JP4833509B2 - 波長可変レーザ、波長可変レーザアレイ素子ならびにそれらの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、波長可変レーザ、波長可変レーザアレイ素子ならびにそれらの制御方法に関し、特に、電流注入により光出力・発振波長が制御される波長可変レーザとその制御方法に関するものである。

近年、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）システムの急速な発展によって光通信ネットワークにおけるトラフィックの容量が拡大しており、扱われる波長数は１００以上にもなっている。そこで、ネットワーク幹線の接続点では、同一波長信号の衝突を防ぐために、検出された波長ラベルに応じて信号波長を切り換える波長ラベルスイッチングの導入が考えられている。この波長ラベルスイッチングを行うためには、マイクロ秒以下で波長切換を行う波長可変レーザが望まれている。

波長可変レーザには、電気的に波長を制御する方式と温度により波長を制御する方式とがあるが、前者は波長制御部分へのキャリア注入による屈折率変化を利用していることから、原理的にはマイクロ秒オーダーの高速波長可変動作が可能である。

このような電流注入型の波長可変レーザの例として、図８に、従来の波長可変ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザの共振器方向における縦断面図を示す。波長可変レーザ８０は、活性領域８１、波長可変領域８２、増幅領域８３を有し、活性領域８１、増幅領域８３はそれぞれ活性層８４、８５を含んでいる。活性層８４、８５の近傍に導波路層８６、８７を有しており、波長可変領域８２内における導波路層８８の表面には回折格子８９が形成されている。活性領域８１、増幅領域８３の上部表面には活性領域電流注入用電極９０、増幅領域電流注入用電極９１を、また波長可変領域８２の上部表面には波長可変電流注入用電極９２を有しており、また、全体の下部表面には裏面電極９３を有している。

図９に、波長可変領域への電流注入量（波長可変電流）と発振波長との関係の例を示す。電流注入量の増加と共に発振波長は短くなり、波長可変電流１００ｍＡにおいて−５ｎｍの波長変化が得られている。

次に、波長可変レーザを用いた従来の波長可変レーザモジュールの構成例を図１０に示す。図１０は波長可変レーザモジュールを上から見た模式図である。波長可変レーザモジュール１００において、活性領域１０１と波長可変領域１０２、増幅領域１０３を有する波長可変レーザ１００Ａから出射されたレーザ光は、レンズ１０５およびアイソレータ１０６を経て分岐器１０７に到達し、一部が分岐されて光出力モニタ１０４により検出される。また、分岐器１０７で分岐された残りの光は、分岐器１０８に到達し、一部が分岐されて所定の波長を透過させる波長フィルタ１０９を通り、波長モニタ１１０により検出される。これらの部品は、温度調整器１１１上に搭載されている。光出力モニタ１０４のモニタ出力は、第一電流制御部１１２を通じて増幅領域１０３にフィードバックされる。また、波長モニタ１１０のモニタ出力は、第二電流制御部１１３を通じて波長可変領域１０２にフィードバックされる。なお、分岐器１０８で分岐された残りの光は、光ファイバ１１４を通して外部に導波される。

電流注入型の波長可変レーザにおける問題点として、電流注入に伴って発生した熱がレーザの発振波長に影響を及ぼすことが挙げられる。この点に関して、たとえば特許文献１に示されている波長可変レーザの駆動方法においては、波長可変電流と波長との温度依存性にもとづいて、予等化信号により波長可変電流を制御することにより、波長再現性の良い波長切換を行う方法が示されている。
特開平７−１１１３５４

ところで、光源の対応波長の広域化という観点から、複数の波長可変レーザを同一基板上に集積した波長可変レーザアレイ素子が注目されている。波長可変レーザアレイ素子においては、適宜一つの波長可変レーザを選択し、活性領域および波長可変領域に電流注入を行うことにより、３０ｎｍ以上の広い範囲での波長変化を得ることが可能となる。このような波長可変レーザアレイ素子において高速な波長切換を実現しようとする場合、特許文献１に示されたような方法では、非常に複雑な補償回路が必要となり、コストが上がるという問題があった。

また、本発明者らは、波長可変レーザに関する以下のような問題点を見出した。従来の電流注入型の波長可変レーザの過渡的な温度変化について実験を行ったところ、図１１（ａ）に示すような波長可変領域への波長可変電流の急峻な変化に伴って、図１１（ｂ）に示すようなマイクロ秒オーダーの温度揺らぎが観測された。この揺らぎのため、所定波長に波長ロックを行うための時間が１０ミリ秒程度必要となり、マイクロ秒以下の高速波長可変動作を困難にしていることがわかった。

また本発明者らは、別の問題点として、波長可変レーザの経時劣化により、同一電流注入に対する波長可変幅が小さくなることに着目した。図１２（ａ）に、初期状態および劣化状態における発振波長の波長可変電流依存性の例を示す。また、図１２（ｂ）は、図１０に示した波長可変レーザモジュールにおける波長フィルタ１０９の透過特性として、波長モニタ１１０により検出される電流値を縦軸にとり、波長を横軸にとったグラフである。たとえば、初期状態において、１００ｍＡの波長可変電流に対してＩＴＵ−ｇｒｉｄ １９３．６５ＴＨｚ（１５４８．１１５ｎｍ）が得られているのに対し、劣化により初期状態からの発振波長のずれが大きくなると、別の周波数１９３．６ＴＨｚ（１５４８．５１５ｎｍ）に波長ロックが行われてしまうことがある。このように、従来の波長可変レーザモジュールにおいては、波長可変レーザの経時劣化により発振波長の制御に支障をきたすという問題があった。
以上に鑑み、本発明は、複雑な外部補償回路等を用いることなくマイクロ秒以下の高速な波長可変動作を可能にすること、また、波長可変レーザの経時劣化の影響を受けずに安定した発振波長制御を可能にすることを目的とする。

上記目的を達成する第１の発明にかかる波長可変レーザの制御方法は、所定波長の光を発光させる活性領域と電流注入量を変化させて前記活性領域から発光された光の波長を変化させる波長可変領域を有する波長可変レーザの制御方法において、波長制御のための前記波長可変領域への電流注入量変化の前後で前記波長可変レーザ内部の熱量を一定に保つことを特徴とする。

また、上記発明において、電流注入量を変化させて前記波長可変領域で波長が変化された光を増幅する増幅領域を有し、光出力制御のための前記増幅領域への電流注入量変化の前後で前記波長可変レーザ内部の熱量を一定に保つことを特徴とする。

また、上記発明において、波長可変レーザ内部の熱量を一定に保つために、ヒータを用いることを特徴とする。

また、上記発明において、ヒータは少なくとも前記波長可変領域への電流注入量変化の前後または前記増幅領域への電流注入量変化の前後に加熱状態にあることを特徴とする

上記目的を達成する第２の発明にかかる波長可変レーザアレイ素子の制御方法は、所定波長の光を発光させる活性領域と電流注入量を変化させて前記活性領域から発光された光の波長を変化させる波長可変領域を有する波長可変レーザ部を複数集積した波長可変レーザアレイ素子の制御方法において、波長制御のための前記波長可変領域への電流注入量変化の前後または前記複数の波長可変レーザ部の間で動作を切り替える前後において前記波長可変レーザアレイ素子内部の熱量を一定に保つことを特徴とする。

また、上記発明において、電流注入量を変化させて前記波長可変領域で波長が変化された光を増幅する増幅領域を有し、光出力制御のための前記増幅領域への電流注入量変化の前後で前記波長可変レーザアレイ内部の熱量を一定に保つことを特徴とする。

また、上記発明において、波長可変レーザアレイ素子内部の熱量の総和を一定に保つために、ヒータを用いることを特徴とする。

また、上記発明において、ヒータは少なくとも、前記波長可変レーザ部の波長制御のための前記波長可変領域への電流注入量変化の前後または前記複数の波長可変レーザ部の間で動作を切り替える前後または前記増幅領域への電流流入量変化の前後に加熱状態にあることを特徴とする。

また、上記発明において、波長可変レーザアレイ素子内部の熱量を一定に保つために、少なくとも一つの発光に寄与しない波長可変レーザ部の波長可変領域に、前記波長可変レーザ部の波長制御のための前記波長可変領域への電流注入量変化の前後または前記複数の波長可変レーザの間で動作を切り替える前後には電流を注入しておくことを特徴とする。

また、上記発明において、増幅領域を複数有しており、前記波長可変レーザアレイ素子内部の熱量を一定に保つために、少なくとも一つの発光に寄与しない波長可変レーザ部に接続されている増幅領域に、前記波長可変レーザ部の波長制御のための前記波長可変領域への電流注入量変化の前後または光出力制御のための前記増幅領域への電流注入量変化の前後または前記複数の波長可変レーザ部の間で動作を切り替える前後には電流を注入しておくことを特徴とする。

上記目的を達成する第３の発明にかかる波長可変レーザは、所定波長の光を発光させる活性領域と電流注入量を変化させて前記活性領域から発光された光の波長を変化させる波長可変領域を有する波長可変レーザにおいて、波長制御のための前記波長可変領域への電流注入量変化の前後で前記波長可変レーザ内部の熱量を一定に保つための手段を備えることを特徴とする。

また、上記発明において、電流注入量を変化させて前記波長可変領域で波長が変化された光を増幅する増幅領域を有し、光出力制御のための前記増幅領域への電流注入量変化の前後で前記波長可変レーザ内部の熱量を一定に保つための手段を備えることを特徴とする。

また、上記発明において、前記波長可変レーザ内部の熱量を一定に保つための手段としてヒータを有することを特徴とする。

上記目的を達成する第４の発明にかかる波長可変レーザアレイ素子は、所定波長の光を発光させる活性領域と電流注入量を変化させて前記活性領域から発光された光の波長を変化させる波長可変領域を有する波長可変レーザ部を複数集積した波長可変レーザアレイ素子において、波長制御のための前記波長可変領域への電流注入量変化の前後または前記複数の波長可変レーザ部の間で動作を切り替える前後で前記波長可変レーザアレイ素内部の熱量の総和を一定に保つための手段を備えることを特徴とする。

また、上記発明において、電流注入量を変化させて前記波長可変領域で波長が変化された光を増幅する増幅領域を有し、光出力制御のための前記増幅領域への電流注入量変化の前後で前記波長可変レーザアレイ素子内部の熱量の総和を一定に保つための手段を備えることを特徴とする。

また、上記発明において、前記波長可変レーザアレイ素子内部の熱量の総和を一定に保つための手段としてヒータを有することを特徴とする。

上記目的を達成する第５の発明にかかる波長可変レーザモジュールは、所定波長の光を発光させる活性領域と電流注入量を変化させて前記活性領域から発光された光の波長を変化させる波長可変領域を有する波長可変レーザと熱量調整素子を有することを特徴とする。

上記目的を達成する第６の発明にかかる波長可変レーザモジュールは、所定波長の光を発光させる活性領域と電流注入量を変化させて前記活性領域から発光された光の波長を変化させる波長可変領域を有する波長可変レーザ部を複数集積した波長可変レーザアレイ素子と熱量調整素子を有することを特徴とする。

上記目的を達成する第７の発明にかかる波長可変レーザモジュールは、所定波長の光を発光させる活性領域と電流注入量を変化させて前記活性領域から発光された光の波長を変化させる波長可変領域を有する波長可変レーザの発振波長を検出する第一および第二の波長モニタと、前記第一の波長モニタの出力にもとづいて前記波長可変領域への電流注入を制御する電流制御部と、前記第二の波長モニタの出力にもとづいて前記波長可変レーザの温度を制御する温度制御部を備えたことを特徴とする。

上記目的を達成する第８の発明にかかる波長可変レーザモジュールは、所定波長の光を発光させる活性領域と電流注入量を変化させて前記活性領域から発光された光の波長を変化させる波長可変領域を有する波長可変レーザ部を複数集積した波長可変レーザアレイ素子の発振波長を検出する第一および第二の波長モニタと、前記第一の波長モニタの出力にもとづいて前記波長可変領域への電流注入を制御する電流制御部と、前記第二の波長モニタの出力にもとづいて前記波長可変レーザアレイ素子の温度を制御する温度制御部を備えたことを特徴とする。

第１の発明にかかる波長可変レーザの制御方法によれば、波長切換時もしくは光出力切換時における波長可変レーザ内部の過渡的な温度揺らぎが抑制されるため、マイクロ秒以下の高速波長可変動作が可能となる。

また、第２の発明にかかる波長可変レーザアレイ素子の制御方法によれば、上記の請求項１の発明と同様な効果に加えて、同一基板上に形成された複数の波長可変レーザ部間の動作切換時、具体的には波長制御時及び光出力制御時における波長可変レーザアレイ素子の過渡的な温度揺らぎが抑制される。したがって、複雑な外部の温度補償回路等を必要とせずに、広い波長範囲におけるマイクロ秒以下の高速波長可変動作を実現することが可能となる。

また、第３の発明にかかる波長可変レーザによれば、外部の温度補償回路等を必要とせずに波長可変レーザ内部の過渡的な温度揺らぎを抑制することができるため、低コストでマイクロ秒以下の高速波長可変動作が可能な波長可変レーザを提供することができる。

また、第４の発明にかかる波長可変レーザアレイ素子によれば、外部の複雑な温度補償回路等を必要とせずに、広い波長範囲でのマイクロ秒以下の高速波長可変動作が可能な波長可変レーザアレイ素子を提供することができる。

また、第５乃至第８の発明にかかる波長可変レーザモジュールにおいては、波長可変レーザまたは波長可変レーザアレイ素子内部の過渡的な温度揺らぎを抑制することができるとともに、波長可変レーザまたは波長可変レーザアレイ素子の経時劣化に伴う発振波長ずれを抑制することができる。したがって、マイクロ秒以下の高速波長可変動作が可能で、かつ長期間にわたって安定した高精度の波長ロックを行うことのできる波長可変レーザモジュールを提供することができる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

[実施形態１]
図１は、本発明の実施形態１に係る波長可変レーザの上面図である。波長可変レーザ１は、活性領域２、波長可変領域３および増幅領域４を有し、それぞれの領域に電流を注入するための電極５、６および７を有している。また、これらの領域で発生する熱量を調整するためのヒータ８、９および１０を備えている。活性領域２は、バンドギャップ組成波長１５５０ｎｍのバルク半導体からなり、領域長Ｌ_２は４００μｍとする。波長可変領域３はバンドギャップ組成波長１４００ｎｍのバルク半導体からなり、領域長Ｌ_３は５００μｍとする。波長可変領域３には周期２４０ｎｍの回折格子が形成されているものとする。増幅領域４は、活性領域２と同様のバルク半導体からなり、領域長Ｌ_４は６００μｍである。ヒータ８、９および１０は厚さ０．２μｍのＴｉ／Ｐｔにより形成されている。

この波長可変レーザを動作させる場合において、あらかじめヒータ８、９および１０を加熱することにより熱量Ｗ２、Ｗ３およびＷ４を与えておく。また、波長切換（波長制御）または光出力切換（光出力制御）時の電流注入により活性領域２、波長可変領域３および増幅領域４に熱量Ｗ１２、Ｗ１３およびＷ１４が発生するものとする。ここで、波長切換または光出力切換時に、ヒータ８〜１０に与える熱量を調整することによって、切換の前後で波長可変レーザ内部の熱量、さらに好ましくは各領域の熱量が変化しないようにする。なお、発生する熱量は、各領域を構成する材料の電気抵抗値を用いてあらかじめ決めておく。

具体的な動作例を説明する。初期状態として、活性領域２、波長可変領域３、増幅領域４への電流注入がそれぞれ１００ｍＡ、０ｍＡ、１００ｍＡの状態で動作しているとする。また、ヒータ８、９、１０には１００ｍＡ、２００ｍＡ、１００ｍＡの電流を供給しておく。この状態で、光出力３０ｍＷ、発振波長１５５０ｎｍが得られているとものする。

ここで、発振波長を−５ｎｍシフトさせたい場合、波長可変領域３に１００ｍＡの電流を注入する必要がある。この電流注入に伴う波長可変領域３での熱量変化は＋０．１２Ｗである。そこで、波長可変領域において熱量が−０．１２Ｗ変化するように、ヒータ９への供給電流を２００ｍＡから１００ｍＡに減少させる。

また、上記の初期状態から光出力をオフにしたい場合、増幅領域４への電流注入をゼロにする必要がある。この電流減少に伴う増幅領域４での熱量変化は−０．１２Ｗとなる。そこで、増幅領域において熱量が＋０．１２Ｗ変化するように、ヒータ１０への供給電流を１００ｍＡから２００ｍＡに増加させる。

以上のように、本実施形態１では、活性領域および波長可変領域のそれぞれに近接してヒータを設け、波長切換または光出力切換の前後において各領域での熱量変化がないように、ヒータへの供給電流を変化させることを特徴としているため、波長可変レーザ内部の過渡的温度揺らぎを抑制し、マイクロ秒以下の高速波長可変動作を可能とすることができる。

なお、熱量を一定に保つための手段は本実施形態１に示したようなヒータに限られるものではなく、たとえばペルチェ素子などであっても良い。

[実施形態２]
本発明の実施形態２として、波長可変レーザアレイ素子およびその制御方法について説明する。図２は本実施形態２に係る波長可変レーザアレイ素子を表す模式図である。基板２０上に波長可変領域Ｄ１〜Ｄ４および活性領域Ａ１〜Ａ４が形成されており、これらの領域は導波路２１によって、同じく基板２０上に形成された増幅領域Ｓに接続されている。また、これらの領域に電流を注入するための電極ＥＤ１〜ＥＤ４、ＥＡ１〜ＥＡ４を備えている。活性領域Ｓは、活性領域Ａ１〜Ａ４により生じたレーザ光を増幅するためのものであり、電流注入のための電極ＥＳを備えている。以上の各活性領域、各波長可変領域には、実施形態１で示したものと同様なヒータＨＡ１〜ＨＡ４、ＨＤ１〜ＨＤ４、ＨＳを有している。

この波長可変レーザアレイ素子を動作させる場合においても、実施形態１と同様に、あらかじめヒータＨＡ１〜ＨＡ４、ＨＤ１〜ＨＤ４、ＨＳを加熱することにより所定の熱量を与えておく。また、波長切換（波長制御）または光出力切換（光出力制御）時の電流注入により活性領域Ａ１〜Ａ４、波長可変領域Ｄ１〜Ｄ４および増幅領域Ｓにある熱量が発生するものとする。ここで、波長切換または光出力切換時に、ヒータＨＡ１〜ＨＡ４、ＨＤ１〜ＨＤ４、ＨＳに与える熱量を調整することによって、切換の前後で波長可変レーザアレイ素子内部の熱量、さらに好ましくは各領域の熱量が変化しないようにする。なお、発生する熱量は、各領域を構成する材料の電気抵抗値を用いてあらかじめ決めておく。

実施形態２では、別途設けたヒータを用いて波長可変レーザアレイ素子内部の熱量が変化しないようにしたが、ヒータを用いる代わりに発光に寄与しない波長可変レーザ部の波長可変領域にあらかじめ電流を注入して所定の熱量を与えておき、波長切換または光出力切換時にこれらに与える熱量を調整することによって、切換の前後で波長可変レーザアレイ素子内部の熱量、または各領域の熱量が変化しないようにすることもできる。また、増幅領域を複数有している波長可変レーザアレイ素子の場合には、発光に寄与しない波長可変レーザ部に接続されている増幅領域にあらかじめ電流を注入して所定の熱量を与えておき、波長切換または光出力切換時にこれらに与える熱量を調整することによって、切換の前後で波長可変レーザアレイ素子内部の熱量、または各領域の熱量が変化しないようにすることもできる。

[実施形態３]
実施形態３として、本発明を用いた波長可変レーザモジュールならびにその制御方法について説明する。図３は、本実施形態３に係る波長可変レーザモジュール内部構造を表す縦断面図である。この波長可変レーザモジュール３０は、波長可変レーザ３１、熱量調整素子３２、レンズ３３、光出力／波長モニタ３４を備えており、これらはＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｏｌｅｒ）などの温度調整器３５上に配置されている。熱量調整素子３２は、小型ヒータあるいはペルチェ素子などにより構成されており、波長可変レーザ３１に近接して配置される。３６はレーザ光をモジュール外部に導波するための光ファイバである。なお、波長可変レーザ３１は従来のものでよい。

波長可変レーザ３１の波長可変領域に注入される電流を変化させて波長切換を行う場合、波長可変レーザ３１から温度調整器３５に流入する熱量Ｗ３１と熱量調整素子３２から温度調整器３５に流入する熱量Ｗ３２との和が、波長切換の前後において一定となるように、熱量調整素子３２への供給電流を変化させる。なお、供給電流の変化量は、波長可変領域への電流量に対応させて、あらかじめ決めておく。

また、波長可変レーザ３１の活性領域に注入される電流を変化させて光出力切換を行う場合においても同様に、波長可変レーザ３１から温度調整器３５に流入する熱量Ｗ３１と熱量調整素子３２から温度調整器３５に流入する熱量Ｗ３２との和が、光出力切換の前後において一定となるように、熱量調整素子３２への供給電流を変化させる。

以上のように、本実施形態３では熱量調整素子を用いて波長可変レーザに出入りする熱量を一定に保つようにしたため、波長可変レーザの過渡的温度揺らぎが抑制され、マイクロ秒オーダーの高速波長可変動作が可能となる。

なお、本実施形態３では従来の波長可変レーザを用い、これに隣接して熱量調整素子を設けたことを特徴とする波長可変レーザモジュールについて示したが、熱量調整素子を用いずに本発明の実施形態１に示した波長可変レーザを用いることによっても、同様な効果を得ることができる。

また、本実施形態３で用いた波長可変レーザ３１の代わりに、従来の波長可変レーザアレイ素子を用いた波長可変レーザモジュールにおいても同様な効果を得ることが出来る。

さらに、熱量調整素子を用いずに本発明の実施形態２に示した波長可変レーザアレイ素子を用いることによっても、同様な効果を得ることができる。

[実施形態４]
本発明の実施形態４として、波長可変レーザモジュールおよびその制御方法の他の形態例について説明する。本実施形態４に係る波長可変レーザモジュールは、実施形態３に示した波長可変レーザモジュールと同様に、熱量調整素子が設けられており、さらに、波長可変レーザの経時劣化に伴う波長の不安定性を抑制するために以下の特徴を有している。

図４は、本実施形態４に係る波長可変レーザモジュールの内部構造を上から見た図である。この波長可変レーザモジュール４０は、活性領域４１、波長可変領域４２および増幅領域４３を有する波長可変レーザ４４、熱量調整素子６０、レンズ４５、アイソレータ４６、第一〜第三分岐器４７〜４９、第一波長フィルタ５０および第二波長フィルタ５１、第一波長モニタ５２および第二波長モニタ５３、光出力モニタ５４をＴＥＣなどの温度調整器５５上に備えている。第一分岐器４７は波長可変レーザ４４から入射した光のうち３％を第二分岐器４８側に、残りの９７％を第三分岐器４９側に出射するものとし、第二分岐器４８は第一分岐器４７側から入射した光の５０％を光出力モニタ５４側に、残りの５０％を第一波長フィルタ５０側に出射するものとし、また、第三分岐器４９は第一分岐器４７側から入射した光のうち２％を第二波長フィルタ５１側に、残りの９８％を光ファイバ５６側に出射するものとする。また、この波長可変レーザモジュール４０はさらに第一電流制御部５７、第二電流制御部５８および温度制御部５９を備えている。第一電流制御部５７は、光出力モニタ５４の検出電流値にもとづいて増幅領域４３への電流注入を制御する。第二電流制御部５８は、第一波長モニタ５２の検出電流値にもとづいて波長可変領域４２への電流注入を制御する。また、温度制御部５９は、第二波長モニタ５３の検出電流値にもとづいて温度調整器５５への供給電流を制御する。

この波長可変レーザモジュール４０の制御方法について、以下に説明する。波長可変レーザ４４が、活性領域４１への電流注入１００ｍＡ、波長可変領域４２への電流注入５０ｍＡ、増幅領域４３への電流注入１００ｍＡ、温度調整器５５の温度２５℃で動作しており、光ファイバ５６端出力２０ｍＷ、発振波長ＩＴＵ−Ｇｒｉｄ １９３．６５ＴＨｚ（１５４８．１１５ｎｍ）が得られているものとする。このとき光出力モニタ５４の検出電流値が１５０μＡであるとし、一定波長動作中もしくは波長可変動作前後において、この検出電流が一定となるように、活性領域４３への電流注入を第一電流制御部５７により制御する。

波長可変レーザ４４・第一波長フィルタ５０・第一波長モニタ５２・第一電流制御部５７は、波長可変レーザ４４の波長を比較的広い範囲内で制御するための構成である。第一波長フィルタ５０の透過特性として、第一波長モニタ５２により検出される電流値を縦軸にとり、波長を横軸にとったグラフを図５に示す。この第一波長フィルタ５０の透過特性は比較的ブロードな波長依存性０．０５μＡ／ＧＨｚを有している。波長可変レーザ４４の発振波長を１５４８ｎｍ近傍に保つため、第一波長モニタ５２で検出される電流値が一定値１００μＡとなるように、第二電流制御部５８により波長可変領域４２への電流注入を調整するものとする。波長可変領域４２の経時劣化により発振波長が短波長化してたとえば１５４７．９ｎｍとなった場合、第一波長モニタ５２の検出電流が１１０μＡに上昇する。そこで、波長可変領域への電流注入を５０ｍＡから５３ｍＡに増加させることにより、第一波長モニタの検出電流が１００μＡに保たれるように調整する。

波長可変レーザ４４・第二波長フィルタ５１・第二波長モニタ５３・温度制御部５９は、波長可変レーザ４４の波長を高精度に制御するための構成である。第二波長フィルタ５１の透過特性として、第二波長モニタ５３により検出される電流値を縦軸にとり、波長を横軸にとったグラフを図６に示す。この第二波長フィルタ５１の透過特性は、急峻な波長依存性５μＡ／ＧＨｚを有している。発振波長をＩＴＵ−Ｇｒｉｄ １９３．６５ＴＨｚ（１５４８．１１５ｎｍ）に保つため、第二波長モニタ５３で検出される電流値が一定値１５０μＡに保たれるように、温度制御部５９により温度調整器５５の温度を調整するものとする。なお、前に説明したように、第一波長フィルタ・第一波長モニタ・第一電流制御部を用いた広い波長範囲での調整が行われているため、波長がたとえば図６の点Ｐから点Ｒまで大きくずれることはなく、正確な波長ロックが可能である。

上記のように、本実施形態４では、波長可変レーザの経時劣化等による発振波長の大きなずれに対しては波長可変領域への電流注入による制御を行い、小さなずれの補正については温度による制御を行うこととしたため、両者の制御を共に電流注入で行うような場合に懸念される制御ループ同士の干渉が起こらず、安定した波長制御を行うことができる。

また、熱量調整素子６０は必須ではないが、本実施形態４では熱量調整素子６０を備えているため、マイクロ秒以下の高速波長可変動作が可能となる効果は、実施形態３に示した波長可変レーザモジュールの場合と同様である。

ところで、本実施形態４の変形例として、波長可変レーザ４４の温度制御と波長モニタの温度制御を独立して行うと、発振波長の制御に伴って生じる温度変化が波長モニタの感度に影響しなくて済むため、より好ましい。この場合の波長可変レーザモジュールの内部構造を上から見た図を図７に示す。波長可変レーザ４４および熱量調整素子６０は第一温度調整器５５ａ上に設けられ、第一波長モニタ５２、第二波長モニタ５３および光出力モニタ５４は第二温度調整器５５ｂ上に設けられている。その他の構成については、図４と同様である。

また、本実施形態４で用いた波長可変レーザ４４の代わりに、波長可変レーザアレイ素子を用いた波長可変レーザモジュールにおいても同様な効果を得ることが出来る。

本発明の実施形態１に係る波長可変レーザの上面図である。 本発明の実施形態２に係る波長可変レーザアレイ素子を表す模式図である。 本発明の実施形態３に係る波長可変レーザモジュール内部構造を表す縦断面図である。 本発明の実施形態４に係る波長可変レーザモジュールの内部構造を上から見た図である。 本発明の実施形態４における第一波長フィルタの透過特性を示すグラフである。 本発明の実施形態４における第二波長フィルタの透過特性を示すグラフである。 本発明の実施形態４の変形例に係る波長可変レーザモジュールの内部構造を上から見た図である。 従来の波長可変レーザの共振器方向における縦断面図である。 波長可変電流の注入量と発振波長との関係の例を示すグラフである。 従来の波長可変レーザモジュールの構成例を示す横断面模式図である。 従来の波長可変レーザにおける過渡的温度揺らぎを説明するグラフであり、（ａ）は、波長可変電流の時間変化を示し、（ｂ）は波長可変レーザ温度の時間変化を示す。 （ａ）は、可変電流の注入量と発振波長との関係の例を示すグラフである。（ｂ）は、図１０に示した波長フィルタの透過特性である。

符号の説明

１ 波長可変レーザ
２ 活性領域
３ 波長可変領域
４ 増幅領域
５、６、７ 電極
８、９、１０ ヒータ
２０ 基板
２１ 導波路
３０ 波長可変レーザモジュール
３１ 波長可変レーザ
３２ 熱量調整素子
３３ レンズ
３４ 光出力／波長モニタ
３５ 温度調整器
４０ 波長可変レーザモジュール
４１ 活性領域
４２ 波長可変領域
４３ 増幅領域
４４ 波長可変レーザ
４５ レンズ
４６ アイソレータ
４７、４８、４９ 分岐器
５０ 第一波長フィルタ
５１ 第二波長フィルタ
５２ 第一波長モニタ
５３ 第二波長モニタ
５４ 光出力モニタ
５５ 温度調整器
５６ 光ファイバ
５７ 第一電流制御部
５８ 第二電流制御部
５９ 温度制御部
６０ 熱量調整素子
７０ 波長可変レーザモジュール
７１ 波長可変レーザ
７２ 熱量調整素子
７３ 第一温度調整器
７４ 第一波長モニタ
７５ 第二波長モニタ
７６ 第二温度調整器
８０ 波長可変レーザ
８１ 活性領域
８２ 波長可変領域
８３ 増幅領域
８４、８５ 活性層
８６、８７、８８ 導波路層
８９ 回折格子
９０ 活性領域電流注入用電極
９１ 増幅領域電流注入用電極
９２ 波長可変領域電流注入用電極
９３ 裏面電極
１００ 波長可変レーザモジュール
１００Ａ 波長可変レーザ
１０１ 活性領域
１０２ 波長可変領域
１０３ 増幅領域
１０４ 光出力モニタ
１０５ レンズ
１０６ アイソレータ
１０７、１０８ 分岐器
１０９ 波長フィルタ
１１０ 波長モニタ
１１２ 第一電流制御部
１１３ 第二電流制御部
Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４ 熱量
Ｗ１２、Ｗ１３、Ｗ１４ 熱量
Ｗ３１、Ｗ３２ 熱量

Claims (8)

1. 所定波長の光を発光させる活性領域と電流注入量を変化させて前記活性領域から発光された光の波長を変化させる波長可変領域を有する波長可変レーザ部を複数集積した波長可変レーザアレイ素子の制御方法において、
   前記各波長可変レーザ部の前記活性領域及び波長可変領域にそれぞれ第１のヒータ及び第２のヒータを有し、
   あらかじめ前記第１のヒータ及び第２のヒータを加熱することにより前記活性領域及び波長可変領域にそれぞれ所定の熱量を与えておき、
   前記波長可変領域への電流注入量の変化又は前記複数の波長可変レーザ部の間での動作の切り替えにより前記波長可変領域又は活性領域の熱量が増加又は減少する場合、前記増加分の熱量が元に減少するように又は前記減少分の熱量が元に増加するように、前記第１のヒータ又は第２のヒータへの供給電流を減少又は増加させて調整する、
   ことを特徴とする波長可変レーザアレイ素子の制御方法。
2. 電流注入量を変化させて前記波長可変領域で波長が変化された光を増幅する増幅領域を有し、前記増幅領域に第３のヒータを有し、
   あらかじめ前記第３のヒータを加熱することにより前記増幅領域に所定の熱量を与えておき、
   前記増幅領域への電流注入量の変化により前記増幅領域の熱量が増加又は減少する場合、前記増加分の熱量が元に減少するように又は前記減少分の熱量が元に増加するように、前記第３のヒータへの供給電流を減少又は増加させて調整する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の波長可変レーザアレイ素子の制御方法。
3. 少なくとも一つの発光に寄与しない波長可変レーザ部の波長可変領域に、前記波長可変領域への電流注入量変化の前後または前記複数の波長可変レーザ部の間で動作を切り替える前後には電流を注入しておくことを特徴とする請求項１又は２に記載の波長可変レーザアレイ素子の制御方法。
4. 前記増幅領域を複数有しており、少なくとも一つの発光に寄与しない波長可変レーザ部に接続されている増幅領域に、前記波長可変領域への電流注入量変化の前後または前記増幅領域への電流注入量変化の前後または前記複数の波長可変レーザ部の間で動作を切り替える前後には電流を注入しておくことを特徴とする請求項２又は３に記載の波長可変レーザアレイ素子の制御方法。
5. 所定波長の光を発光させる活性領域と電流注入量を変化させて前記活性領域から発光された光の波長を変化させる波長可変領域を有する波長可変レーザ部を複数集積した波長可変レーザアレイ素子において、
   前記各波長可変レーザ部の前記活性領域及び波長可変領域にそれぞれ第１のヒータ及び第２のヒータを有し、
   あらかじめ前記第１のヒータ及び第２のヒータを加熱することにより前記活性領域及び波長可変領域にそれぞれ所定の熱量を与えておき、
   前記波長可変領域への電流注入量の変化又は前記複数の波長可変レーザ部の間での動作の切り替えにより前記波長可変領域又は活性領域の熱量が増加又は減少する場合、前記増加分の熱量が元に減少するように又は前記減少分の熱量が元に増加するように、前記第１のヒータ又は第２のヒータへの供給電流を減少又は増加させて調整する手段を備えている、
   ことを特徴とする波長可変レーザアレイ素子。
6. 電流注入量を変化させて前記波長可変領域で波長が変化された光を増幅する増幅領域を有し、前記増幅領域に第３のヒータを有し、
   あらかじめ前記第３のヒータを加熱することにより前記増幅領域に所定の熱量を与えておき、
   前記増幅領域への電流注入量の変化により前記増幅領域の熱量が増加又は減少する場合、前記増加分の熱量が元に減少するように又は前記減少分の熱量が元に増加するように、前記第３のヒータへの供給電流を減少又は増加させて調整する手段を備えていることを特徴とする請求項５に記載の波長可変レーザアレイ素子。
7. 請求項５又は６に記載の波長可変レーザアレイ素子と、
   前記波長可変レーザアレイ素子に近接して配置され、前記波長可変レーザアレイ素子に出入りする熱量を一定に保つ熱量調整素子と、
   を有することを特徴とする波長可変レーザモジュール。
8. 温度調整器と、
   前記温度調整器上に設けられた請求項５又は６に記載の波長可変レーザアレイ素子と、
   前記温度調整器上に設けられ、前記波長可変レーザアレイ素子の発振波長を検出する第一および第二の波長モニタと、
   前記第一の波長モニタの出力にもとづいて前記波長可変領域への電流注入を制御する電流制御部と、
   前記第二の波長モニタの出力にもとづいて前記温度調整器の温度を制御する温度制御部と、
   を有することを特徴とする波長可変レーザモジュール。

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