JP5963266B2

JP5963266B2 - 波長可変レーザシステム及びその制御方法

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Publication number: JP5963266B2
Application number: JP2013067206A
Authority: JP
Inventors: 真下小園; 石井　啓之; 啓之石井; 伸浩布谷; 加藤　和利; 和利加藤
Original assignee: Kyushu University NUC; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Kyushu University NUC; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2033-03-27
Also published as: JP2014192375A

Description

本発明は、半導体レーザの温度及び注入電流を制御して発振波長を変化させる波長可変レーザシステム及びその制御方法に関する。

光通信では、一本の光ファイバに波長の異なる複数の光信号を通して大容量の情報を伝達する、いわゆる波長多重伝送が実用化され、この技術によって昨今の爆発的な情報の増加に対処している。さらに、波長多重伝送の高度化の形態として、伝送路の途中のノードに、特定の波長を分岐するための波長フィルタを設置することにより、送信する光信号の波長を変化させて予め行先のノードを選択するというネットワークがさらなる大容量化技術として期待されている。

光通信で用いる光源としては、半導体レーザが一般的である。また、光信号の波長を変化させるには、半導体レーザの温度を変化させる方法が一般的である。例えば、長距離光通信で用いられる波長１５５０ｎｍの分布帰還形半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）の場合、ＤＦＢレーザの温度を１℃上昇させると、波長が約０．１ｎｍ増加する。この特徴を利用して、波長可変レーザが実用化されている。非特許文献１には、それぞれ波長の異なるＤＦＢレーザを複数並べた半導体レーザアレイにおいて、それぞれのＤＦＢレーザの温度を変化させることにより、複数のＤＦＢレーザ全体で３０ｎｍ以上の広い波長範囲の中で任意の波長を生成する技術が開示されている。

現在の光通信では、光信号の波長を長期間固定することにより、特定のノード間に波長パスを形成して長期間固定的に通信を行う、いわゆる波長パス方式がとられている。波長パス方式では、光通信ネットワークの故障時の波長パスの再構築や突発的な通信量の増大に対応した波長パスの追加などが必要になった場合には、光信号の波長を変えてこれに対応している。

半導体レーザの温度を変えるには、数百マイクロメートル四方の半導体チップ全体の温度を変化させるため少なくとも数十秒の時間がかかる。そのため、波長パスの変更は少なくとも数十秒の時間をかけて行っている。波長パス方式では、波長パスを長期間固定するため、波長パスの変更に数十秒かかったとしても長期的に見た通信量のスループットへの影響はほとんど無視できる。

一方、将来の通信方式の一つとして、波長を数十秒で順次切り替えていく光バースト方式が有望視されている。光バースト方式では、通信する情報を数十秒程度の長さの細かい光バーストに分割し、それぞれの光バーストには行先ごとに異なる波長を割り当てる。この方式では、ノードに対して光信号を行先ごとに振り分ける機能を持たせることができるため、消費電力の大きな電気処理が不要となるという利点がある。従って、波長を数十秒ごとに切り替える必要があるため、光バースト方式においては、数秒以下の時間内で波長が変化する半導体レーザが求められる。

半導体レーザのレーザ波長を数秒以下で変化させる１つの方法として、半導体レーザに注入する電流を変化させる方法がある。半導体レーザは、数マイクロメートルの幅のストライプ状の導波路に電流を注入して半導体内の電子を増加させて発光させるものであり、注入電流を増加させると光強度が増加するが、導波路部分の局所的な温度も上昇して波長が増加する。例えば、長距離光通信で用いられる波長１５５０ｎｍのＤＦＢレーザの場合、ＤＦＢレーザの注入電流を１ｍＡ増加させると、波長が約０．１ｎｍ増加する。温度変化が起こる局所領域の熱容量が小さいため、局所的な温度変化は数秒以下の短時間で起こる。

非特許文献２には、それぞれ波長の異なるＤＦＢレーザを複数並べ、それぞれのＤＦＢレーザの注入電流を変化させることにより、複数のＤＦＢレーザ全体で３０ｎｍ以上の広い波長範囲の中で、短時間でかつ任意の波長を生成する技術が開示されている。

H. Ishii他、「Spectral linewidth reduction in widely wavelength tunable DFB laser array」、IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics、２００９年、Ｖｏｌ.１５、Ｎｏ.３、ｐ.５１４−５２０石井他、「電流制御によるチューナブルＤＦＢレーザアレイの高出力動作」、電子情報通信学会総合大会、２００５年、Ｃ−４−１２、ｐ.３１９

しかしながら、注入電流を増加させることにより、半導体レーザが劣化し、寿命（故障と判定されるまでの時間）が短くなることが理論的にも実験的にも明らかになっている。従って、半導体レーザへの注入電流を変化させて波長を変化させる従来の方式では、注入電流量を多くする時間が一定の割合存在するため、その時間内で劣化が進行し、結果的に寿命が短くなり、運用中に故障する確率が高くなるという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、数秒以内の短時間で波長変化が可能で、かつ劣化の進行が遅く寿命の長い波長可変レーザシステムを提供することである。

請求項１に記載の波長可変レーザシステムは、半導体レーザと、前記半導体レーザを所望の設定温度に制御するための温度情報を送出し、前記半導体レーザへの注入電流量を所望の設定値に制御するための注入電流情報を送出する協調制御装置と、前記温度情報に従って前記半導体レーザの温度を制御する温度制御装置と、前記注入電流情報に従って前記半導体レーザへの注入電流を制御する注入電流制御装置とを備えた波長可変レーザシステムであって、前記協調制御装置は、前記半導体レーザのレーザ波長を長波長側から短波長側に変化させる場合、第１の時刻から当該波長変化を開始する第２の時刻まで前記長波長側のレーザ波長を維持しながら、前記第１の時刻から前記第２の時刻まで前記半導体レーザの温度を徐々に減少させて前記半導体レーザの温度を前記第２の時刻で所定の温度にするとともに、前記第１の時刻から前記第２の時刻まで前記注入電流値を徐々に増加させて前記注入電流値を前記第２の時刻で所定の電流値にし、前記第２の時刻に前記注入電流値を瞬時に減少させて前記波長変化後に前記半導体レーザのレーザ波長が前記短波長側のレーザ波長となるように、前記注入電流情報及び前記温度情報を送出し、前記半導体レーザは、前記注入電流値の増加及び前記半導体レーザの温度の上昇に伴い、前記半導体レーザのレーザ波長が長波長化する特性を有することを特徴とする。

請求項２に記載の波長可変レーザシステムは、少なくとも第１の半導体レーザ部と第２の半導体レーザ部から構成された半導体レーザと、前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部を所望の設定温度に制御するための温度情報を送出し、前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部への注入電流量を所望の設定値に制御するための注入電流情報を送出する協調制御装置と、前記温度情報に従って前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部の温度を制御する温度制御装置と、前記注入電流情報に従って前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部への注入電流をそれぞれ制御する注入電流制御装置とを備えた波長可変レーザシステムであって、前記協調制御装置は、前記半導体レーザのレーザ波長を長波長側から短波長側に変化させる場合、第１の時刻から当該波長変化を開始する第２の時刻まで前記長波長側のレーザ波長を維持しながら、前記第１の時刻から前記第２の時刻まで前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部の温度を徐々に減少させて前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部の温度を前記第２の時刻で所定の温度にするとともに、前記第１の時刻から前記第２の時刻まで前記第１の半導体レーザ部の前記注入電流値を徐々に増加させながら前記第１の半導体レーザ部の前記注入電流値を前記第２の時刻で所定の電流値にし、前記第１の時刻から前記第２の時刻まで前記第２の半導体レーザ部の前記注入電流値をゼロとすることにより、前記第１の時刻から前記第２の時刻まで前記長波長側のレーザ波長を前記第１の半導体レーザ部を用いて実現し、前記第２の時刻に前記第１の半導体レーザ部の前記注入電流値を瞬時にゼロにすると同時に前記第２の半導体レーザ部の前記注入電流値をゼロから瞬時に増加させることにより、前記波長変化後の前記短波長側のレーザ波長を前記第２の半導体レーザ部を用いて実現するように、前記注入電流情報及び前記温度情報を送出し、前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部はそれぞれ、前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部の前記注入電流値の増加並びに前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部の温度の上昇に伴い、前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部のレーザ波長が長波長化する特性を有することを特徴とする。

請求項３に記載の制御方法は、半導体レーザと、前記半導体レーザを所望の設定温度に制御するための温度情報を送出し、前記半導体レーザへの注入電流量を所望の設定値に制御するための注入電流情報を送出する協調制御装置と、前記温度情報に従って前記半導体レーザの温度を制御する温度制御装置と、前記注入電流情報に従って前記半導体レーザへの注入電流を制御する注入電流制御装置とを備えた波長可変レーザシステムの制御方法であって、前記半導体レーザのレーザ波長を長波長側から短波長側に変化させる場合、前記協調制御装置が、第１の時刻から当該波長変化を開始する第２の時刻まで前記長波長側のレーザ波長を維持しながら、前記第１の時刻から前記第２の時刻まで前記半導体レーザの温度を徐々に減少させて前記半導体レーザの温度を前記第２の時刻で所定の温度にするとともに、前記第１の時刻から前記第２の時刻まで前記注入電流値を徐々に増加させて前記注入電流値を前記第２の時刻で所定の電流値にする前記注入電流情報及び前記温度情報を送出するステップと、前記協調制御装置が、前記波長変化後に前記半導体レーザのレーザ波長が前記短波長側のレーザ波長となるように前記第２の時刻に前記注入電流値を瞬時に減少させる前記注入電流情報及び前記温度情報を送出するステップとを備え、前記半導体レーザは、前記注入電流値の増加及び前記半導体レーザの温度の上昇に伴い、前記半導体レーザのレーザ波長が長波長化する特性を有することを特徴とする。

請求項４に記載の制御方法は、少なくとも第１の半導体レーザ部と第２の半導体レーザ部から構成された半導体レーザと、前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部を所望の設定温度に制御するための温度情報を送出し、前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部への注入電流量を所望の設定値に制御するための注入電流情報を送出する協調制御装置と、前記温度情報に従って前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部の温度を制御する温度制御装置と、前記注入電流情報に従って前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部への注入電流をそれぞれ制御する注入電流制御装置とを備えた波長可変レーザシステムの制御方法であって、前記半導体レーザのレーザ波長を長波長側から短波長側に変化させる場合、前記協調制御装置が、第１の時刻から当該波長変化を開始する第２の時刻まで前記長波長側のレーザ波長を維持しながら、前記第１の時刻から前記第２の時刻まで前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部の温度を徐々に減少させて前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部の温度を前記第２の時刻で所定の温度にするとともに、前記第１の時刻から前記第２の時刻まで前記第１の半導体レーザ部の前記注入電流値を徐々に増加させて前記第１の半導体レーザ部の前記注入電流値を前記第２の時刻で前記所定の電流値にし、前記第１の時刻から前記第２の時刻まで前記第２の半導体レーザ部の前記注入電流値をゼロとすることにより、前記第１の時刻から前記第２の時刻まで前記長波長側のレーザ波長を前記第１の半導体レーザ部を用いて実現するように、前記注入電流情報及び前記温度情報を送出するステップと、前記協調制御装置が、前記第２の時刻に前記第１の半導体レーザ部への前記注入電流値を瞬時にゼロにすると同時に前記第２の半導体レーザ部の前記注入電流値をゼロから瞬時に増加させることにより、前記波長変化後の前記短波長側のレーザ波長を前記第２の半導体レーザ部を用いて実現するように、前記注入電流情報及び前記温度情報を送出するステップと、を含み、前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部はそれぞれ、前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部の前記注入電流値の増加並びに前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部の温度の上昇に伴い、前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部のレーザ波長が長波長化する特性を有することを特徴とする。

本発明の波長可変レーザシステムによれば、半導体レーザのレーザ波長を変化する際に、数秒以内の時間内で注入電流変化を行うことにより数秒以内での波長変化を行い、波長変化の前または後の数秒以上の時間内に、波長を一定に保ちながら注入電流と温度の両方を変化させることにより、結果的に注入電流量が多くなる時間の割合を減少させることで、数秒以内の短時間で波長変化が可能で、かつ劣化の進行が遅く寿命の長い波長可変レーザシステムを実現できる。

本発明の第１の実施形態に係る波長可変レーザシステムの構成を示す図である。第１の実施形態に係る波長可変レーザシステムにおいて、半導体レーザのレーザ波長を長波長側へ変化させる場合における、注入電流情報の設定値と温度情報の設定温度と半導体レーザのレーザ波長との時間変化の関係を示す図である。第１の実施形態に係る波長可変レーザシステムにおいて、半導体レーザのレーザ波長を短波長側へ変化させる場合における、注入電流情報の設定値と温度情報の設定温度と半導体レーザのレーザ波長との時間変化の関係を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る波長可変レーザシステムの構成を示す図である。第２の実施形態に係る波長可変レーザシステムにおいて、半導体レーザアレイ基板の温度を増加させながら電流注入する半導体レーザを切り替える場合における、注入電流情報の設定値と温度情報の設定温度と半導体レーザのレーザ波長との時間変化の関係を示す図である。第２の実施形態に係る波長可変レーザシステムにおいて、半導体レーザアレイ基板の温度を減少させながら電流注入する半導体レーザを切り替える場合における、注入電流情報の設定値と温度情報の設定温度と半導体レーザのレーザ波長との時間変化の関係を示す図である。

以下、本発明の各実施形態に係る波長可変レーザシステムについて説明する。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態に係る波長可変レーザシステム１００について、図１ないし図３を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る波長可変レーザシステム１００の構成を示す図である。図１には、協調制御装置１０１と、温度制御装置１０２と、注入電流制御装置１０３と、半導体レーザ１０４とを備えた波長可変レーザシステム１００が示されている。

図１に示されるように、協調制御装置１０１は、半導体レーザ１０４を所望の設定温度に制御するための温度情報を温度制御装置１０２に送出し、半導体レーザ１０４への注入電流量を所望の設定値に制御するための注入電流情報を注入電流制御装置１０３へ送出する。温度制御装置１０２は、受け取った温度情報に従って半導体レーザ１０４が所望の設定温度になるように半導体レーザ１０４の温度を制御し、注入電流制御装置１０３は受け取った注入電流情報に従って半導体レーザ１０４の注入電流が所望の設定値になるように半導体レーザ１０４を制御する。

図２は、波長可変レーザシステム１００において波長を長波長側に変化する場合における、注入電流情報の設定値と温度情報の設定温度と半導体レーザのレーザ波長との時間変化の関係を示す。図２（ａ）は時間に対する注入電流変化を示し、図２（ｂ）は時間に対する温度変化を示し、図２（ｃ）は時間に対する波長変化を示す。協調制御装置１０１は、温度情報および注入電流情報を協調制御して、注入電流値、温度及び波長が図２で示されるような値となるように、温度制御装置１０２および注入電流装置１０３へそれぞれ温度情報および注入電流情報を送出している。以下に示す図３についても同様である。

波長変化を開始する時刻をｔ１とする。図２（ａ）乃至（ｃ）に示すように、時刻ｔ１以前では、注入電流値Ｉは低位側電流値Ｉ_Ｌ１であり、温度Ｔは低位側温度Ｔ_Ｌであり、半導体レーザ１０４の波長は短波長側の波長である。図２（ａ）に示すように時刻ｔ１において注入電流値Ｉを低位側電流値Ｉ_Ｌ１から高位側電流値Ｉ_Ｈ１に瞬時に増加させると、図２（ｃ）に示すように注入電流の増加に伴い数秒以内の短時間Δｔで波長は長波長側へ変化する。ここで、高位側電流値Ｉ_Ｈ１は、波長変化を開始する時刻ｔ１のときの半導体レーザの低位側電流値Ｉ_Ｌ１に基づいて、半導体レーザのレーザ波長が波長変化後に所望の値となるように設定することができる。

その後、図２（ａ）乃至（ｃ）に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間、波長が長波長側の一定の値を維持するように温度Ｔと注入電流値Ｉとの関係を保ちながら、かつ注入電流値Ｉが時刻ｔ２以降において高位側電流値Ｉ_Ｈ１以下の所定の低位側電流値Ｉ_Ｌ２となるように徐々に注入電流値Ｉを減少させ、また時刻ｔ２で高位側温度Ｔ_Ｈ１となるように温度Ｔを徐々に上昇させる。ここで、高位側温度Ｔ_Ｈ１は、時刻ｔ２のときの低位側電流値Ｉ_Ｌ２に基づいて半導体レーザ１０４の波長が所望の値となるように設定することができる。また、上記の波長が長波長側の一定の値を維持するような温度Ｔと注入電流値Ｉとの関係は、予め予備実験により波長が長波長側の一定の値を維持するような温度Ｔと注入電流値Ｉとの関係を求めておき、その関係を多項式で近似するなどの方法をとることにより求めることができる。

その結果、時刻ｔ２以降、半導体レーザ１０４は波長が所望の長波長側へ変化した状態を維持しつつ、注入電流値Ｉは高位側電流値Ｉ_Ｈ１以下の所望の低位側電流値Ｉ_Ｌ２とすることができる。すなわち、時刻ｔ１において数秒以内の短時間Δｔで瞬時に長波長側への波長変化を起こさせながら、時刻ｔ１以降の数秒以上の時間で注入電流値Ｉが高位側電流値Ｉ_Ｈ１以下になる。そのため、本発明においては、従来の注入電流変化のみによって波長を制御する場合のように波長を長波長側に維持するために波長変化以降で注入電流を常に高い状態に維持する必要がないため、注入電流量が多くなる時間の割合を減少させることができ、それにより半導体レーザ１０４の劣化の進行が遅くなり寿命が長く、その結果故障確率を低くすることが可能となる。

図３は、波長可変レーザシステム１００において波長を短波長側に変化する場合における、注入電流情報の設定値と温度情報の設定温度と半導体レーザのレーザ波長との時間変化の関係を示す。図３（ａ）は時間に対する注入電流変化を示し、図３（ｂ）は時間に対する温度変化を示し、図３（ｃ）は時間に対する波長変化を示す。

波長変化を開始する時刻をｔ４とする。図３（ａ）乃至（ｃ）に示すように、時刻ｔ３以前では、注入電流値Ｉは低位側電流値Ｉ_Ｌ３であり、温度Ｔは高位側温度Ｔ_Ｈ２であり、半導体レーザ１０４の波長は長波長側の波長である。時刻ｔ３から時刻ｔ４の間、半導体レーザ１０４の波長が時刻ｔ４以前の長波長側の一定の値を維持するように温度Ｔと注入電流値Ｉとの関係を保ちながら、かつ注入電流値Ｉが波長変化前の時刻ｔ４で高位側電流値Ｉ_Ｈ２となるように徐々に注入電流値Ｉを増加させ、また時刻ｔ４で低位側温度Ｔ_Ｌ２となるように温度Ｔを徐々に減少させる。ここで、高位側電流値Ｉ_Ｈ２は、時刻ｔ４のときの半導体レーザ１０４の低位側温度Ｔ_Ｌ２に基づいて半導体レーザ１０４の波長が波長変化前の長波長側の値となるように設定することができる。また、低位側温度Ｔ_Ｌ２は、時刻ｔ４以降のときの低位側電流値Ｉ_Ｌ４に基づいて半導体レーザ１０４の波長が波長変化後の所望の短波長側の値となるに設定することができる。

その後、図３（ａ）に示すように、時刻ｔ４において、注入電流値Ｉを高位側電流値Ｉ_Ｈ２から所望の低位側電流値Ｉ_Ｌ４に瞬時に減少させると、図３（ｃ）に示すように注入電流の減少に伴い数秒以内の短時間Δｔで波長が短波長側へ変化する。

その結果、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間は、半導体レーザ１０４は短波長側への波長変化前の長波長側の波長状態を維持しつつ、注入電流値Ｉは高位側電流値Ｉ_Ｈ２以下の値となる。すなわち、時刻ｔ４において数秒以内の短時間Δｔで瞬時に短波長側への波長変化を起こさせながら、時刻ｔ４以前は注入電流値Ｉが高位側電流値Ｉ_Ｈ２以下になる。そのため、本発明においては、従来の注入電流変化のみによって波長を制御する場合のように波長を長波長側に維持するために波長変化以前で注入電流を常に高い状態に維持する必要がないため、注入電流量が多くなる時間の割合を減少させることができ、半導体レーザ１０４の劣化の進行が遅くなり寿命が長く、その結果故障確率を低くすることが可能となる。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態に係る波長可変レーザシステムについて、図４乃至図６を参照して説明する。

図４は、本発明の第２の実施形態に係る波長可変レーザシステム２００の構成を示す図である。図４には、協調制御装置２０１と、温度制御装置２０２と、注入電流制御装置２０３と、半導体レーザアレイ基板２０４とを備えた波長可変レーザシステム２００が示されている。半導体レーザアレイ基板２０４は、第１の半導体レーザ２０５及び第２の半導体レーザ２０６を備えている。

図４に示されるように、協調制御装置２０１は、半導体レーザアレイ基板２０４を所望の設定温度に制御するための温度情報を温度制御装置２０２に送出し、第１の半導体レーザ２０５及び第２の半導体レーザ２０６への注入電流量を所望の設定値に制御するための注入電流情報を注入電流制御装置２０３へ送出する。温度制御装置２０２は、受け取った温度情報に従って半導体レーザアレイ基板２０４が所望の設定温度になるように半導体レーザ２０４の温度を制御し、注入電流制御装置２０３は受け取った注入電流情報に従って第１の半導体レーザ２０５及び第２の半導体レーザ２０６の注入電流がそれぞれ所望の設定値となるように第１の半導体レーザ２０５及び第２の半導体レーザ２０６をそれぞれ制御する。

ここで、第１の半導体レーザ２０５及び第２の半導体レーザ２０６は互いに近接して半導体レーザアレイ基板２０４上にアレイ状に配置されている。したがって、温度制御装置２０２によって半導体レーザアレイ基板２０４が温度制御されることにより、注入電流によりそれぞれ温度が変化することを除いて、第１の半導体レーザ２０５及び第２の半導体レーザ２０６も同様に温度制御される。

図５は、第２の実施形態に係る波長可変レーザシステム２００において、半導体レーザアレイ基板の温度を増加させながら電流注入する半導体レーザを切り替える場合における、注入電流情報の設定値と温度情報の設定温度と半導体レーザのレーザ波長との時間変化の関係を示す。図５（ａ）乃至図５（ｃ）は、第１の半導体レーザ２０５における時間に対する注入電流変化、温度変化及び波長変化をそれぞれ示し、図５（ｄ）乃至図５（ｆ）は、第２の半導体レーザ２０６における時間に対する注入電流変化、温度変化及び波長変化をそれぞれ示す。協調制御装置２０１は、温度情報および注入電流情報を協調制御して、注入電流値、温度及び波長が図５で示されるような値となるように、温度制御装置２０２および注入電流装置２０３へそれぞれ温度情報および注入電流情報を送出している。以下に示す図６についても同様である。

図５（ａ）及び図５（ｄ）に示すように、波長変化を開始する時刻ｔ１において、第１の半導体レーザ２０５の注入電流をゼロにし、同時に第２の半導体レーザ２０６に電流注入して、第１の半導体レーザ２０５から第２の半導体レーザ２０６に電流注入を切り替える。切り替えの時刻ｔ１では、図５（ｅ）に示すように、第２の半導体レーザ２０６の温度は、所望の波長を得るための所定の高位側温度Ｔ_Ｈ１よりも低くなっている。そこで、所定の温度よりも低くても所望の波長が得られるように第２の半導体レーザ２０６への注入電流値を高位側電流値Ｉ_Ｈ１にする。

その後、図５（ｄ）乃至図５（ｆ）に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間、第２の半導体レーザ２０６の波長が一定となるように、第２の半導体レーザ２０６の温度Ｔと注入電流値Ｉとの関係を保ちながら、かつ注入電流値Ｉが時刻ｔ２以降において高位側電流値Ｉ_Ｈ１以下の所定の低位側電流値Ｉ_Ｌ２となるように徐々に注入電流値Ｉを減少させ、また時刻ｔ２で高位側温度Ｔ_Ｈ１となるように温度Ｔを徐々に上昇させる。

その結果、時刻ｔ２以降、第２の半導体レーザ２０６は波長が所望の長波長側へ変化した状態を維持しつつ、注入電流値Ｉは高位側電流値Ｉ_Ｈ１以下の所望の低位側電流値Ｉ_Ｌ２とすることができる。すなわち、時刻ｔ１において第１の半導体レーザ２０５から第２の半導体レーザ２０６へ注入電流を切り替えて数秒以内の短時間Δｔで瞬時に長波長側への波長変化を起こさせながら、時刻ｔ１以降の数秒以上の時間で注入電流値Ｉが高位側電流値Ｉ_Ｈ１以下になる。そのため、本発明においては、注入電流量が多くなる時間の割合を減少させることができ、それにより第２の半導体レーザ２０６の劣化の進行が遅くなり寿命が長く、その結果故障確率を低くすることが可能となる。

図６は、第２の実施形態に係る波長可変レーザシステム２００において、半導体レーザアレイ基板の温度を減少させながら電流注入する半導体レーザを切り替える場合における、注入電流情報の設定値と温度情報の設定温度と半導体レーザのレーザ波長との時間変化の関係を示す。図６（ａ）乃至図６（ｃ）は、第１の半導体レーザ２０５における時間に対する注入電流変化、温度変化及び波長変化をそれぞれ示し、図６（ｄ）乃至図６（ｆ）は、第２の半導体レーザ２０６における時間に対する注入電流変化、温度変化及び波長変化をそれぞれ示す。

図６（ａ）及び図６（ｄ）に示すように、波長変化を開始する時刻ｔ４において、第１の半導体レーザ２０５の注入電流をゼロにし、同時に第２の半導体レーザ２０６に電流注入して、第１の半導体レーザ２０５から第２の半導体レーザ２０６に電流注入を切り替える。切り替えの時刻ｔ４では、図６（ｅ）に示すように、第２の半導体レーザ２０６から短波長側の所望の波長を得るためには、第２の半導体レーザ２０６の温度は時刻ｔ３以前の高位側温度Ｔ_Ｈ２よりも低く設定されていなければならない。

そこで、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間、第１の半導体レーザ２０５の波長が時刻ｔ４以前の長波長側の一定の値を維持するように温度Ｔと注入電流値Ｉとの関係を保ちながら、かつ第１の半導体レーザ２０５への注入電流値Ｉが波長変化前の時刻ｔ４で高位側電流値Ｉ_Ｈ２となるように徐々に注入電流値Ｉを増加させ、また時刻ｔ４で第１の半導体レーザ２０５及び第２の半導体レーザ２０６の温度Ｔが低位側温度Ｔ_Ｌ２となるように温度Ｔを徐々に減少させる。

その結果、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間は、第１の半導体レーザ２０５は短波長側への波長変化前の長波長側の波長状態を維持しつつ、注入電流値Ｉは高位側電流値Ｉ_Ｈ２以下の値となる。すなわち、時刻ｔ４において第１の半導体レーザ２０５から第２の半導体レーザ２０６へ注入電流を切り替えて数秒以内で瞬時に短波長側への波長変化を起こさせながら、時刻ｔ４以前は注入電流値Ｉが高位側電流値Ｉ_Ｈ２以下になる。そのため、注入電流量が多くなる時間の割合を減少させることができ、第２の半導体レーザ２０６の劣化の進行が遅くなり寿命が長く、その結果故障確率を低くすることが可能となる。

このように、波長可変レーザシステムにおいて、半導体レーザのレーザ波長を変化する際に、数秒以内の時間内で注入電流変化を行うことにより数秒以内での波長変化を行い、波長変化の前または後の数秒以上の時間内に、波長を一定に保ちながら注入電流と温度の両方を変化させることにより、結果的に注入電流量が多くなる時間の割合を減少させることで、数秒以内の短時間で波長変化が可能で、かつ劣化の進行が遅く寿命の長い波長可変レーザシステムを構築することが可能となる。

なお、第２の実施形態に係る波長可変レーザシステム２００では、２つの第１の半導体レーザ２０５及び第２の半導体レーザ２０６を備えた構成としたが、これに限定されることなく、半導体レーザアレイ基板に複数の半導体レーザを設けるように構成してもよい。

以上、本発明に係る波長可変レーザシステムの各実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は各実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更なども含まれる。

１０１、２０１協調制御装置
１０２、２０２温度制御装置
１０３、２０３注入電流制御装置
１０４半導体レーザ
２０４半導体レーザアレイ基板
２０５第１の半導体レーザ
２０６第２の半導体レーザ

Claims

半導体レーザと、
前記半導体レーザを所望の設定温度に制御するための温度情報を送出し、前記半導体レーザへの注入電流量を所望の設定値に制御するための注入電流情報を送出する協調制御装置と、
前記温度情報に従って前記半導体レーザの温度を制御する温度制御装置と、
前記注入電流情報に従って前記半導体レーザへの注入電流を制御する注入電流制御装置と
を備えた波長可変レーザシステムであって、
前記協調制御装置は、前記半導体レーザのレーザ波長を長波長側から短波長側に変化させる場合、第１の時刻から当該波長変化を開始する第２の時刻まで前記長波長側のレーザ波長を維持しながら、前記第１の時刻から前記第２の時刻まで前記半導体レーザの温度を徐々に減少させて前記半導体レーザの温度を前記第２の時刻で所定の温度にするとともに、前記第１の時刻から前記第２の時刻まで前記注入電流値を徐々に増加させて前記注入電流値を前記第２の時刻で所定の電流値にし、前記第２の時刻に前記注入電流値を瞬時に減少させて前記波長変化後に前記半導体レーザのレーザ波長が前記短波長側のレーザ波長となるように、前記注入電流情報及び前記温度情報を送出し、
前記半導体レーザは、前記注入電流値の増加及び前記半導体レーザの温度の上昇に伴い、前記半導体レーザのレーザ波長が長波長化する特性を有することを特徴とする波長可変レーザシステム。
少なくとも第１の半導体レーザ部と第２の半導体レーザ部から構成された半導体レーザと、
前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部を所望の設定温度に制御するための温度情報を送出し、前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部への注入電流量を所望の設定値に制御するための注入電流情報を送出する協調制御装置と、
前記温度情報に従って前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部の温度を制御する温度制御装置と、
前記注入電流情報に従って前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部への注入電流をそれぞれ制御する注入電流制御装置と
を備えた波長可変レーザシステムであって、
前記協調制御装置は、前記半導体レーザのレーザ波長を長波長側から短波長側に変化させる場合、
第１の時刻から当該波長変化を開始する第２の時刻まで前記長波長側のレーザ波長を維持しながら、前記第１の時刻から前記第２の時刻まで前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部の温度を徐々に減少させて前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部の温度を前記第２の時刻で所定の温度にするとともに、前記第１の時刻から前記第２の時刻まで前記第１の半導体レーザ部の前記注入電流値を徐々に増加させながら前記第１の半導体レーザ部の前記注入電流値を前記第２の時刻で所定の電流値にし、前記第１の時刻から前記第２の時刻まで前記第２の半導体レーザ部の前記注入電流値をゼロとすることにより、前記第１の時刻から前記第２の時刻まで前記長波長側のレーザ波長を前記第１の半導体レーザ部を用いて実現し、
前記第２の時刻に前記第１の半導体レーザ部の前記注入電流値を瞬時にゼロにすると同時に前記第２の半導体レーザ部の前記注入電流値をゼロから瞬時に増加させることにより、前記波長変化後の前記短波長側のレーザ波長を前記第２の半導体レーザ部を用いて実現するように、前記注入電流情報及び前記温度情報を送出し、
前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部はそれぞれ、前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部の前記注入電流値の増加並びに前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部の温度の上昇に伴い、前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部のレーザ波長が長波長化する特性を有することを特徴とする波長可変レーザシステム。
半導体レーザと、
前記半導体レーザを所望の設定温度に制御するための温度情報を送出し、前記半導体レーザへの注入電流量を所望の設定値に制御するための注入電流情報を送出する協調制御装置と、
前記温度情報に従って前記半導体レーザの温度を制御する温度制御装置と、
前記注入電流情報に従って前記半導体レーザへの注入電流を制御する注入電流制御装置と
を備えた波長可変レーザシステムの制御方法であって、前記半導体レーザのレーザ波長を長波長側から短波長側に変化させる場合、
前記協調制御装置が、第１の時刻から当該波長変化を開始する第２の時刻まで前記長波長側のレーザ波長を維持しながら、前記第１の時刻から前記第２の時刻まで前記半導体レーザの温度を徐々に減少させて前記半導体レーザの温度を前記第２の時刻で所定の温度にするとともに、前記第１の時刻から前記第２の時刻まで前記注入電流値を徐々に増加させて前記注入電流値を前記第２の時刻で所定の電流値にする前記注入電流情報及び前記温度情報を送出するステップと、
前記協調制御装置が、前記波長変化後に前記半導体レーザのレーザ波長が前記短波長側のレーザ波長となるように前記第２の時刻に前記注入電流値を瞬時に減少させる前記注入電流情報及び前記温度情報を送出するステップと
を備え、
前記半導体レーザは、前記注入電流値の増加及び前記半導体レーザの温度の上昇に伴い、前記半導体レーザのレーザ波長が長波長化する特性を有することを特徴とする制御方法。
少なくとも第１の半導体レーザ部と第２の半導体レーザ部から構成された半導体レーザと、
前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部を所望の設定温度に制御するための温度情報を送出し、前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部への注入電流量を所望の設定値に制御するための注入電流情報を送出する協調制御装置と、
前記温度情報に従って前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部の温度を制御する温度制御装置と、
前記注入電流情報に従って前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部への注入電流をそれぞれ制御する注入電流制御装置と
を備えた波長可変レーザシステムの制御方法であって、前記半導体レーザのレーザ波長を長波長側から短波長側に変化させる場合、
前記協調制御装置が、第１の時刻から当該波長変化を開始する第２の時刻まで前記長波長側のレーザ波長を維持しながら、前記第１の時刻から前記第２の時刻まで前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部の温度を徐々に減少させて前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部の温度を前記第２の時刻で所定の温度にするとともに、前記第１の時刻から前記第２の時刻まで前記第１の半導体レーザ部の前記注入電流値を徐々に増加させて前記第１の半導体レーザ部の前記注入電流値を前記第２の時刻で前記所定の電流値にし、前記第１の時刻から前記第２の時刻まで前記第２の半導体レーザ部の前記注入電流値をゼロとすることにより、前記第１の時刻から前記第２の時刻まで前記長波長側のレーザ波長を前記第１の半導体レーザ部を用いて実現するように、前記注入電流情報及び前記温度情報を送出するステップと、
前記協調制御装置が、前記第２の時刻に前記第１の半導体レーザ部への前記注入電流値を瞬時にゼロにすると同時に前記第２の半導体レーザ部の前記注入電流値をゼロから瞬時に増加させることにより、前記波長変化後の前記短波長側のレーザ波長を前記第２の半導体レーザ部を用いて実現するように、前記注入電流情報及び前記温度情報を送出するステップと、
を含み、
前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部はそれぞれ、前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部の前記注入電流値の増加並びに前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部の温度の上昇に伴い、前記第１の半導体レーザ部及び前記第２の半導体レーザ部のレーザ波長が長波長化する特性を有することを特徴とする制御方法。