelength of a wavelength tunable semiconductor laser used as an optical communication device applied to wavelength division multiplex transmission (WDM) and the like. The present invention relates to a wavelength tunable semiconductor laser device on which the device is mounted.
[0002]
[Prior art]
In an optical communication system using an optical fiber, a dense wavelength division multiplexing (DWDM) system has been performed. This DWDM system is a system in which a plurality of different wavelengths are multiplexed and transmitted on a single optical fiber, and it is necessary to stabilize the wavelength of light with high accuracy.
[0003]
As a light source used in the DWDM system, a distributed feedback (DFB) laser is generally used. In this DFB laser, a diffraction grating that selectively reflects only one wavelength is formed in the optical amplification region. For this reason, when a DFB laser is used, the oscillation mode is stabilized and a single wavelength semiconductor laser can be realized. Normally, in an optical device used for a WDM system, one light source is used for one channel (wavelength). However, since a DFB laser has a small wavelength variable region, a spare light source for troubleshooting is also provided with one light source for one channel. Since a DFB laser is required, there is a problem that the system becomes expensive.
[0004]
In order to overcome the above problem, it is necessary to use a laser having a large wavelength variable region as a light source. In a DBR (Distributed Bragg Reflector) semiconductor laser, a wavelength-dependent diffraction grating is arranged on both sides of an optical amplification region, and only a specific wavelength is selectively reflected and amplified in the optical amplification region. Oscillation light having a peak wavelength is generated. At this time, the oscillation wavelength can be changed by about several tens of nanometers by changing the injection current to the diffraction grating portions on both sides. However, in a semiconductor laser having a DBR structure in which the reflection peak interval is relatively narrow, due to mode hopping in which the wavelength at which the reflection peaks of the diffraction gratings on both sides coincide with each other jumps to each other, competition between adjacent oscillation longitudinal modes, There is a problem that the oscillation mode tends to become unstable.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
For this reason, in the past, a method of adjusting while checking the oscillation mode using a spectrum analyzer is often used. However, since the spectrum analyzer is used, the wavelength adjustment control becomes large and the size of the apparatus increases. There is.
[0006]
As another prior art, a two-dimensional data table is created with the injection currents I1 and I2 to the diffraction grating portions on both sides as variables, and data relating to oscillation characteristics for each combination of the injection currents I1 and I2 (single It is known to register a single mode oscillation wavelength and data indicating unstable oscillation) and perform wavelength control using this registration data.
[0007]
However, in this prior art, since the data relating to the oscillation characteristics is registered for every combination of the injection currents I1 and I2, the registration data in the data table increases and a huge memory capacity is required. As a result, the apparatus cost increases, and it becomes difficult to reduce the size to such an extent that it can be housed in the optical transmission module.
[0008]
The present invention has been made in view of the above, and a wavelength control device, a wavelength control method, and a wavelength tunable device for a wavelength tunable semiconductor laser capable of performing highly accurate and stable wavelength control using a simplified database with little stored data. An object is to obtain a semiconductor laser device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  A wavelength control device for a wavelength tunable semiconductor laser according to the present invention includes a first and second light reflectors having a plurality of reflection peaks, and an active layer region disposed between the first and second light reflectors. In the wavelength control device for a wavelength tunable semiconductor laser that controls the oscillation wavelength of the wavelength tunable semiconductor laser having the above, the relationship between the injection current to the first optical reflector and the injection current to the second optical reflector and the oscillation wavelength A database that stores a function that passes through a plurality of regions that stably oscillate from or information for defining the function, and the first and second light reflectors that correspond to a target wavelength based on the stored data of the database And a power supply controller that acquires an injection current value to the first and second optical reflectors using the acquired injection current value.In the above database, when the injection current to the first light reflector is If and the injection current to the second light reflector is Ir, the following function or constants a for defining the following function: It has one set to multiple sets of data for b, c, d.
  Ir = a × If + b
  If = (c × λ + d) 2 (Λ: wavelength, a, b, c, d: constant)
[0011]
The semiconductor laser may have a DBR structure using a non-uniform grating in which the first and second light reflectors have different grating spacing periods.
[0012]
The wavelength tunable semiconductor laser further includes an oscillation mode monitor that has a phase control region between the active layer region and the first or second optical reflector and monitors an oscillation mode, and the oscillation mode monitor And an oscillation mode control circuit for controlling an injection current to the phase control region based on the output of.
[0013]
The oscillation mode monitor may determine whether the oscillation mode is single longitudinal mode oscillation or multimode oscillation based on an alternating current component of oscillation light.
[0014]
Further, a wavelength monitor for monitoring the oscillation wavelength may be further provided, and a wavelength control circuit for controlling the element temperature or the injection current of the wavelength tunable semiconductor laser based on the output of the wavelength monitor may be further provided.
[0015]
The wavelength monitor may include a wavelength filter whose transmittance changes according to the wavelength of the input oscillation light, and a photodetector that receives the transmitted light of the wavelength filter.
[0016]
The wavelength monitor includes a narrow-band wavelength filter whose transmittance changes according to the wavelength of the input oscillation light, a first photodetector that receives the transmitted light of the narrow-band wavelength filter, and the input oscillation light. And a second wavelength detector that receives light transmitted through the broadband wavelength filter.
[0017]
The wavelength discrimination region of the narrow-band wavelength filter may correspond to an ITU grid, and the wavelength discrimination region of the wide-band wavelength filter may be larger than the wavelength variable range of the semiconductor laser.
[0018]
The wavelength filter may be any of a Fabry-Perot etalon, a birefringent filter, a multilayer filter, and a fiber grating.
[0019]
And a light intensity monitor that detects the light intensity of the oscillation light, and further includes a light intensity control circuit that controls an injection current into the active layer region so that a detection output of the light intensity monitor is constant. Also good.
[0020]
  A wavelength control method for a wavelength tunable semiconductor laser according to the present invention includes a first and second light reflectors having a plurality of reflection peaks, an active layer region disposed between the first and second light reflectors, and In a wavelength control method of a wavelength tunable semiconductor laser for controlling an oscillation wavelength of a wavelength tunable semiconductor laser having a phase control region, an injection current to the first optical reflector and an injection current to the second optical reflector and oscillation The first and second light reflectors corresponding to the target wavelength based on data stored in a database that stores a function passing through a plurality of regions that stably oscillate from a relationship with the wavelength or information for defining the function A light reflector control step of obtaining an injection current value into the first and second light reflectors using the obtained injection current value;The above database has the following functions or constants a, b, and a constant for defining the following functions when the injection current to the first light reflector is If and the injection current to the second light reflector is Ir. It has one set to multiple sets of data for c and d.
  Ir = a × If + b
  If = (c × λ + d) 2 (Λ: wavelength, a, b, c, d: constant)
[0021]
Further, an oscillation mode control step that is executed after the optical reflector control step and controls an injection current to the phase injection region based on the detected oscillation mode may be further provided.
[0022]
Further, it may further include a wavelength control step that is executed after the optical reflector control step and controls an element temperature or an injection current of the wavelength tunable semiconductor laser based on the detected oscillation wavelength.
[0023]
Further, a light intensity control step for controlling an injection current to the active layer region so that the detected light intensity is constant may be further provided.
[0025]
  A wavelength tunable semiconductor laser device according to the present invention includes a first and second light reflectors having a plurality of reflection peaks, and an active layer region and a phase control region disposed between the first and second light reflectors. And a function that passes through one or more regions that stably oscillate from the relationship between the injection current to the first optical reflector and the injection current to the second optical reflector and the oscillation wavelength, or A database storing information for defining the function, an oscillation mode monitor for monitoring the oscillation mode, and injection to the first and second optical reflectors corresponding to the target wavelength based on the stored data of the database A power supply controller that acquires a current value and controls the injection current to the first and second optical reflectors using the acquired injection current value, and the phase control based on the output of the oscillation mode monitor. Bei an oscillation mode control circuit for controlling the current injected into the regionIn the above database, when the injection current to the first light reflector is If and the injection current to the second light reflector is Ir, the following function or constants a for defining the following function: It has one set to multiple sets of data for b, c, d.
  Ir = a × If + b
  If = (c × λ + d) 2 (Λ: wavelength, a, b, c, d: constant)
[0027]
Further, an optical branching device for branching the laser beam on the optical axis of the front light output of the wavelength tunable semiconductor laser and inputting one of the branched outputs to the oscillation mode monitor may be further provided.
[0028]
The oscillation mode monitor may be arranged to receive part or all of the back light of the wavelength tunable semiconductor laser.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Exemplary embodiments of a wavelength control device, a wavelength control method, and a wavelength variable semiconductor laser device according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings.
[0030]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a wavelength tunable semiconductor laser device to which the present invention is applied. As shown in FIG. 1, the wavelength tunable semiconductor laser device includes a DBR semiconductor laser 1 and a heat sink 2 disposed adjacent to the chip of the semiconductor laser 1 so as to compensate the temperature of the chip of the semiconductor laser 1 at a constant temperature. And Peltier element 3, beam splitters 4, 5, and 6 as optical branching means, wavelength monitor 7 for detecting the wavelength of the laser beam, oscillation mode monitor 8 for detecting the oscillation mode state, and detecting the laser beam intensity. A light intensity monitor 9, a temperature monitor 10 for monitoring the temperature of the chip of the semiconductor laser 1, and a semiconductor laser driving device 20 for controlling the semiconductor laser 1 are provided.
[0031]
The semiconductor laser driving device 20 includes a wavelength control circuit 21 that controls the wavelength of the laser light based on the output of the wavelength monitor 7, an oscillation mode control circuit 22 that controls the oscillation mode of the laser light based on the output of the oscillation mode monitor 8, A light intensity control circuit 23 for controlling the light intensity to be constant based on the output of the light intensity monitor 9 and a temperature control circuit for controlling the temperature of the chip of the semiconductor laser 1 to be constant based on the output of the temperature monitor 10. 24, a database (DB) 25 storing parameters necessary for controlling the semiconductor laser 1 (parameters for obtaining an injection current into the DBR region), a laser element for injecting current into the semiconductor laser 1 And a power supply controller 26 for controlling the temperature.
[0032]
The output light from the semiconductor laser 1 is branched by the beam splitter 4 and a part thereof is extracted as monitor light A1. The monitor light A1 is branched by the beam splitter 5, and a part thereof is input to the wavelength monitor 7 as the branched light A2. The remaining light is incident on the beam splitter 6 and branched. A part of the light enters the oscillation mode monitor 8 as the branched light A3, and the remaining light enters the light intensity monitor 9 as the branched light A4.
[0033]
A wavelength monitor signal that is an output of the wavelength monitor 7 is input to the wavelength control circuit 21. An oscillation mode monitor signal that is an output of the oscillation mode monitor 8 is input to the oscillation mode control circuit 22. The light intensity monitor signal that is the output of the light intensity monitor 9 is input to the light intensity control circuit 23. Further, a temperature monitor signal that is an output of the temperature monitor 10 is input to the temperature control circuit 24.
[0034]
In the semiconductor laser driving device 20, data from the database 25 and signals from the wavelength control circuit 21, the oscillation mode control circuit 22, the light intensity control circuit 23, and the temperature control circuit 24 are input to the power supply controller 26. The power controller 26 controls the power supply based on these input signals, thereby controlling the injection current to the semiconductor laser 1 and the drive current of the Peltier element 3.
[0035]
Next, details of the semiconductor laser 1, the wavelength monitor 7, the oscillation mode monitor 8, and the light intensity monitor 9 will be described.
[0036]
First, the semiconductor laser 1 as a light source will be described. In this case, as the semiconductor laser 1, for example, a superstructure grating DBR semiconductor laser (hereinafter abbreviated as SSG DBR-LD) is used. FIG. 2 shows a typical structure of SSG DBR-LD.
[0037]
In FIG. 2, the front SSG DBR region 31 as one of the light reflectors constituting the resonator has a structure in which non-uniform diffraction gratings (non-uniform gratings) with varying lattice intervals are arranged in multiple stages in the optical axis direction. Yes, a reflection spectrum having a plurality of reflection peaks can be realized. The rear SSG DBR region 34 as the other light reflector has a structure in which diffraction gratings with different periodic intervals from the front SSG DBR region 31 are arranged in multiple stages, and the front SSG DBR region 31 has a plurality of reflection peak periods different from each other. A reflection spectrum having a reflection peak can be realized. That is, the DBR regions 31 and 34 are obtained by arranging a group of diffraction gratings (chirped gratings) whose grating intervals (periods) continuously change as one unit, and arranging these diffraction grating groups at the same intervals an integer number of times. Basically, the front SSG DBR region 31 and the rear SSG DBR region 34 have different reflection peaks between the front SSG DBR region 31 and the rear SSG DBR region 34 by changing the period of the arrangement of the chirped gratings. The period of is different. Note that changing the period of the chirped grating array is equivalent to changing the length of the chirped grating alone, and in the chirped grating (one unit) to keep the reflection characteristics of the single chirped grating. Changes in the period may also be changed.
[0038]
Between the front SSG DBR region 31 and the rear SSG DBR region 34, an active layer region 32 as a gain region and a phase control region 33 having no gain effect are arranged. Each of the regions 31 to 34 has a structure capable of injecting current independently. The injection current to the active layer region 32 is Ia, the injection current to the phase control region 33 is Ip, the injection current to the front SSG DBR region 31 is If, and the injection current to the rear SSG DBR region 34 is Ir. .
[0039]
The operation of the semiconductor laser 1 will be described. When a driving current Ia equal to or higher than the threshold value in the active layer region 32 is injected, light that resonates between the front SSG DBR region 31 and the rear SSG DBR region 34 is amplified in the active layer region 32, and from the front SSG DBR region 31. The emitted light is extracted.
[0040]
The oscillation wavelength at this time is determined by gain characteristics and loss characteristics as shown in FIG. In FIG. 3, the gain characteristic 40, the reflection characteristic (thick line) 41 of the front SSG DBR region 31, the reflection characteristic (dotted line) 42 of the rear SSG DBR region 34, the front SSG DBR region 31 and the rear SSG DBR region 34, A resonance longitudinal mode 43 (thin line) determined by the resonator length between the two is shown. In each reflection characteristic and resonance longitudinal mode, the reflectance is maximum at the peak. The period of the reflection peak 41 in the front SSG DBR region 31 and the period 42 (wavelength interval) of the reflection peak in the rear SSG DBR region 34 are slightly different as described above.
[0041]
Within the gain band 40, the wavelength at which the reflection peak of the front SSG DBR region 31 and the reflection peak of the rear SSG DBR region 34 coincide is called an SSG mode, and oscillates at a wavelength at which the SSG mode and the resonance longitudinal mode coincide. . In the case of FIG. 3, the SSG mode and the resonance longitudinal mode coincide with each other at the wavelength λ0 near the center, and oscillation occurs at this wavelength λ0.
[0042]
The gain band and the SSG mode are adjusted by changing the currents Ia, If, Ir to be injected into the respective elements and the element temperature Tld of the semiconductor laser 1, and the resonant longitudinal mode is changed by changing the injection current Ip to the phase control region 33. To adjust the wavelength.
[0043]
FIG. 4 shows the distribution of the oscillation wavelength when If and Ir are changed under the condition that the injection current Ia into the active layer region 32 is constant. FIG. 5 shows the wavelength boundaries of the wavelength distribution in FIG. 4 by solid lines and broken lines, because FIG. 4 is divided into wavelengths by color and is difficult to see for convenience of explanation in a monochrome state. is there. 5, the wavelength boundary in the direction extending from the upper left to the lower right, which is particularly difficult to see in FIG. 4, is indicated by a broken line.
[0044]
FIG. 4 shows that the oscillation wavelength becomes longer as the color becomes darker. In addition, in FIG. 4, although it is difficult to visually recognize, in each of a plurality of regions surrounded by a solid line extending from the lower left to the upper right on the paper surface shown in FIG. It changes to the wavelength side. The boundary of this continuous change corresponds to the broken line shown in FIG.
[0045]
On the other hand, when either If or Ir is made constant and the other is continuously changed, there is a point where the wavelength changes abruptly (shown as a small rectangular block K in FIG. 4). This is because the reflection characteristics of the front SSG DBR region 31 and the rear SSG DBR region 34 shown in FIG. 3 change with respect to the wavelength. That is, when only one of the reflection characteristics 41 and 42 of the front SSG DBR region 31 and the rear SSG DBR region 34 is changed, the SSG mode shifts to the adjacent reflection peak due to the vernier effect, and the wavelength jumps greatly. Caused by mode hopping.
[0046]
FIG. 6A shows, as an example, an oscillation spectrum measured under a current condition in which the wavelength changes rapidly (point A in FIGS. 4 and 5: If = 13.8 mA, Ir = 17 mA). FIG. 6B shows an oscillation spectrum measured under other current conditions (point B in FIGS. 4 and 5: If = 18 mA, Ir = 17 mA). Note that point B is selected in the vicinity of the center of one scale-like region surrounded by a solid line and a broken line in FIG.
[0047]
As shown in FIG. 6A, oscillation occurs at two different wavelengths at point A, resulting in multimode oscillation. Note that the oscillations at these two wavelengths are not always oscillating, and one of them oscillates irregularly on the time axis. This is due to the competition between the above-mentioned adjacent SSG modes, and therefore oscillation is unstable. On the other hand, as shown in FIG. 6B, single longitudinal mode oscillation is obtained at point B where the vicinity of the center of the scale-like region is selected.
[0048]
On the other hand, unstable oscillation may occur in addition to SSG mode competition. That is, in FIGS. 4 and 5, even when If and Ir are continuously changed from the lower left to the upper right, the wavelength jumps a little. This indicates that the oscillation longitudinal mode has shifted to an adjacent mode, and in this case, oscillation becomes unstable.
[0049]
Summarizing these two types of mode jumps, the central portion of the plurality of scale-like regions described above is a region where a single longitudinal mode oscillates stably, and its boundary portion (regions in the vicinity of the solid and broken lines in FIG. 5). ) Shows that the oscillation becomes unstable. The present invention has been made based on such considerations. A predetermined function capable of extracting only the conditions for stable oscillation is set in the database 25, and a constant value for defining this function is associated with the oscillation wavelength. And remember. Details thereof will be described later.
[0050]
Next, the wavelength monitor 7 will be described. The wavelength monitor 7 is a device that discriminates the wavelength of input light and outputs a wavelength monitor signal that changes in accordance with the wavelength, and includes, for example, a wavelength filter and a photodetector. The wavelength filter has a characteristic of changing the transmittance according to the input light wavelength. As the wavelength filter, for example, a Fabry-Perot etalon, a birefringence filter, a thin film filter, a fiber grating, or the like is used. Wavelength information is converted into intensity information by the wavelength filter using the characteristic of changing the transmittance according to the input light wavelength of the wavelength filter. An optical signal having an intensity corresponding to the wavelength can be obtained by converting the optical signal from the wavelength filter into an electrical signal by the photodetector.
[0051]
Now, let the oscillation target wavelength of the semiconductor laser 1 to be stabilized be λc. If the oscillation wavelength shifts by Δλ, the intensity of the wavelength monitor signal increases or decreases accordingly. By monitoring the increase / decrease, the wavelength variation can be detected. Therefore, the wavelength control circuit 21 adjusts one of the injection currents Ip, Ia, If, Ir, or the element temperature Tld so that the wavelength monitor signal has the intensity at the target wavelength λc, thereby changing the wavelength to the target wavelength λc. Can be stabilized.
[0052]
Next, the oscillation mode monitor 8 will be described. The oscillation mode monitor 8 determines whether single longitudinal mode oscillation or multimode oscillation is performed according to the oscillation mode state, and outputs an oscillation mode monitor signal indicating the determination result. As the oscillation mode monitor 8, for example, a photodetector that can detect only an AC component excluding a DC component of input light is used. When the oscillation mode becomes unstable due to mode competition or the like, the intensity noise increases. Therefore, the output from the photodetector tends to increase when the multimode oscillation occurs, and decrease when the single longitudinal mode oscillation occurs. A threshold is set for the output signal of the photodetector, and if it is equal to or greater than the threshold, it is determined that multimode oscillation is performed, and if it is equal to or less than the threshold, single longitudinal mode oscillation is determined. The oscillation mode control circuit 22 stabilizes the oscillation mode by controlling the injection current Ip to the semiconductor laser 1 based on the oscillation mode monitor signal.
[0053]
Next, the light intensity monitor 9 will be described. The light intensity monitor 9 outputs a signal corresponding to the change in the intensity of the laser light as a light intensity monitor signal. An example of the configuration is a photodetector. The photodetector has a characteristic that the output signal increases when the input light intensity increases, and the output signal decreases when the input light intensity decreases. Therefore, by monitoring this signal, it is possible to detect a change in laser beam intensity. The light intensity control circuit 23 can stabilize the laser light intensity to a desired value by controlling the injection current Ia to the active layer region 32 so that the light intensity monitor signal is constant.
[0054]
The semiconductor laser driving device 20 controls the injection current (Ia, If, Ir, Ip) to the semiconductor laser 1 based on the wavelength monitor signal, the oscillation mode monitor signal, the laser light intensity monitor signal, and the temperature monitor signal, The element temperature (Tld) is controlled by controlling the Peltier element 3. The operator automatically adjusts to the target wavelength and the target intensity and oscillates in the single longitudinal mode only by inputting the target wavelength and the laser light intensity to be stabilized in the semiconductor laser driving device.
[0055]
Next, wavelength tuning operation will be described. It is assumed that the laser light intensity is stabilized at a target intensity set in advance by the light intensity control circuit 23 based on the laser light intensity monitor signal. FIG. 7 is a flowchart showing the wavelength tuning operation of the wavelength tunable semiconductor laser device shown in FIG. 1, and the operation will be described according to this flowchart.
[0056]
First, the database 25 forming the main part of the present invention will be described. When setting If and Ir, it is necessary to avoid unstable mode oscillation. However, if all current maps as shown in FIG. 4 are recorded as a database, a single longitudinal mode oscillation region in the figure is recorded. It can be set, but the data capacity becomes enormous.
[0057]
Therefore, as shown in FIG. 8, conditions are set such that the lines L1 to L4 are set so as to be positioned substantially in the middle of a plurality of regions surrounded by a solid line extending from the lower left to the upper right, and the lines L1 to L4 are placed By introducing the relational expression of If, Ir, and wavelength below, the transition to the transition region of the SSG mode is avoided and the amount of stored data is greatly reduced. In addition, wavelength control that is strong against aging of the laser element is realized by selecting the vicinity of the center as far as possible from the transition region as much as possible.
[0058]
First, as shown in FIG. 8, the relationship between If and Ir that obtains a stable oscillation mode away from the transition region of the SSG mode (the wavelength boundary region indicated by the solid line in FIG. 8) is obtained.
[0059]
This work corresponds to selecting one of the SSG modes, which is the reflection mode of the front DBR region 31 and the rear DBR region 34 (the reflection characteristic of the front DBR region 31 in FIG. 3 (thick line)). 41 and the reflection characteristic (dotted line) 42 of the rear DBR region 34 overlap). The relationship is a straight line, and is expressed by the equation Ir = a × If + b (a and b are constants). For example, the relationship between If and Ir in the line L1 is Ir = 0.8 × If + 2.0, and Ir that satisfies this expression may be set when a certain If is given. The same applies to the lines L2 to L4.
[0060]
Next, FIG. 9 shows the relationship between If and wavelength on each of the lines L1 to L4. The relationship between the wavelength λ and If on each line L1 to L4 is If = (c × λ + d)2(C and d are constants).
[0061]
Therefore, if you want to set the target wavelength λc, first select on which line the target wavelength is, and on the selected line,
Ir = a × If + b (1)
If = (c × λ + d) ^ 2 Equation (2)
If and Ir satisfying the above are obtained, and the obtained If and Ir are applied. In the database 25, for each of the lines L1 to L4,
(1) Selectable wavelength range of each line L1 to L4
(2) Constants a and b in equation (1)
(3) Constants c and d in equation (2)
It is only necessary to memorize. Note that the relationship between Ir and wavelength may be used in the above formula (2). Further, the functions themselves of the expressions (1) and (2) in which the constants a, b, c, and d are defined may be stored in the database 25 corresponding to the oscillation wavelength.
[0062]
However, only such setting of If and Ir makes it possible to control the wavelength away from the transition region indicated by the solid line in FIG. 8, but a transition to the transition region indicated by the broken line in FIG. 8 is still assumed. For this reason, the above-described setting of If and Ir alone does not stabilize the target wavelength with high accuracy, but stabilizes the oscillation longitudinal mode by Ip control described later and wavelength stabilization by wavelength monitoring (element temperature Tld control, etc.). ) Is required.
[0063]
Next, the wavelength tuning procedure using the database 25 will be described with reference to the flowcharts shown in FIGS.
[0064]
First, the operator inputs the wavelength of the target wavelength λc to be stabilized into the semiconductor laser driving device 20 (step 100). Specifically, an operator inputs to the power supply controller 26 via an input device (not shown).
[0065]
Next, the power supply controller 26 in the semiconductor laser driving apparatus 20 refers to the database 25 to obtain If and Ir, and the obtained If and Ir are stored in the front SSG DBR region 31 and the rear SSG DBR region 34 of the semiconductor laser 1. The oscillation wavelength is made to reach the vicinity of the target wavelength λc (step 110).
[0066]
The DBR region application current process performed in step 110 is shown in the flowchart of FIG. First, when the target set wavelength λc is input (step 200), the line determination process in steps 210, 230, 250, and 270 is used to determine which line the target wavelength λc is on with reference to the database 25. .
[0067]
If the target wavelength λc is in the range of λ1 ≦ λc ≦ λ2 (step 210), If and Ir are obtained using the relational expressions (1) and (2) for one line (step 220). That is, constants a, b, c, and d set in the selected line are read from the database 25, and If and Ir are determined using the equations (1) and (2).
[0068]
If the target wavelength λc is in the range of λ2 <λc ≦ λ3 (step 230), If and Ir are obtained using the relational expressions (1) and (2) for another line (step 240). If the target wavelength λc is in the range of λ3 <λc ≦ λ4 (step 250), If and Ir are obtained using the relational expressions (1) and (2) for another line (step 260). If the target wavelength λc is in the range of λ4 <λc ≦ λ5 (step 270), If and Ir are obtained using the relational expressions (1) and (2) for another line (step 280).
[0069]
If it does not correspond to the wavelength on all the lines, it indicates that it is outside the oscillation wavelength of the semiconductor laser 1 and displays an error (step 290).
[0070]
In this case, in step 210, the selection range of the target wavelength λc is set to λ1 ≦ λc ≦ λ2, in step 230, the selection range of the target wavelength is set to λ2 <λc ≦ λ3, and in step 250, the selection range of the target wavelength is set to λ3 < In step 270, the target wavelength selection range is set to λ4 <λc ≦ λ5 so that the target wavelength selection ranges do not overlap in each step, and each step 210, 230, 250, 270 is performed. When the condition is satisfied, if one line is selected and If and Ir are obtained by using the relational expressions (1) and (2) for the selected one line, the target wavelength λc is the semiconductor laser. If it is within one oscillatable wavelength range λ1 ≦ λc ≦ λ5, only one line is selected.
[0071]
If the line with the larger injection current is selected for the only line selection, there is a drawback that the current becomes large, but more stable wavelength control can be achieved. This is because, as can be seen from FIGS. 4 and 5, the larger the current values If and Ir, the larger the scale-shaped region described above, and the points on the line are further away from the transition region.
[0072]
Next, the oscillation mode monitoring process at step 120 in FIG. 7 will be described. The oscillation mode control circuit 22 refers to the signal from the oscillation mode monitor 8 (step 120), and determines whether the mode currently oscillating is single mode or multimode oscillation (step 130). When the oscillation mode is stable, the signal intensity from the oscillation mode monitor 8 is low. Conversely, when the oscillation mode is unstable, the signal intensity is large. Therefore, the oscillation mode control circuit 22 compares the reference value with a preset reference value, and if the signal is equal to or less than the reference value, the procedure proceeds to the next step 150. The oscillation mode is finely adjusted and stabilized by increasing the injection current Ip to the phase control region 33 from 0 until it becomes equal to or lower than the threshold (step 140). Since the optimum If and Ir are selected in the DBR region application current processing in the previous step 110, it is not necessary to consider unstable mode oscillation due to the competition of the SSG mode. Thus, there is no need to adjust If and Ir. By this control, the oscillation mode can be stabilized by shifting the oscillation mode from the transition region on each of the lines L1 to L4.
[0073]
Next, the wavelength control circuit 21 detects the amount of deviation from the target wavelength λc based on the wavelength monitor signal from the wavelength monitor 7 (steps 150 and 160). The wavelength control circuit 21 drives the Peltier element 3 via the power supply controller 26 and adjusts the temperature near the semiconductor laser by the temperature monitor 10 when the amount of wavelength deviation is larger than a predetermined threshold (oscillation wavelength accuracy). By adjusting the element temperature Tld while monitoring, the target wavelength λc is stabilized (step 170). Further, the wavelength control circuit 21 displays that the target wavelength is stabilized when the wavelength shift amount is smaller than the oscillation wavelength accuracy.
[0074]
In this case, in the wavelength control based on the output of the wavelength monitor 7, the wavelength is finely adjusted by controlling only the element temperature Tld. This is because when the wavelength control is performed by controlling any one of the injection currents Ip, Ia, If and Ir in the steps 150 to 170, the Ip, If and Ir adjusted in the previous steps 110 and 140 are obtained. This is because it has been considered that the change may adversely affect the oscillation mode.
[0075]
During the operation of the semiconductor laser device, the procedure from step 120 to step 180 is repeatedly executed.
[0076]
Thus, according to the embodiment, the relational expression Ir = a × If + b that avoids unstable mode oscillation due to SSG mode competition, and the relational expression If = wave at that time If = (c × λ + d)2, And using a simplified database in which the constants a, b, c, d of these relational expressions or the relational expressions themselves are stored in correspondence with the oscillation wavelength range, wavelength tuning for obtaining a stable single longitudinal mode oscillation is used. The storage capacity of the database when performing the process is greatly reduced, contributing to downsizing and cost reduction of the apparatus.
[0077]
Further, in the wavelength tuning operation, by using the output of the oscillation mode monitor 8 to control the injection current Ip to the phase control region 33, the transition to the transition region on the line selected by the control of If and Ir is performed. Since this is avoided, transmission in the single longitudinal mode is stabilized with high accuracy. Further, since the element temperature Tld is adjusted using the wavelength monitor 7 in the wavelength tuning operation, the oscillation wavelength can be accurately detected without affecting the other control parameters such as the injection currents Ip, If, Ir to the semiconductor laser 1. There is an effect that can be stabilized.
[0078]
Next, another configuration example of the wavelength monitor 7 used in the laser apparatus of FIG. 1 will be described with reference to FIGS. A wavelength monitor 7 shown in FIG. 11 includes a narrowband wavelength filter 50 whose transmittance changes in accordance with the wavelength of input oscillation light (monitor light), and a photodetector 51 that receives the transmitted light of the narrowband wavelength filter 50. A broadband wavelength filter 52 whose transmittance changes according to the wavelength of the input oscillation light, and a photodetector 53 that receives the transmitted light of the broadband wavelength filter 52 are provided.
[0079]
That is, wavelength information is converted into intensity information by the wavelength filters 50 and 52, and optical signals from the wavelength filters 50 and 52 are converted into electric signals by the photodetectors 51 and 53 according to the wavelength. A strong electrical signal can be obtained
FIG. 12 shows the wavelength characteristics of the narrow-band wavelength filter 50 and the wavelength characteristics of the broadband wavelength filter 52. Δλld is a wavelength variable region of the semiconductor laser, Δλf1 is a wavelength discrimination region of the broadband wavelength filter 52, and Δλf2 is a wavelength discrimination region of the narrowband wavelength filter 50. Further, the wavelength (channel) interval of the ITU grid is set to be equal to twice the wavelength discrimination region of the narrowband wavelength filter 50 (2 × λf2). The ITU grid is a set of closely spaced wavelengths in a specific wavelength region specified by the International Telecommunication Union, for example, a 1550 nm window, for example, a wavelength of about 0.8 nm for a 100 GHZ interval. Corresponds to the interval.
[0080]
In this type of SSG DBR-LD, the wavelength tunable region (Δλld) is as wide as 30 nm to 40 nm as compared with a normal semiconductor laser. The narrowband wavelength filter 50 has the advantage that the signal intensity change with respect to the wavelength change is large and the wavelength can be detected with high accuracy. However, since the wavelength discrimination region (Δλf2) of the narrowband wavelength filter 50 is narrow, only the narrowband wavelength filter 50 is available. In this case, it is impossible to cover the entire wavelength variable region (Δλld) of the semiconductor laser, and it is impossible to detect the absolute wavelength. Therefore, the entire wavelength variable region (Δλld) of the semiconductor laser is covered by the broadband wavelength filter 52 having a wavelength discrimination region (Δλf1) wider than Δλld, so that the grid is located, that is, the absolute wavelength of the oscillation wavelength. To detect.
[0081]
When using only the characteristic of one slope of the narrowband wavelength filter,
ITU grid wavelength interval = 2 × Δλf2
2 × Δλf2 <Δλld <Δλf1
The wavelength characteristics of the wavelength filters 50 and 52 are set so that the above relationship is established.
[0082]
In addition, when using the characteristics of both slopes of the narrowband wavelength filter,
ITU grid wavelength interval = Δλf2
2 × Δλf2 <Δλld <Δλf1
The wavelength characteristics of the wavelength filters 50 and 52 are set so that the above relationship is established.
[0083]
The wavelength control operation using the wavelength monitor 7 of FIG. 11 will be described with reference to FIG. First, the wavelength control circuit 21 in FIG. 1 acquires the output of the photodetector 53 on the broadband wavelength filter 52 side (step 300), and determines whether or not the target wavelength λc has been reached based on this output (step 300). Step 310). If the target wavelength λc has not been reached, the Peltier element 3 is driven via the power supply controller 26 to adjust the element temperature Tld to stabilize the target wavelength λc (step 320).
[0084]
When it is detected in step 310 that the target wavelength λc has been reached, the wavelength control circuit 21 acquires the output of the photodetector 51 on the narrowband wavelength filter 50 side (step 330). It is determined whether or not the target wavelength λc is stable based on the output (step 340). The wavelength control circuit 21 stabilizes the target wavelength λc by driving the Peltier element 3 via the power supply controller 26 and adjusting the element temperature Tld when the amount of wavelength deviation is larger than the predetermined oscillation wavelength accuracy. (Step 350).
[0085]
In this way, in the wavelength monitor 7 shown in FIG. 11, the oscillation wavelength is roughly adjusted based on the output on the wideband wavelength filter 52 side, and then the oscillation wavelength is finely adjusted on the basis of the output on the narrowband wavelength filter 50 side. By performing the above, even when the wavelength variable region of the semiconductor laser is large, highly accurate wavelength control can be performed.
[0086]
In the above embodiment, the SSG DBR-LD is used for the semiconductor laser 1. However, the present invention is also applied to an LD having another SG-DBR LD (Sampled Grating DBR) structure. be able to. In this case, the same effect as described above can be obtained. This SG-DBR LD is obtained by arranging a region having a diffraction grating having the same period and a region having no diffraction grating as one unit, and arranging them as an integer number of times. The lines are arranged at the same interval. Also in the case of SG-DBR LD, basically, the period of the reflection peak between the front SSG DBR area and the rear SSG DBR area is made different by changing the arrangement period between the front SSG DBR area and the rear SSG DBR area. ing. In the case of this SG-DBR LD, unlike the SSG-DBR, the difference in the period of the reflection peak can be achieved by changing the distance of the region without the grating, so that it is not necessary to change the period of the single grating. Note that the difference in the period of the reflection peak may be realized by changing the period of the single grating.
[0087]
In each of the above embodiments, a part of the front surface output light from the semiconductor laser 1 is input to the wavelength monitor 7, the oscillation mode monitor 8 and the light intensity monitor 9 as monitor light, but output from the back surface of the semiconductor laser 1. A small amount of oscillation light may be used as monitor light. In that case, it can be used as an external output signal without reducing the front light output. Further, the beam splitter 4 is not necessary, and the configuration is simplified.
[0088]
【The invention's effect】
As described above, according to the wavelength control device for a tunable semiconductor laser according to the present invention, a predetermined function capable of extracting only the conditions for stable oscillation is set in the database, and the resonator is configured using this function. The injection currents to the first and second light reflectors are controlled, so that highly accurate and stable wavelength control can be realized using a simple database with little stored data.
[0089]
According to the wavelength control method for a wavelength tunable semiconductor laser according to the next invention, the first and second light reflections constituting the resonator using a database storing a predetermined function capable of extracting only the conditions for stable oscillation are stored. In this way, it is possible to control the injection current to the device, and to achieve highly accurate and stable wavelength control using a simple database with little stored data.
[0090]
According to the wavelength tunable semiconductor laser device of the next invention, the injection current to the first and second optical reflectors constituting the resonator is controlled using the data stored in the simplified database, and the oscillation mode Since the injection current to the phase injection region is controlled based on the output of the monitor, more accurate and stable wavelength control can be realized using a simple database with little stored data.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a wavelength tunable semiconductor laser device to which an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of an SSG DBR LD.
FIG. 3 is a graph showing wavelength characteristics of gain or loss in each region of SSG DBR LD.
FIG. 4 is a diagram showing If and Ir characteristics of oscillation wavelength in SSG DBR LD.
5 is a diagram clarifying the wavelength boundary region of the If and Ir characteristics of the oscillation wavelength of FIG. 4;
FIG. 6 is a diagram showing wavelength spectra of single longitudinal mode and unstable mode oscillation in SSG DBR LD.
FIG. 7 is a flowchart showing a wavelength tuning procedure of the wavelength tunable semiconductor laser according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram for explaining functions used in a database.
FIG. 9 is a diagram illustrating an If characteristic of an oscillation wavelength in an SSG DBR LD.
FIG. 10 is a flowchart showing a procedure for determining If and Ir in a wavelength tuning procedure.
FIG. 11 is a block diagram showing another form of the wavelength monitor.
12 is a diagram illustrating wavelength characteristics of a wideband wavelength filter and a narrowband wavelength filter used in the wavelength monitor of FIG.
13 is a flowchart showing a procedure of wavelength control using the wavelength monitor of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor laser, 2 Heat sink, 3 Peltier element, 4, 5, 6 Beam splitter, 7 Wavelength monitor, 8 Oscillation mode monitor, 9 Light intensity monitor, 10 Temperature monitor, 20 Semiconductor laser drive device, 21 Wavelength control circuit, 22 Oscillation Mode control circuit, 23 Light intensity control circuit, 24 Temperature control circuit, 25 Database, 26 Power supply controller, 31 Front SSG DBR region, 32 Active layer region, 33 Phase control region, 34 Rear SSG DBR region, 50 Narrow band wavelength filter, 51,53 Photodetector, 52 Broadband wavelength filter.

Claims (17)

複数の反射ピークを有する第1及び第2の光反射器とこれら第1及び第2の光反射器の間に配される活性層領域とを有する波長可変半導体レーザの発振波長を制御する波長可変半導体レーザの波長制御装置において、
前記第1の光反射器への注入電流および第2の光反射器への注入電流と発振波長との関係から安定発振する1〜複数の領域を通る関数または該関数を規定するための情報を記憶したデータベースと、
上記データベースの記憶データに基づいて目標波長に対応する前記第1および第2の光反射器への注入電流値を取得し、該取得した注入電流値を用いて前記第1および第2の光反射器へ注入電流を制御する電源コントローラと、
を備え、
上記データベースは、前記第1の光反射器への注入電流をIfとし、第2の光反射器への注入電流をIrとした場合、下記関数または下記関数を規定するための定数a,b,c,dについての1組〜複数組のデータを有していることを特徴とする波長可変半導体レーザの波長制御装置。
Ir=a×If+b
If=(c×λ+d) 2 (λ:波長、a,b,c,d:定数)
Variable wavelength for controlling the oscillation wavelength of a tunable semiconductor laser having first and second optical reflectors having a plurality of reflection peaks and an active layer region disposed between the first and second optical reflectors. In a semiconductor laser wavelength control device,
A function that passes through one or more regions that stably oscillate from the relationship between the injection current to the first light reflector and the injection current to the second light reflector and the oscillation wavelength, or information for defining the function. Remembered database,
An injection current value to the first and second optical reflectors corresponding to a target wavelength is acquired based on the data stored in the database, and the first and second light reflections are acquired using the acquired injection current value. A power supply controller that controls the injection current
With
The above database has the following functions or constants a, b, and a constant for defining the following functions when the injection current to the first light reflector is If and the injection current to the second light reflector is Ir. A wavelength control device for a wavelength tunable semiconductor laser, comprising one set to a plurality of sets of data for c and d.
Ir = a × If + b
If = (c × λ + d) 2 (λ: wavelength, a, b, c, d: constant)
前記波長可変半導体レーザは、第1及び第2の光反射器が異なる格子間隔の周期をもつ不均一グレーティングを用いたDBR構造を有したことを特徴とする請求項に記載の波長可変半導体レーザの波長制御装置。The wavelength tunable semiconductor laser, the wavelength tunable semiconductor laser according to claim 1, characterized in that the first and second optical reflector having a DBR structure using heterogeneous gratings having a period different lattice spacing Wavelength control device. 前記波長可変半導体レーザは、前記活性層領域と前記第1または第2の光反射器の間に位相制御領域を有し、
発振モードをモニタする発振モードモニタをさらに備え、
前記発振モードモニタの出力に基づいて前記位相制御領域への注入電流を制御する発振モード制御回路をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の波長可変半導体レーザの波長制御装置。
The wavelength tunable semiconductor laser has a phase control region between the active layer region and the first or second optical reflector,
An oscillation mode monitor for monitoring the oscillation mode is further provided.
3. The wavelength control device for a wavelength tunable semiconductor laser according to claim 1, further comprising an oscillation mode control circuit that controls an injection current to the phase control region based on an output of the oscillation mode monitor.
前記発振モードモニタは、発振光の交流成分に基づき発振モードが単一縦モード発振または多モード発振の何れであるかを判定することを特徴とする請求項に記載の波長可変半導体レーザの波長制御装置。4. The wavelength of the wavelength tunable semiconductor laser according to claim 3 , wherein the oscillation mode monitor determines whether the oscillation mode is single longitudinal mode oscillation or multimode oscillation based on an alternating current component of oscillation light. Control device. 発振波長をモニタする波長モニタをさらに備え、
前記波長モニタの出力に基づいて前記波長可変半導体レーザの素子温度または注入電流の制御を行う波長制御回路をさらに備えることを特徴とする請求項1〜の何れか一つに記載の波長可変半導体レーザの波長制御装置。
Further equipped with a wavelength monitor for monitoring the oscillation wavelength,
The wavelength tunable semiconductor according to any one of claims 1 to 4 , further comprising a wavelength control circuit that controls an element temperature or an injection current of the wavelength tunable semiconductor laser based on an output of the wavelength monitor. Laser wavelength control device.
上記波長モニタは、
入力発振光の波長に応じて透過率が変化する波長フィルタと、
この波長フィルタの透過光を受光する光検出器と、
を備えることを特徴とする請求項に記載の波長可変半導体レーザの波長制御装置。
The wavelength monitor
A wavelength filter whose transmittance changes according to the wavelength of the input oscillation light;
A photodetector for receiving light transmitted through the wavelength filter;
The wavelength control device for a wavelength tunable semiconductor laser according to claim 5 , comprising:
上記波長モニタは、
入力発振光の波長に応じて透過率が変化する狭帯域の波長フィルタと、
この狭帯域の波長フィルタの透過光を受光する第1の光検出器と、
入力発振光の波長に応じて透過率が変化する広帯域の波長フィルタと、
この広帯域の波長フィルタの透過光を受光する第2の光検出器と、
を備えることを特徴とする請求項に記載の波長可変半導体レーザの波長制御装置。
The wavelength monitor
A narrow-band wavelength filter whose transmittance changes according to the wavelength of the input oscillation light;
A first photodetector for receiving light transmitted through the narrow-band wavelength filter;
A broadband wavelength filter whose transmittance changes according to the wavelength of the input oscillation light,
A second photodetector for receiving light transmitted through the broadband wavelength filter;
The wavelength control device for a wavelength tunable semiconductor laser according to claim 5 , comprising:
前記狭帯域の波長フィルタの波長弁別領域はITUグリッドに対応し、
前記広帯域の波長フィルタの波長弁別領域は半導体レーザの波長可変範囲よりも大きいことを特徴とする請求項に記載の波長可変半導体レーザの波長制御装置。
The wavelength discrimination region of the narrowband wavelength filter corresponds to the ITU grid,
8. The wavelength control device for a wavelength tunable semiconductor laser according to claim 7 , wherein a wavelength discrimination region of the broadband wavelength filter is larger than a wavelength tunable range of the semiconductor laser.
上記波長フィルタは、ファブリペローエタロン、複屈折フィルタ、多層膜フィルタ、ファイバーグレーティングの何れかであることを特徴とする請求項6〜8の何れか一つに記載の波長可変半導体レーザの波長制御装置。 9. The wavelength control device for a wavelength tunable semiconductor laser according to claim 6 , wherein the wavelength filter is any one of a Fabry-Perot etalon, a birefringence filter, a multilayer filter, and a fiber grating. . 発振光の光強度を検出する光強度モニタをさらに備え、
前記光強度モニタの検出出力が一定になるように前記活性層領域への注入電流を制御する光強度制御回路をさらに備えることを特徴とする請求項1〜の何れか一つに記載の波長可変半導体レーザの波長制御装置。
It further includes a light intensity monitor that detects the light intensity of the oscillation light,
The wavelength according to any one of claims 1 to 9 , further comprising a light intensity control circuit that controls an injection current to the active layer region so that a detection output of the light intensity monitor is constant. Wavelength control device for variable semiconductor laser.
複数の反射ピークを有する第1及び第2の光反射器とこれら第1及び第2の光反射器の間に配される活性層領域および位相制御領域とを有する波長可変半導体レーザの発振波長を制御する波長可変半導体レーザの波長制御方法において、
前記第1の光反射器への注入電流および第2の光反射器への注入電流と発振波長との関係から安定発振する1〜複数の領域を通る関数または該関数を規定するための情報を記憶したデータベースの記憶データに基づいて目標波長に対応する前記第1および第2の光反射器への注入電流値を取得し、該取得した注入電流値を用いて前記第1および第2の光反射器へ注入電流を制御する光反射器制御ステップ
を備え、
上記データベースは、前記第1の光反射器への注入電流をIfとし、第2の光反射器への注入電流をIrとした場合、下記関数または下記関数を規定するための定数a,b,c,dについての1組〜複数組のデータを有していることを特徴とする波長可変半導体レーザの波長制御方法。
Ir=a×If+b
If=(c×λ+d) 2 (λ:波長、a,b,c,d:定数)
An oscillation wavelength of a wavelength tunable semiconductor laser having first and second optical reflectors having a plurality of reflection peaks and an active layer region and a phase control region disposed between the first and second optical reflectors. In the wavelength control method of the tunable semiconductor laser to be controlled,
A function that passes through one or more regions that stably oscillate from the relationship between the injection current to the first light reflector and the injection current to the second light reflector and the oscillation wavelength, or information for defining the function. An injection current value to the first and second optical reflectors corresponding to a target wavelength is acquired based on the stored data of the stored database, and the first and second lights are acquired using the acquired injection current value. A light reflector control step for controlling the injection current to the reflector,
The above database has the following functions or constants a, b, and a constant for defining the following functions when the injection current to the first light reflector is If and the injection current to the second light reflector is Ir. A wavelength control method for a wavelength tunable semiconductor laser, comprising one to a plurality of sets of data for c and d.
Ir = a × If + b
If = (c × λ + d) 2 (λ: wavelength, a, b, c, d: constant)
前記光反射器制御ステップの後に実行され、検出した発振モードに基づいて前記位相制御領域への注入電流を制御する発振モード制御ステップ
をさらに備えることを特徴とする請求項11に記載の波長可変半導体レーザの波長制御方法。
The wavelength tunable semiconductor according to claim 11 , further comprising an oscillation mode control step that is executed after the optical reflector control step and controls an injection current to the phase control region based on the detected oscillation mode. Laser wavelength control method.
前記光反射器制御ステップの後に実行され、検出した発振波長に基づいて前記波長可変半導体レーザの素子温度または注入電流を制御する波長制御ステップをさらに備えることを特徴とする請求項12に記載の波長可変半導体レーザの波長制御方法。The wavelength according to claim 12 , further comprising a wavelength control step that is executed after the optical reflector control step and controls an element temperature or an injection current of the wavelength tunable semiconductor laser based on a detected oscillation wavelength. A wavelength control method for a tunable semiconductor laser. 検出した光強度が一定になるように前記活性層領域への注入電流を制御する光強度制御ステップをさらに備えることを特徴とする請求項13に記載の波長可変半導体レーザの波長制御方法。14. The wavelength control method for a tunable semiconductor laser according to claim 13 , further comprising a light intensity control step for controlling an injection current into the active layer region so that the detected light intensity is constant. 複数の反射ピークを有する第1及び第2の光反射器とこれら第1及び第2の光反射器の間に配される活性層領域および位相制御領域とを有する波長可変半導体レーザと、
前記第1の光反射器への注入電流および第2の光反射器への注入電流と発振波長との関係から安定発振する1〜複数の領域を通る関数または該関数を規定するための情報を記憶したデータベースと、
発振モードをモニタする発振モードモニタと、
上記データベースの記憶データに基づいて目標波長に対応する前記第1および第2の光反射器への注入電流値を取得し、該取得した注入電流値を用いて前記第1および第2の光反射器へ注入電流を制御する電源コントローラと、
前記発振モードモニタの出力に基づいて前記位相制御領域への注入電流を制御する発振モード制御回路と、
を備え、
上記データベースは、前記第1の光反射器への注入電流をIfとし、第2の光反射器への注入電流をIrとした場合、下記関数または下記関数を規定するための定数a,b,c,dについての1組〜複数組のデータを有していることを特徴とする波長可変半導体レーザ装置。
Ir=a×If+b
If=(c×λ+d) 2 (λ:波長、a,b,c,d:定数)
A tunable semiconductor laser having first and second optical reflectors having a plurality of reflection peaks and an active layer region and a phase control region disposed between the first and second optical reflectors;
A function that passes through one or more regions that stably oscillate from the relationship between the injection current to the first light reflector and the injection current to the second light reflector and the oscillation wavelength, or information for defining the function. Remembered database,
An oscillation mode monitor for monitoring the oscillation mode;
An injection current value to the first and second optical reflectors corresponding to a target wavelength is acquired based on the data stored in the database, and the first and second light reflections are acquired using the acquired injection current value. A power supply controller that controls the injection current
An oscillation mode control circuit for controlling an injection current to the phase control region based on an output of the oscillation mode monitor;
With
The above database has the following functions or constants a, b, and a constant for defining the following functions when the injection current to the first light reflector is If and the injection current to the second light reflector is Ir. A wavelength tunable semiconductor laser device having one set to a plurality of sets of data for c and d.
Ir = a × If + b
If = (c × λ + d) 2 (λ: wavelength, a, b, c, d: constant)
上記波長可変半導体レーザの前面光出力の光軸上にレーザ光を分岐し、分岐した一方の出力を前記発振モードモニタに入力する光分岐器をさらに備えることを特徴とする請求項15に記載の波長可変半導体レーザ装置。 16. The optical branching device according to claim 15 , further comprising an optical branching device for branching a laser beam on an optical axis of a front light output of the wavelength tunable semiconductor laser and inputting one of the branched outputs to the oscillation mode monitor. Tunable semiconductor laser device. 前記発振モードモニタは、上記波長可変半導体レーザの背面光の一部または全てを受光するように配置されることを特徴とする請求項15に記載の波長可変半導体レーザ装置。 16. The wavelength tunable semiconductor laser device according to claim 15 , wherein the oscillation mode monitor is arranged to receive part or all of the back light of the wavelength tunable semiconductor laser.
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