JP4892467B2

JP4892467B2 - レーザ装置およびその制御方法

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Description

本発明は、レーザ装置およびその制御方法に関する。

波長選択フィルタと半導体光増幅器とを含む共振器を備え、単一波長のレーザ光を出力する外部共振器型のレーザ装置がある。

図７は、外部共振器型のレーザ装置の１つである波長可変レーザモジュール９０の構成を示すブロック図である。同図に示すように、波長可変レーザモジュール９０は、ミラー２２、波長可変フィルタ２４（第１の波長選択フィルタ）、ＩＴＵグリッドフィルタ２６（第２の波長選択フィルタ）、コリメートレンズ２８、半導体光増幅器３０を含む共振器２０と、コリメートレンズ３６と、ビームスプリッタ３８と、集光レンズ４０と、光出力検出素子４２と、を含んで構成され、共振器２０で発振する単一波長のレーザ光を光ファイバ４４に出力する。

図７において半導体光増幅器３０の左側に配置されたコリメートレンズ２８は、半導体光増幅器３０の端面３１から出射される光をコリメート光に変換する。

ミラー２２、波長可変フィルタ２４、およびＩＴＵグリッドフィルタ２６は、コリメートレンズ２８で変換されるコリメート光の光軸上に配置される。ミラー２２は、コリメート光の光軸に対して垂直に配置される。

半導体光増幅器３０は、利得媒体として動作する光増幅領域３４を含み半導体レーザとほぼ同様の構造を有するが、端面３１の反射率が半導体レーザに比べて小さく、それ単体ではレーザ発振しない。その代わり、半導体光増幅器３０は、外部に設けた反射体（ミラー２２）と他の端面３５とで構成した共振器２０を用いてレーザ発振する。すなわち、半導体光増幅器３０の端面３１から出射された光は、コリメートレンズ２８、ＩＴＵグリッドフィルタ２６、波長可変フィルタ２４を透過し、ミラー２２で反射される。そして、波長可変フィルタ２４、ＩＴＵグリッドフィルタ２６、コリメートレンズ２８を経て、半導体光増幅器３０に入射する。半導体光増幅器３０に入射した光は、光増幅領域３４で増幅されるとともに端面３５で反射され（一部透過）、再び端面３１から出射される。なお、レーザ発振するのは、半導体光増幅器３０による利得（光増幅率）が共振器２０での損失を上回る場合である。

レーザ光の波長は、ミラー２２と半導体光増幅器３０の端面３１との間に設けられた、動作波長を変化させることのできる波長選択フィルタ（特に、波長可変フィルタ２４）により、可変に選択される。

半導体光増幅器３０は、外部から入力される信号（一般には電流、以下「位相調整信号」という。）に応じて屈折率が変化する位相調整領域３２をさらに含んでいる。位相調整領域３２の屈折率が変化すると、位相調整領域３２を透過する光の位相が変化し、結果として共振器２０の真空換算の長さ（以下「実効長」という。）が変化する。すなわち、半導体光増幅器３０によれば、位相調整領域３２に印加する位相調整信号を変化させることにより、共振器２０の実効長を調整することができる。なお、特許文献１には、１つの半導体素子の中に位相調整領域と光増幅領域とを設け、それら２つの領域を個別に制御する光源装置が開示されている。

図７において、共振器２０の右側には、半導体光増幅器３０の端面３５から出射されるレーザ光の強度をモニタするための構成およびレーザ光を外部に出力するための構成が示されている。

半導体光増幅器３０の右側に配置されたコリメートレンズ３６は、半導体光増幅器３０から出射されるレーザ光をコリメート光に変換する。

ビームスプリッタ３８は、コリメートレンズ３６で変換されたコリメート光の一部を光出力検出素子４２方向に分岐する。光出力検出素子４２は、ビームスプリッタ３８で分岐されたコリメート光の一部をモニタし、その光強度を検出する。

集光レンズ４０は、ビームスプリッタ３８を透過したコリメート光を集光し、集光した光をレーザ光として光ファイバ４４に出力する。こうして、波長可変レーザモジュール９０で発振されるレーザ光が光出力として外部に取り出される。

次に、波長可変レーザモジュール９０のレーザ発振波長（以下単に「発振波長」という。）について説明する。波長可変レーザモジュール９０では、発振波長を決定する要素は３つある。それは、図１（ａ）に示す共振器２０で共振する光の波長（以下「共振波長」という。）、図１（ｂ）に示す波長可変フィルタ２４の光透過特性、および図１（ｃ）に示すＩＴＵグリッドフィルタ２６の光透過特性である。

共振器２０の共振波長は、共振器２０内にミラー２２と半導体光増幅器３０の端面３５で節となる定在波を形成する波長である。具体的には、「共振器２０の長さは共振波長の１／２の整数倍である（共振器内の屈折率を１とした場合）」という条件（以下「共振条件」という。）を満たす波長が共振波長となる。この共振条件によれば、共振波長は共振器２０の長さに依存し、また図１（ａ）に示すように波長帯域内に離散的に分布する（たとえば真空換算の共振器長が１５ｍｍで発振波長が１５５０ｎｍである場合、共振波長間隔は約８０ｐｍとなる）。なお、共振器２０の共振条件が成立する波長モードは、共振器モード（キャビティモード）と呼ばれる。

波長可変レーザモジュール９０の発振波長は、上記共振条件を満たす複数の共振波長のうち共振器２０内に安定的に存在しうる波長である。具体的には、ミラー２２とコリメートレンズ２８との間に配置された２つの波長選択フィルタ（波長可変フィルタ２４およびＩＴＵグリッドフィルタ２６）を透過する共振波長が発振波長となる。

波長可変フィルタ２４は、特定の波長帯域に属する光だけを透過させ、その他の光を反射、散乱、または吸収する特性を持つ波長選択フィルタである。図１（ｂ）に示すように、波長可変フィルタ２４は、波長可変レーザモジュール９０の動作波長帯域において通常は１つの透過ピーク波長（透過率がピークとなる波長）を有し、その透過波長帯域は図１（ａ）に示す共振波長間隔に比べ広い（波長の半値幅は、図１（ｃ）に示すＩＴＵグリッドフィルタ２６の２周期分より狭い方が望ましい）。また、波長可変フィルタ２４の動作波長の確度および安定性は十分でない。

ＩＴＵグリッドフィルタ２６は、国際電気通信連合（International Telecommunication Union：ＩＴＵ）によって勧告された互いに離間する複数の波長（ＩＴＵグリッド波長）を透過させるように設定された波長選択フィルタである。図１（ｃ）に示すように、ＩＴＵグリッドフィルタ２６の各透過波長帯域は、広帯域に分布する複数のＩＴＵグリッド波長それぞれに対応し、図１（ａ）に示す共振波長間隔と同等またはそれ以下である。なお、ＩＴＵグリッド波長の間隔は、約１００ｐｍ、約２００ｐｍ、約４００ｐｍまたは８００ｐｍである。

上記のとおり、波長可変フィルタ２４の透過波長帯域は共振波長間隔に比べて広いため、波長可変フィルタ２４だけで単一の共振波長を発振波長として安定的に選択することは難しい。そこで、共振器２０では、波長可変フィルタ２４の光透過特性とＩＴＵグリッドフィルタ２６の光透過特性とを組み合わせることにより、複数の共振波長の中から単一の共振波長を選択するようにしている。すなわち、透過させたいＩＴＵグリッド波長に波長可変フィルタ２４の透過ピーク波長が来るよう波長可変フィルタ２４に印加する波長設定信号を調整することにより、所望のＩＴＵグリッド波長を透過ピーク波長とする狭帯域の波長選択フィルタを構成している。かかる構成を備える波長可変レーザモジュール９０では、波長可変フィルタ２４に印加する波長設定信号を変化させることにより、発振波長を可変に選択できるようになっている。なお、非特許文献１には、第１の波長選択フィルタとＩＴＵグリッド波長を透過ピーク波長とする第２の波長選択フィルタとを組み合わせた構成が開示されている。

しかし、所望のＩＴＵグリッド波長を透過ピーク波長とする狭帯域の波長選択フィルタ（波長可変フィルタ２４およびＩＴＵグリッドフィルタ２６）を構成しても、発振波長がその透過ピーク波長から少しでもずれると、波長可変レーザモジュール９０の発振波長に誤差が生じ、光強度も低下してしまう。

そこで、波長可変レーザモジュール９０では、動作時の発振波長を所望のＩＴＵグリッド波長と一致させるため、波長のずれを検出し修正するフィードバック制御を行っている。具体的には、共振器２０から出力されるレーザ光の光強度をモニタし、その光強度が最大となるよう発振波長を制御する「ピークサーチ」によって、発振波長を所望のＩＴＵグリッド波長に一致させるようにしている。

より具体的に言えば、波長可変レーザモジュール９０では、共振器２０から出力されるレーザ光のうちビームスプリッタ３８により分岐される一部のレーザ光の光強度を光出力検出素子４２によってモニタし、その光強度が最大となるよう半導体光増幅器３０の位相調整領域３２に印加される位相調整信号を上下に変動させる（交互に正負に変化させる）「ディザ制御」を行う。上記のとおり、位相調整信号が変動すると、それに応じて共振器２０の実効長が伸縮する。共振器２０の実効長が伸縮すると、それに応じて発振波長と所望波長とのずれが変化し、結果として共振器２０から出力されるレーザ光の光強度が変化する。

たとえば、位相調整信号（電流）を上げたときに光強度が上昇すれば位相調整信号をさらに上げ、逆に、位相調整信号を上げたときに光強度が低下すれば位相調整信号を下げる。また、位相調整信号を下げたときに光強度が上昇すれば位相調整信号をさらに下げ、逆に、位相調整信号を下げたときに光強度が低下すれば位相調整信号を上げる。このように、波長可変レーザモジュール９０におけるピークサーチでは、位相調整信号を上下に変動させるディザ制御によって光強度を最大化する。

図２（ａ）は、共振器２０から出力されるレーザ光の位相変化量（横軸）と発振波長（縦軸）と光強度（縦軸）との関係の一例（後述するαパラメータが０の場合）を示す図である。同図に示すように、発振波長は、局所的には位相の変化に対してほぼ直線状（線形）に変化するが、位相変化量がさらに変化してモードホップ境界を超えると共振器モードが隣の共振器モードに遷移（モードホップ）してしまう。このため、発振波長は、位相の変化に対して全体としてのこぎり刃状に変化することになる。また、光強度は、位相の変化に対して左右対称な山形状の変化を繰り返す。

図２（ｂ）は、図２（ａ）に示した発振波長および光強度をそれぞれ横軸および縦軸にとった波長−光強度特性を示す図である。同図に示すように、発振波長が波長選択フィルタの透過ピーク波長と一致したときに光強度は最大となり、発振波長が透過ピーク波長から離れるに従って光強度は低下する。そして、発振波長がモードホップ境界を越えると、共振器内で定在波の波の個数が不連続に変化し、光信号が劣化する。また、発振波長がモードホップ境界に近づくだけでも、光スペクトルにおいてサイドモードが大きくなったりマルチモードになったりして光信号が劣化してしまう。このため、光信号の劣化を防ぐためには、発振波長がモードホップ境界から離れるようレーザ装置を動作させなければならない。したがって、上記ピークサーチにおけるディザ制御では、図２（ｂ）に示すように発振波長がモードホップ境界から離れた範囲内で変動するよう、位相調整信号を変化させる必要がある。

この点、特許文献２には、半導体レーザの位相調整領域に注入する電流と回折格子（波長選択フィルタ）の選択する波長とを同時に変えることにより、同一の共振器モードを保持しながら（モードホップの発生を防ぎながら）発振波長を変化させる可変波長光源装置が開示されている。
特開平３−１２９８９０号公報特開平８−１８１６７号公報工藤耕治他９名「広帯域波長可変レーザ・モジュールの最近の進展」、信学技報ＯＰＥ２００５−４６〜５３（２００５年８月）

位相調整領域３２と光増幅領域３４とを有する半導体光増幅器３０では、屈折率（位相）の変化と利得（光強度）の変化との間に図３に示すような関係がある（これらの変化の比は「αパラメータ」と呼ばれる）。なお、同図における波線は、図２と同様、屈折率の変化と利得の変化とが相互に依存しない場合（αパラメータ＝０の場合）の関係を示している。

図３（ａ）は、共振器２０から出力されるレーザ光の位相変化量（横軸）と発振波長（縦軸）と光強度（縦軸）との関係の一例を示す図である。同図に示すように、αパラメータが０でない場合（実線）、発振波長は、位相の変化に対して直線状（線形）に変化しない。また、光強度は、位相の変化に対して左右非対称な山形状の変化を繰り返す。

図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した発振波長および光強度をそれぞれ横軸および縦軸にとった波長−光強度特性を示す図である。同図に示すように、αパラメータが０でない場合（実線）、発振波長が波長選択フィルタの透過ピーク波長と一致したときに光強度は最大なり、透過ピーク波長を中心として短波側（左側）と長波側（右側）で光強度の変化は非対称となる。特に、発振波長が透過ピーク波長より短波側の領域では、長波側の領域に比べて、透過ピーク波長からモードホップ境界までの波長マージンが小さくなっており、たとえば発明者による実験ではわずか６〜１０ｐｍであった。

ところで、光強度が数ｄＢｍ以上の狭スペクトルの光線を光ファイバに入射すると、誘導ブルリアン散乱（Stimulated Brillouin Scattering：ＳＢＳ）と呼ばれる現象によって、その大部分が光ファイバの入射端に戻されるため、光ファイバで伝送される光の電力が低下してしまう。特に、外部共振器型のレーザ装置では、共振器長が長いため出力される光のスペクトル線幅が狭くなり、ＳＢＳの影響を受けやすい。

従来、このＳＢＳを抑制するために、レーザ光の発振波長を短周期で変動させる方法、すなわちレーザ光を「周波数変調」する方法が知られている。たとえば上記波長可変レーザモジュール９０においてＳＢＳの影響を小さくするためには、半導体光増幅器３０の位相調整領域３２に与える位相信号を交流信号で変調すればよい。こうすれば、共振器２０の実効長が振動するため、波長可変レーザモジュール９０から出力されるレーザ光の発信波長も振動する（レーザ光が周波数変調される）ことになる。なお、この周波数変調による波長の変位幅は最大で±５ｐｍ程度、変調された信号の周波数は１０〜１００ｋＨｚ程度である。

しかしながら、位相調整領域３２と光増幅領域３４とを有する半導体光増幅器３０では、上記のとおり、透過ピーク波長からモードホップ境界までの波長マージンが長波側よりも短波側で小さいので、ピークサーチのためディザ制御される位相調整信号にＳＢＳを抑制するための周波数変調をさらに施すと、位相調整信号の変位幅が透過ピーク波長からモードホップ境界までの幅と同じかそれ以上に達する場合がある。すなわち、ピークサーチとＳＢＳ対策とを同時に行うと、光スペクトルにおいてサイドモードが大きくなったり、モードホップにより発振波長が不連続に変化したりして、光信号が劣化する場合がある。

なおこの問題は、波長選択フィルタと、位相調整領域と光増幅領域とを有する半導体光増幅器と、を含む共振器を備え、波長選択フィルタの透過ピーク波長からモードホップが生じる波長までの波長マージンが長波側よりも短波側で小さい非対称の波長−光強度特性を持つ外部共振器型のレーザ装置全般に共通するものである。

本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、光信号の劣化を防止するレーザ装置およびその制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るレーザ装置は、波長選択フィルタと、外部からの位相調整信号に応じて前記波長選択フィルタを透過する光の位相を変化させる位相調整領域と光増幅領域とを有する半導体光増幅器と、を含む共振器を備え、前記波長選択フィルタの透過率が最大となる透過ピーク波長からモードホップが生じる波長までの波長マージンが長波側よりも短波側で小さい外部共振器型のレーザ装置であって、前記共振器から出力される光の光強度を検出する光強度検出手段と、前記光強度検出手段により検出される光強度が最大となるよう、前記位相調整領域に印加される位相調整信号を変動させる位相調整信号変動手段と、前記位相調整信号変動手段による変動の周期より短い周期で、前記位相調整領域に印加される位相調整信号を振動させる位相調整信号振動手段と、を含み、前記光強度検出手段は、前記位相調整信号振動手段による前記位相調整信号の振動に同期して、前記光強度を検出することを特徴とする。

本発明によれば、共振器から出力される光の光強度が位相調整信号の振動に同期して検出される。このため、共振器から出力される光の波長が振動によって最大偏位するタイミングを考慮した波長の制御が可能となり、モードホップなどによる光信号の劣化を防止することができる。

また、本発明の一態様では、前記光強度検出手段は、前記共振器から出力される光の波長が前記位相調整信号振動手段による前記位相調整信号の振動に応じて短波側に偏位している期間に、前記光強度を検出する。

この態様によれば、共振器から出力される光の波長を短波方向に変動させる際、共振器から出力される光の光強度が最大化する前に、検出（サンプリング）される光強度が最大化するようになる。このため、共振器から出力される光の波長がモードホップの生じる波長付近にまで偏位することを防止することができる。

なお、この態様では、前記光強度検出手段は、前記共振器から出力される光の波長が前記位相調整信号振動手段による前記位相調整信号の振動に応じて短波側に最も偏位しているタイミングに応じて、前記光強度を検出してもよい。

また、本発明に係るレーザ装置の制御方法は、波長選択フィルタと、外部からの位相調整信号に応じて前記波長選択フィルタを透過する光の位相を変化させる位相調整領域と光増幅領域とを有する半導体光増幅器と、を含む共振器を備え、前記波長選択フィルタの透過率が最大となる透過ピーク波長からモードホップが生じる波長までの波長マージンが長波側よりも短波側で小さい外部共振器型のレーザ装置の制御方法であって、前記共振器から出力される光の光強度を検出する強度検出ステップと、前記光強度検出ステップで検出される光強度が最大となるよう、前記位相調整領域に印加される位相調整信号を変動させる位相調整信号変動ステップと、前記位相調整信号変動ステップによる変動の周期より短い周期で、前記位相調整領域に印加される位相調整信号を振動させる位相調整信号振動ステップと、を含み、前記光強度検出ステップでは、前記位相調整信号振動ステップよる前記位相調整信号の振動に同期して、前記光強度を検出することを特徴とする。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図４は、本発明の一実施形態に係る波長可変レーザモジュール１０の構成を示すブロック図である。同図に示すように、波長可変レーザモジュール１０は、ミラー２２、波長可変フィルタ２４、ＩＴＵグリッドフィルタ２６、コリメートレンズ２８、半導体光増幅器３０を含む共振器２０と、コリメートレンズ３６と、ビームスプリッタ３８と、集光レンズ４０と、光出力検出素子４２と、を含んで構成され、波長可変レーザモジュール制御部５０により制御される。波長可変レーザモジュール１０は、上述した波長可変レーザモジュール９０と同様の構成を有するので、以下、波長可変レーザモジュール制御部５０の構成を中心に説明する。

なお、図４には記載していないが、波長可変レーザモジュール１０は、上記構成のほかにも、温度を一定に保つためのＴＥＣ（Thermoelectric Cooler：熱電子冷却素子）、温度検出用のサーミスタ、反射戻り光を除去する光アイソレータなどを含む。

図５は、波長可変レーザモジュール制御部５０のブロック図である。同図に示すように、波長可変レーザモジュール制御部５０は、制御部５２、波長設定部５４、位相設定部５６、ディザ信号源５８、ＦＭ信号源６０、加算器６２、光増幅領域駆動部６４、増幅回路６６、光出力サンプリング部６８（スイッチ回路７０、平滑回路７２）、Ａ／Ｄ変換器７４、図示しない温度制御部、を含んで構成される。また、波長可変レーザモジュール制御部５０は、波長可変レーザモジュール１０と複数の信号線で接続されている。

制御部５２は、たとえばマイクロコントローラおよびマイクロコントローラの動作を制御するプログラムで構成され、波長可変レーザモジュール制御部５０の各部を制御する。

波長設定部５４は、波長可変フィルタ２４に接続され、波長可変フィルタ２４に波長設定信号を印加することにより、波長可変フィルタ２４の透過ピーク波長が所定のＩＴＵグリッド波長となるよう波長可変フィルタ２４を駆動する。なお、波長可変フィルタ２４の透過ピーク波長を所定のＩＴＵグリッド波長に精度良く一致させるために、波長可変フィルタ２４に印加する波長設定信号に対してディザ制御を施してもよい。

位相設定部５６は、加算器６２を介して半導体光増幅器３０の位相調整領域３２に接続され、共振器２０の実効長が所定の長さとなるよう位相調整領域３２の屈折率を調整する。具体的には、波長ごとに位相設定量を記憶した記憶部（図示せず）から、波長設定部５４で設定される波長に応じた位相設定量を読み出し、読み出した位相設定量に基づいて位相調整領域３２に印加される位相調整信号（直流オフセット成分）を生成し、加算器６２に出力する。

ディザ信号源５８は、加算器６２を介して半導体光増幅器３０の位相調整領域３２に接続され、ピークサーチのために、位相調整領域３２に印加される位相調整信号を上下に変動させるディザ制御を行う。具体的には、ディザ信号源５８は、制御部５２などを介して後述する光出力サンプリング部６８から入力される光出力モニタ信号値が最大となるよう、その光出力モニタ信号値が最大となる状態を中心として位相設定部５６により生成される位相調整信号を上下に変動させるための交流信号（以下「ディザ信号」という。）を生成し、生成したディザ信号を加算器６２に出力する。なお、ディザ信号源５８で生成されるディザ信号の周期は、たとえば数ミリ秒程度である。

ＦＭ信号源６０は、加算器６２を介して半導体光増幅器３０の位相調整領域３２に接続され、誘導ブルリアン散乱（ＳＢＳ）を抑制するために、位相調整領域３２に印加される位相調整信号を短周期で振動させる。具体的には、ディザ信号源５８で生成されるディザ信号の周期よりも短い周期（１０〜２０マイクロ秒程度、周波数にして数１０〜１００ｋＨｚ程度）で振動する交流信号である周波数変調信号（以下「ＦＭ信号」という。）を生成し、生成したＦＭ信号を加算器６２に出力する。

加算器６２は、位相設定部５６から入力される位相調整信号にディザ信号源５８から入力されるディザ信号とＦＭ信号源６０から入力されるＦＭ信号を加算し、それら３つの信号が重畳された新たな位相調整信号（後述）を半導体光増幅器３０の位相調整領域３２に印加する。

光増幅領域駆動部６４は、半導体光増幅器３０の光増幅領域３４に接続され、光増幅領域３４の利得が所定の利得になるよう光増幅領域３４に光利得制御信号を印加し、光増幅領域３４を駆動する。

増幅回路６６は、光出力検出素子４２と接続され、光出力検出素子４２から入力される微小な電流である光出力モニタ信号を増幅し、光出力サンプリング部６８に出力する。

光出力サンプリング部６８は、スイッチ回路７０と平滑回路７２を含んで構成される。スイッチ回路７０は、ＦＭ信号源６０と接続され、ＦＭ信号源６０で生成されるＦＭ信号の振動に同期して、増幅回路６６から入力される光出力モニタ信号をサンプリングする。平滑回路７２は、スイッチ回路７０でサンプリングされた複数のサンプリング信号を平均化し、雑音などによって生じる誤差を低減する。こうして平均化されたサンプリング信号は、Ａ／Ｄ変換器７２で光出力モニタ信号値（ディジタル信号）に変換され、制御部５２を介してディザ信号源５８にフィードバックされる。

ここで、光出力サンプリング部６８が増幅回路６６から入力される光出力モニタ信号をサンプリングするタイミングを図６に基づきより詳細に説明する。

図６（ａ）は、共振器２０から出力されるレーザ光の波長−光強度特性（αパラメータ≠０の場合）を示す図である。同図に示すように、波長選択フィルタ（波長可変フィルタ２４およびＩＴＵグリッドフィルタ２６）の透過ピーク波長からモードホップが生じる波長（モードホップ境界）までの波長マージンが、透過ピーク波長より短波側で小さくなっている。

図６（ｂ）は、加算器６２から位相調整領域３２に印加される位相調整信号の時間変化を示す図である。同図に示す位相調整信号は、上記のとおり、位相設定部５６で生成される位相調整信号（直流信号）にディザ信号源５８で生成されるディザ信号（交流信号）とＦＭ信号源６０で生成されるＦＭ信号（ディザ信号の変動周期より短周期で振動する交流信号）とが重畳された信号である。ここでは簡単のために、位相調整信号に重畳されるディザ信号が段階的（階段状）に変動する交流信号であるものとし、また、Ｔ１とＴ２がディザ信号の半周期に相当するものとする。

図６（ａ）と（ｂ）に示すように、位相調整領域３２に上記位相調整信号が印加されると、共振器２０から出力されるレーザ光の発振波長は、位相調整信号のディザ信号成分の変動に応じて変動する。このため、共振器２０から出力されるレーザ光の光強度は、位相調整信号のディザ信号成分の変動に応じて変動する。また、共振器２０から出力されるレーザ光の発振波長は、位相調整信号のＦＭ信号成分の振動に応じてさらに振動する。このため、共振器２０から出力され光ファイバ４４に入射するレーザ光は、誘導ブルリアン散乱（ＳＢＳ）の影響を受けにくい。

こうして変動および振動するレーザ光の光強度は、光出力検出素子４２によりモニタされ、増幅回路６６で増幅された後に、光出力サンプリング部６８に出力される。光出力サンプリング部６８は、位相調整信号のＦＭ信号成分に同期して光出力モニタ信号をサンプリングする。

すなわち、光出力サンプリング部６８は、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、共振器２０から出力されるレーザ光の波長が位相調整信号のＦＭ信号成分の振動に応じて短波側に偏位している期間に（図６（ｂ）に示すＳの期間）光出力モニタ信号をサンプリングし、その他の期間（図６（ｂ）に示すＨの期間）ではサンプリングした光出力モニタ信号値を保持する。上記のとおり、ディザ信号の変動周期は数ミリ秒程度、ＦＭ信号の振動周期は１０〜２０マイクロ秒程度であるため、ディザ信号１周期分の期間に複数のサンプリング値が得られることになる。

これにより、共振器２０から出力されるレーザ光の波長が位相調整信号のディザ信号成分の変動に応じて短波方向に変動する際、共振器２０から出力されるレーザ光の光強度が最大化する前に、光出力サンプリング部６８でサンプリングされる光強度が最大化するようになる。具体的には、図６（ａ）において、共振器２０から出力されるレーザ光の光強度が最大となるＴ３より前にあたるＴ２の期間に、光出力サンプリング部６８でサンプリングされる光出力モニタ信号値が最大となる。ディザ信号源５８は、光出力モニタ信号値が最大となる状態を中心として位相調整信号が上下に変動するようなディザ信号を生成するので、ディザ信号はＴ２の期間に対応する状態を中心として、上下（正負）に変動する。その結果、ディザ信号とＦＭ信号とが重畳された位相調整信号は、図６（ｂ）の一点鎖線で示す範囲内で変動および振動し、共振器２０から出力されるレーザ光の波長も図６（ａ）の一点鎖線で示す範囲内で変動および振動することになる。このように、波長可変レーザモジュール１０では、レーザ光の波長がモードホップ境界付近にまで偏位しないよう光出力モニタ信号のサンプリングタイミングを決定し、光信号の劣化を防止している。

なお、光出力サンプリング部６８は、共振器２０から出力されるレーザ光の波長が位相調整信号のＦＭ信号成分の振動に応じて短波方向に最も偏位しているタイミングに応じて、光出力モニタ信号をサンプリングしてもよい。たとえば、光信号の劣化をより確実に防止するためにディザ制御と周波数変調による発振波長の変動幅が透過ピーク波長からモードホップ境界までの波長マージンの１／２以下となるようにするには、光出力モニタ信号のサンプリング期間（図６（ｂ）に示すＳの期間）を、発振波長がＦＭ信号の振動に応じて短波方向に最も偏位しているタイミングを中心としてＦＭ信号の振動周期の２０％以下にすることが望ましい。

以上説明した実施形態によれば、共振器２０から出力される光の光強度が位相調整信号の振動に同期して検出される。このため、共振器２０から出力される光の波長が振動によって最大偏位するタイミングを考慮した波長の制御が可能となり、モードホップなどによる光信号の劣化を防止することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。すなわち、上記実施形態では、外部共振器型のレーザ装置の１つである波長可変レーザモジュールに本発明を適用したが、本発明は、位相調整領域と光増幅領域とを有する半導体光増幅器と、を含む共振器を備え、波長選択フィルタの透過ピーク波長からモードホップが生じる波長までの波長マージンが長波側よりも短波側で小さい非対称の波長−光強度特性を持つ外部共振器型のレーザ装置全般に適用可能である。

また、上記実施形態において、図４に示したミラー２２と波長可変フィルタ２４とを反射波長を変更可能な波長選択ミラーに置き換えてもよい。この場合、図１（ｂ）に示した波長可変フィルタ２４の光透過特性における透過率を反射率と読み替えればよい。

波長可変レーザモジュールのレーザ発振波長を決定する３つの要素を示す図である。共振器から出力されるレーザ光の位相変化量と発振波長と光強度との関係の一例（αパラメータ＝０の場合）を示す図である。共振器から出力されるレーザ光の位相変化量と発振波長と光強度との関係の一例（αパラメータ＝０の場合とαパラメータ≠０の場合）を示す図である。本発明の実施形態に係る波長可変レーザモジュールの構成を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る波長可変レーザモジュール制御部のブロック図である。共振器から出力されるレーザ光の波長−光強度特性（αパラメータ≠０の場合）と、本発明の実施形態に係る波長可変レーザモジュールにおける位相調整信号の時間変化と、を示す図である。外部共振器型のレーザ装置の１つである波長可変レーザモジュールの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０，９０波長可変レーザモジュール、２０共振器、２２ミラー、２４波長可変フィルタ、２６ＩＴＵグリッドフィルタ、２８，３６コリメートレンズ、３０半導体光増幅器、３１，３５半導体光増幅器の端面、３２位相調整領域、３４光増幅領域、３８ビームスプリッタ、４０集光レンズ、４２光出力検出素子、４４光ファイバ、４６波長選択ミラー、５０波長可変レーザモジュール制御部、５２制御部、５４波長設定部、５６位相設定部、５８ディザ信号源、６０ＦＭ信号源、６２加算器、６４光増幅領域駆動部、６６増幅回路、６８光出力サンプリング部、７０スイッチ回路、７２平滑回路、７４Ａ／Ｄ変換器。

Claims

波長選択フィルタと、外部からの位相調整信号に応じて前記波長選択フィルタを透過する光の位相を変化させる位相調整領域と光増幅領域とを有する半導体光増幅器と、を含む共振器を備え、前記波長選択フィルタの透過率が最大となる透過ピーク波長からモードホップが生じる波長までの波長マージンが長波側よりも短波側で小さい外部共振器型のレーザ装置であって、
前記共振器から出力される光の光強度を検出する光強度検出手段と、
前記光強度検出手段により検出される光強度が最大となるよう、前記位相調整領域に印加される位相調整信号を変動させる位相調整信号変動手段と、
前記位相調整信号変動手段による変動の周期より短い周期で、前記位相調整領域に印加される位相調整信号を振動させる位相調整信号振動手段と、
を含み、
前記光強度検出手段は、前記共振器から出力される光の波長が前記位相調整信号振動手段による前記位相調整信号の振動に応じて短波側に偏位している期間に、前記光強度を検出する、
ことを特徴とするレーザ装置。
請求項１に記載のレーザ装置において、
前記光強度検出手段は、前記共振器から出力される光の波長が前記位相調整信号振動手段による前記位相調整信号の振動に応じて短波側に最も偏位しているタイミングに応じて、前記光強度を検出する、
ことを特徴とするレーザ装置。
波長選択フィルタと、外部からの位相調整信号に応じて前記波長選択フィルタを透過する光の位相を変化させる位相調整領域と光増幅領域とを有する半導体光増幅器と、を含む共振器を備え、前記波長選択フィルタの透過率が最大となる透過ピーク波長からモードホップが生じる波長までの波長マージンが長波側よりも短波側で小さい外部共振器型のレーザ装置の制御方法であって、
前記共振器から出力される光の光強度を検出する強度検出ステップと、
前記光強度検出ステップで検出される光強度が最大となるよう、前記位相調整領域に印加される位相調整信号を変動させる位相調整信号変動ステップと、
前記位相調整信号変動ステップによる変動の周期より短い周期で、前記位相調整領域に印加される位相調整信号を振動させる位相調整信号振動ステップと、
を含み、
前記光強度検出ステップでは、前記共振器から出力される光の波長が前記位相調整信号振動ステップよる前記位相調整信号の振動に応じて短波側に偏位している期間に、前記光強度を検出する、
ことを特徴とするレーザ装置の制御方法。
請求項３に記載のレーザ装置の制御方法において、
前記光強度検出ステップでは、前記共振器から出力される光の波長が前記位相調整信号振動ステップによる前記位相調整信号の振動に応じて短波側に最も偏位しているタイミングに応じて、前記光強度を検出する、
ことを特徴とするレーザ装置の制御方法。