JP6416462B2

JP6416462B2 - 波長可変レーザ装置

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Publication number: JP6416462B2
Application number: JP2013124866A
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Inventors: 田中　宏和; 宏和田中
Original assignee: Sumitomo Electric Device Innovations Inc
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Filing date: 2013-06-13
Publication date: 2018-10-31
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Description

本発明は、波長可変レーザ装置に関するものである。

波長可変半導体レーザの波長制御方法には、種々の方法が知られている。典型的な波長可変半導体レーザには、周期的な反射（あるいは利得）ピークを有する波長選択手段が複数内蔵されている。これら複数の波長選択手段におけるピーク波長は、相互に異なっており、両者が一致した波長で発振条件が決定される。このような波長選択手段としては、サンプルドグレーティング（ＳＧ）が採用される（例えば、特許文献１参照）

特開平７−２７３４００号公報

波長可変半導体レーザの波長制御には高い精度が求められるが、波長可変半導体レーザ、またはこれを制御するためのコントローラなどの動作によっては、指定された波長での安定的なレーザ発振を得ることが困難であった。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、指定された波長での安定的なレーザ発振を得ることができる波長可変レーザ装置を提供することを目的とする。

本発明に係る波長可変レーザ装置は、回折格子を有する波長選択手段、前記波長選択手段に設けられ前記波長選択手段の屈折率を制御する制御電極を備える半導体レーザと、前記半導体レーザを搭載し、前記半導体レーザの温度を制御する温度制御装置と、前記制御電極および前記温度制御装置に所定の制御値を投入する第１ステップと、前記第１ステップの後、前記温度制御装置の温度を制御することで、前記波長選択手段の屈折率を制御する第２ステップとを実行するコントローラと、を備える。

前記波長可変レーザ装置は、さらに波長検知部を備え、前記第１ステップにおいては、前記温度制御装置の温度が一定に制御され、前記第２ステップにおいては、前記波長検知部による検知結果に基づいて、前記温度制御装置の制御が実行されてもよい。前記波長選択手段を複数備え、前記波長選択手段のそれぞれは、異なる波長特性のピークを有し、前記第１ステップは、前記半導体レーザの前記波長選択手段それぞれに対する制御を実施することで、前記複数の波長特性のピークを一致させてもよい。

前記第２ステップは、前記温度制御装置の温度を制御することで、前記複数の波長選択手段の波長特性のピークを一致させた状態で、一致させた波長を変化させる制御をなしてもよい。前記半導体レーザの出力光が結合されるエタロンの温度を制御するための第２の温度制御装置をさらに備え、前記第２ステップは、前記エタロンの透過光強度に対応した光強度を検知することで、前記半導体レーザの波長情報を取得し、前記波長情報に基づいて、前記温度制御装置の温度を制御してもよい。前記制御電極は、前記波長選択手段へ電流を注入する電極、あるいは半導体レーザ上に配置されたヒータの温度を制御する電極であってもよい。

本発明に係る他の波長可変レーザ装置は、回折格子を有する波長選択手段、前記波長選択手段に設けられ前記波長選択手段の屈折率を制御する制御電極を備える半導体レーザと、前記半導体レーザを搭載し、前記半導体レーザの温度を制御する温度制御装置と、コントローラと、前記コントローラと接続されたメモリとを備え、前記メモリには、前記制御電極および前記温度制御装置に投入する制御値が、複数の波長チャネル毎に記録されてなることを特徴とする。前記複数の波長チャネルのうち少なくとも１つは、前記温度制御装置に投入する制御値が他の波長チャネルと異なっていてもよい。

本発明に係る他の波長可変レーザ装置は、回折格子を有する波長選択手段、前記波長選択手段に設けられ前記波長選択手段の屈折率を制御する制御電極を備える半導体レーザと、前記半導体レーザを搭載し、前記半導体レーザの温度を制御する第１の温度制御装置と、前記半導体レーザと光結合されるエタロンと、前記エタロンを搭載する第２の温度制御装置と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る波長可変レーザ装置によれば、指定された波長での安定的なレーザ発振を得ることができる。

実施例１に係る半導体レーザの全体構成を示す模式的断面図である。比較例に係る波長可変レーザ装置のシステム全体構成を示す図である。実施例１に係る波長可変レーザ装置のシステムを示す図である。温度制御装置を用いたＡＦＣ制御のフローチャートの一例を表す図である。パラメータを格納するデータテーブルの構造を示す図である。パラメータを格納するデータテーブルの構造を示す図である。実施例４に係る波長可変レーザ装置のシステムを示す図である。温度制御装置を用いたＡＦＣ制御のフローチャートの一例を表す図である。実施例５に係る半導体レーザの全体構成を示す模式的断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

図１は、実施例１に係る半導体レーザ１００の全体構成を示す模式的断面図である。図１に示すように、半導体レーザ１００は、第１ＳＧ−ＤＦＢ（ＳａｍｐｌｅｄＧｒａｔｉｎｇＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＦｅｅｄｂａｃｋ）領域Ａと第２ＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂとが互いに連結された構造を有する。半導体レーザ１００においては、これらの２つのＳＧ−ＤＦＢ領域が、レーザ発振のための共振器として機能する。

第１ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａおよび第２ＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂは、基板１上に、下クラッド層２、導波路コア３、上クラッド層４、およびコンタクト層５が形成された構造を有する。導波路コア３は、光伝搬方向において利得領域３１と屈折率可変領域３２とが交互に形成された構造を有する。コンタクト層５は、利得領域３１と屈折率可変領域３２との界面の上方でそれぞれ分離されている。コンタクト層５において、分離された箇所には絶縁膜６が形成されている。利得領域３１の上方のコンタクト層５上には、利得制御用電極７が形成されている。屈折率可変領域３２の上方のコンタクト層５上には、屈折率制御用電極８が形成されている。

回折格子（グレーティング）９は、下クラッド層２において、利得領域３１下にそれぞれ形成されている。各回折格子９は、所定の間隔を空けて離散的に形成されている。なお、本実施例において回折格子とは、高屈折率の領域と低屈折率の領域とが繰り返し形成された構造を採用している。このほか、高屈折層と低屈折層との界面に凹凸を設けた構造を採用することもできる。また、回折格子９が設けられている領域と、その回折格子９に連結し前後が回折格子９によって挟まれたスペース部の組み合わせ構造をセグメントと称する。

本実施例においては、第１ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ側をフロント側とし、第２ＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂ側をリア側とする。第１ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａおよび第２ＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂにおいて、基板１、下クラッド層２、導波路コア３、および上クラッド層４は、一体的に形成されている。

第１ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａ側の基板１、下クラッド層２、導波路コア３および上クラッド層４の端面には、ＡＲ（ＡｎｔｉＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）膜１１が形成されている。すなわち、ＡＲ膜１１は、半導体レーザ１００のフロント側端面に形成されている。第２ＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂ側の基板１、下クラッド層２、導波路コア３、および上クラッド層４の端面においては、ＡＲ膜１２が形成されている。すなわち、ＡＲ膜１２は、半導体レーザ１００のリア側端面に形成されている。基板１下には、裏面電極１０が形成されている。裏面電極１０は、第１ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａおよび第２ＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂにまたがって形成されている。

基板１は、例えば、ＩｎＰからなる結晶基板である。下クラッド層２および上クラッド層４は、例えばＩｎＰからなり、電流狭窄を行うとともに導波路コア３を往復するレーザ光を閉じ込める機能を有する。導波路コア３の利得領域３１は、量子井戸活性層であり、例えばＧａ_０．３２Ｉｎ_０．６８Ａｓ_０．９２Ｐ_０．０８からなる井戸層とＧａ_０．２２Ｉｎ_０．７８Ａｓ_０．４７Ｐ_０．５３からなる障壁層とが交互に積層された構造を有する。導波路コア３の屈折率可変領域３２は、例えばＧａ_０．２８Ｉｎ_０．７２Ａｓ_０．６１Ｐ_０．３９結晶からなる導波層である。コンタクト層５は、例えばＧａ_０．４７Ｉｎ_０．５３Ａｓ結晶からなる。

これら各半導体は、たとえばＭＯＣＶＤ法などの一般的なエピタキシャル成長法によって形成することができる。また、回折格子およびスペース部を含む構造は、干渉露光法およびフォトリソグラフィー法によって形成することができる。絶縁膜６は、ＳｉＮ，ＳｉＯ_２等の絶縁体からなる保護膜である。利得制御用電極７および屈折率調整用電極８は、Ａｕ等の導電性材料からなる。ＡＲ膜１１，１２は、例えば０．３％以下の反射率を有する端面膜であり、例えばＭｇＦ_２およびＴｉＯＮからなる誘電体膜からなる。ここで、反射率とは、半導体レーザ内部の導波路を伝播する光に対する反射率を指す。屈折率可変領域３２に電流注入することで１．５％程度の等価屈折率を変えることが可能である。

第１ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａを構成する複数のセグメントＳＧ１は、実質的に同一の光学長を有する。第２ＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂを構成する複数のセグメントＳＧ２は、実質的に同一の光学長を有するが、セグメントＳＧ１の光学長とは異なる光学長を有している。第１ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａの屈折率制御用電極８への屈折率制御信号ＳＧ１と、第２ＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂの屈折率制御用電極８への屈折率制御信号ＳＧ２とによって、セグメントＳＧ１の波長特性のピークとセグメントＳＧ２の波長特性のピークとが制御される。セグメントＳＧ１の波長特性のピークとセグメントＳＧ２の波長特性のピークとが一致した波長で発振波長が選択される。また、第１ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａおよび第２ＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂの利得制御用電極７への利得制御信号Ｇによって、利得が制御される。

図２は、比較例に係る波長可変レーザ装置２０１のシステム全体構成を示す図である。波長可変レーザ装置２０１は、コントローラ４１、温度制御装置４２、サーミスタ４３、ビームスプリッタ４４，４５、受光素子４６，４７、エタロン４８、メモリ４９などを備える。

コントローラ４１は、中央演算処理装置（ＣＰＵ：ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、電源などを備える。ＲＡＭは、中央演算処理装置が実行するプログラム、中央演算処理装置が処理するデータなどを一時的に記憶するメモリである。メモリ４９は、書換え可能な記憶装置であり、書き換え可能な記憶装置を用いる。書き換え可能な記憶装置としては、典型的にはフラッシュメモリが挙げられる。メモリ４９は、半導体レーザ１００の各部の初期設定値およびフィードバック制御目標値を各チャネルに対応させて記憶している。チャネルとは、半導体レーザ１００の各発振波長に対応する番号である。例えば、各チャネルは、ＩＴＵ−Ｔ（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＵｎｉｏｎＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎＳｅｃｔｏｒ）のグリットに対応している。

温度制御装置４２は、例えば、半導体レーザ１００の全体の温度を制御する装置であり、例えばペルチェ素子を含み、ＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｏｌｅｒ）として機能する。サーミスタ４３は、温度制御装置４２の温度を検出することによって、半導体レーザ１００の温度を間接的に検出する。なお、半導体レーザ１００、サーミスタ４３、ビームスプリッタ４４，４５、受光素子４６，４７およびエタロン４８は、温度制御装置４２上に配置されている。

コントローラ４１は、サーミスタ４３の温度を参照し、温度制御装置４２の各部品の搭載面の温度を一定に保持する。コントローラ４１は、この状態で、セグメントＳＧ１およびセグメントＳＧ２に対する屈折率制御値（屈折率制御信号ＳＧ１および屈折率制御信号ＳＧ２）を半導体レーザ１００に入力する。また、半導体レーザ１００の利得制御用電極７に利得制御信号Ｇを入力することで、入力されたパラメータに基づいた波長にてレーザ発振がなされる。

半導体レーザ１００の出力光は、ビームスプリッタ４４で分岐される。ビームスプリッタ４４の分岐によって得られる一方の分岐光は、受光素子４６に入射され、他方の分岐光はビームスプリッタ４５でさらに分岐される。ビームスプリッタ４５の分岐によって得られる一方の分岐光は、エタロン４８を介して受光素子４７に入射され、他方の分岐光は、外部に出力される。以上の構成により、受光素子４６は、半導体レーザ１００の出力光強度を測定する。受光素子４７は、エタロン４８の透過光強度を測定する。なお、エタロン４８は、光学的平面をもつ反射鏡，あるいは半透鏡２枚を，ある間隔で平行配置した光学素子である。

コントローラ４１は、受光素子４６の出力に基づいて、半導体レーザ１００の光出力強度を制御する。また、受光素子４６が検出する光強度と受光素子４７が検出する光強度との比によって示される波長情報に基づき、指定波長を維持する制御（ＡＦＣ制御：ＡｕｔｏｍａｔｉｃＦｒｅｑｕｅｎｃｙＣｏｎｔｒｏｌ）を実施する。ここで、コントローラ４１が指定波長を維持する制御を行うためには、セグメントＳＧ１あるいはセグメントＳＧ２によって半導体レーザ１００の屈折率を制御する動作がなされる。つまり、受光素子４６が検出する光強度と受光素子４７が検出する光強度との比が指定された値と異なる場合には、指定された値が得られるまで、セグメントＳＧ１およびセグメントＳＧ２の屈折率制御値を変化させる動作が実施される。

以上の波長制御動作が完了するまでは、シャッタ（図示せず）によって外部への光出力が遮断されている。以上の動作が実施されることで、セグメントＳＧ１の波長特性のピークとセグメントＳＧ２の波長特性のピークとを一致させることができ、この重なり合った波長特性のピークで発振する。その後、シャッタを開くことで、外部に光出力がなされる。なお、外部への光出力がなされた後もＡＦＣ制御は継続される。なお、シャッタとして、半導体レーザ１００と集積化されたＳＯＡ（ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＯｐｔｉｃａｌＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）などを用いることができる。

ところで、セグメントＳＧ１およびセグメントＳＧ２に入力される値（屈折率制御信号ＳＧ１および屈折率制御信号ＳＧ２）は、コントローラ４１に内蔵された、セグメントＳＧ１，ＳＧ２それぞれに対応したＤ／Ａコンバータによって制御される。コントローラ４１の内部において、各Ｄ／Ａコンバータの出力値の制御は、非同期あるいはシーケンシャルになされることが典型的である。つまり、セグメントＳＧ１およびセグメントＳＧ２の制御動作が完全に同時に実施されない場合がある。ここでセグメントＳＧ１の波長特性のピークとセグメントＳＧ２の波長特性のピークとが一旦一致した後、ＡＦＣ制御を実施する場合を考える。

上記のように、コントローラ４１によるセグメントＳＧ１，ＳＧ２の制御が同時に行われない場合、一旦一致したピークがずれる場合がある。これは、出力波長が別の波長にジャンプする可能性を生む。また、たとえセグメントＳＧ１，ＳＧ２の屈折率制御が同時になされたとしても、セグメントＳＧ１，ＳＧ２の屈折率の制御割合が同一でないと、同じくピークのズレが生じる。屈折率制御のための電流注入は、セグメントＳＧ１，ＳＧ２に対して局所的に行われるため、セグメントＳＧ１，ＳＧ２への入力電流が同時に変化したとしても、半導体内部での屈折率変化が同時に生じる保証は無い。特に波長制御構造が複雑化した半導体レーザにおいては、これは顕著である。また、屈折率制御をヒータによって行う場合も、ヒータが接地された領域で局所的に加熱が行われることから、屈折率制御層に対する温度変化の割合が揃わず、ピークのズレが生じやすい。

図３は、実施例１に係る波長可変レーザ装置２００のシステムを示す図である。本実施例では、ＡＦＣ制御を、半導体レーザ１００を搭載した温度制御装置４２の温度制御によって実施する。温度制御装置４２は半導体レーザ１００全体が実装されているため、半導体レーザ１００の温度を均等に変化させることができる。このため、屈折率制御信号ＳＧ１，ＳＧ２を用いてＳＧ２セグメントＳＧ１，ＳＧ２に対してＡＦＣ制御を行う場合に比べて、コントローラ４１による制御のズレが解消される。また、半導体レーザ１００全体の温度を制御することから、レーザチップ内における屈折率変化割合のバラツキが小さい。

一方、本実施例では半導体レーザ１００を搭載した温度制御装置４２とは別に、エタロン４８が搭載される温度制御装置５０を用意している。これは、半導体レーザ１００を搭載した温度制御装置４２の温度を制御することでＡＦＣ制御を実施する場合の弊害を防止するためである。すなわち、本実施例によってＡＦＣを行った場合、エタロン４８の温度が同時に変化してしまうと、エタロン４８の波長特性が変化してしまう。本実施例においては、これを防止するために、エタロン４８の温度制御は、半導体レーザ１００の温度制御とは別に実施するのである。なお、波長可変レーザ装置２００は、温度制御装置５０の温度を検出するサーミスタ５１を備えている。

なお、エタロン４８の温度は、この波長可変レーザ装置２００において必要とされる温度に制御される。すなわち、一定に温度保持される制御のほか、エタロン４８の特性を制御することで所望の動作を実現する場合には、その温度は変化することも許容される。

図４は、温度制御装置４２を用いたＡＦＣ制御のフローチャートの一例を表す図である。図４に示すように、コントローラ４１は、波長指定情報に基づいて、メモリ４９に格納された半導体レーザ１００の設定値を選択する（ステップＳ１）。次に、コントローラ４１は、選択した設定値を用いて半導体レーザ１００を駆動させる。このとき、屈折率制御信号ＳＧ１と屈折率制御信号ＳＧ２とによって、セグメントＳＧ１の波長特性のピークとセグメントＳＧ２の波長特性のピークとが制御される。（ステップＳ２）。

次に、コントローラ４１は、サーミスタ４３が検出する温度Ｔｈ１が設定範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３で「Ｎｏ」と判定された場合、ステップＳ３が再度実行される。コントローラ４１は、ステップＳ３と並行して、サーミスタ４３が検出する温度Ｔｈ２が設定範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ４）。ステップＳ４で「Ｎｏ」と判定された場合、ステップＳ４が再度実行される。

ステップＳ３およびステップＳ４の両方で「Ｙｅｓ」と判定された場合、コントローラ４１は、シャッタを開ける（ステップＳ５）。次に、コントローラ４１は、温度制御装置４２の温度制御（温度Ｔｈ１を制御目標とする制御）を終了する（ステップＳ６）。これに引き続き、コントローラ４１は、温度制御装置４２によるＡＦＣ制御を開始する（ステップＳ７）。具体的には、コントローラ４１は、受光素子４６が検出する光強度と受光素子４７が検出する光強度との比を制御目標として、温度制御装置４２の温度制御を開始する。この制御は、目標値のみを与える方法、所定の許容レンジを目標値として与える方法のいずれであってもかまわない。このようにして温度制御装置４２の制御を実行した結果、前記光強度の比が目標値あるいは許容レンジ内に定まったことをもって、コントローラ４１は、ロックフラグを出力する（ステップＳ８）。

図５は、以上の動作を実行するためのパラメータを格納するデータテーブルの構造を示す図である。図５において、Ｉ_Ｇは利得制御用電極７に入力される利得制御信号Ｇを示す。また、Ｔ_ＴＥＣ１およびＴ_ＴＥＣ２は、それぞれ温度制御装置４２，５０の温度制御値を示す。また、Ｐ_ＳＧ１とＰ_ＳＧ２は、それぞれセグメントＳＧ１およびセグメントＳＧ２の屈折率制御値を示す。また、Ｉｍ_１は受光素子４６の目標値、Ｉｍ_１／Ｉｍ_２は受光素子４６と受光素子４７のそれぞれ検知出力の比の目標値を示している。これらＩｍ_１およびＩｍ_１／Ｉｍ_２の比は、フィードバック制御目標値に相当する。

図５に示すように、これらパラメータは、波長チャネル毎に定められている。波長チャネルは、半導体レーザ１００が出力する波長毎に定められている。これらパラメータは、波長計を使ったチューニング作業によって取得され、メモリ４９に格納される。なお、図５の例では、温度制御装置４２，５０の初期設定値は各波長チャネルにおいて一定である。もちろん、制御を実行している間に、メモリ４９に格納されたパラメータと異なる値で制御がなされる場合がある。典型的には、温度制御装置４２の温度は、本実施例によるＡＦＣが実行されれば、図５に示す値（Ｔ_ＴＥＣ１）から変化することがある。

実施例１によれば、半導体レーザ１００の全体の温度を制御する温度制御装置４２を用いてＡＦＣ制御を行うため、ＡＦＣ制御の精度および安定性が向上する。また、本実施例では、温度制御装置４２とは別の温度制御装置５０を備えている。この温度制御装置５０は、エタロン４８の温度を制御するためのものである。エタロン４８の温度は、エタロン４８の波長特性を決める要素である。半導体レーザ１００は、屈折率制御用電極８を備えている。これによって、半導体レーザ１００の波長選択手段（本実施例では第１ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａと第２ＳＧ-ＤＦＢ領域Ｂに相当）の屈折率を制御している。このため、本来的に温度制御装置４２の温度は一定に保持することができる。しかしながら、本実施例によって温度制御装置４２の温度を制御して、上記波長選択手段の屈折率を変化させる動作が実行されると、温度制御装置４２にエタロン４８が搭載された場合には、エタロン４８の波長特性が温度制御装置４２の温度変化に追随してしまう。本実施例では、エタロン４８を温度制御装置４２とは別の温度制御装置５０に搭載しているため、温度制御装置４２の温度変化に追随して、エタロン４８の波長特性が変化することを防止することができる。

実施例１は、波長チャネルに該当する波長を出力するための動作について説明した。本実施例は、外部ユニット（図示せず）から指示された出力波長が、メモリ４９に格納されている波長チャネルに該当する波長に比べて所定の波長差ΔＦを持つ場合の動作を説明するものである。

本実施例を実行するにあたっては、図４のフローチャートを踏襲する。本実施例では、図４のステップ１において、メモリ４９に格納された設定値（図５に示すパラメータ）に基づき、前記波長差ΔＦに基づく設定値の変更のための演算が実施される。

本実施例では、屈折率制御信号ＳＧ１とＳＧ２の制御目標値であるＰ_ＳＧ１とＰ_ＳＧ２を変更するための演算を実施する。典型的な方法としては、制御目標値Ｐ_ＳＧ１とＰ_ＳＧ２を変更するための波長係数があらかじめ定められており、これを利用して、波長差ΔＦを実現するための制御目標値が演算される。

また、温度制御装置５０の制御目標値Ｔ_ＴＥＣ２の変更のための演算も実施される。温度制御装置５０の温度をメモリ４９に格納された目標値から変更することにより、エタロン４８の波長特性をシフトできる。これを利用して、波長差ΔＦに相当する温度変化を制御目標値Ｔ_ＴＥＣ２に与えるための演算を実施する。これにより、外部ユニットから指示される波長、すなわち波長チャネルに対応した波長から波長差ΔＦだけ異なる波長が出力された場合に、メモリ４９に格納されているフィードバック制御目標値Ｉｍ_１／Ｉｍ_２の比が実現されるように制御を行えば、上記指示された波長が出力されることになる。

本実施例では、このようにして演算された目標値をもって、波長可変レーザ装置２００の制御が実行される。そして、本実施例では、実施例１と同様にＡＦＣ制御が実行される。この際、実施例１と同様に屈折率制御信号ＳＧ１およびＳＧ２に対してＡＦＣ制御を実行するのではなく、温度制御装置４２に対してＡＦＣ制御を実行する。これにより、実施例１と同様、精度および安定性の高いＡＦＣ制御が実行できる。

本実施例は、メモリ４９に格納されるパラメータにおいて、本発明を実施するものである。図６は、本実施例によるデータテーブルの構造を示す図である。図６のデータテーブルは、図５に示したデータテーブルの構造と類似しているが、温度制御装置４２に対する制御目標値であるＴ_ＴＥＣ１が、波長毎に異なる値を設定可能となっている点で異なる。

図６に示すデータテーブルは、実施例１において説明したように、あらかじめ波長計を利用した測定によって、波長チャネルに対応する所定の波長（いわゆるグリット波長）を実現できるようにチューニングによって得られた値が格納される。ここで、チューニングを実施する際には、第１ＳＧ−ＤＦＢ領域Ａと第２ＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂの屈折率を制御する動作が実施される。

本実施例では、このチューニング動作において、屈折率制御信号ＳＧ１およびＳＧ２を制御するのに加え、温度制御装置４２を制御する。典型的には、所定の波長チャネルに対応した波長に近い波長が実現されるまでは、屈折率制御信号ＳＧ１およびＳＧ２の制御によりチューニングを実施する。そして、最終的に波長を確定させるためのチューニングにおいては、屈折率制御信号ＳＧ１およびＳＧ２の制御値を固定して、温度制御装置４２の制御を実施する。この方法によれば、高精度かつ安定的に、そして簡便にチューニングを完了することができる。

このようにして得られたチューニング値を格納するために、本実施例では図６に示すように、温度制御装置４２の制御値Ｔ_ＴＥＣ１が、各波長チャネル毎に個別に設定可能とされている。このため、本実施例によって作成されたデータテーブルは、複数の波長チャネルのうち少なくとも１つの温度制御装置４２の制御目標値を他の波長チャネルと異ならせることができる。もちろん、温度制御装置４２の制御目標値を全ての波長チャネルにおいて異ならせることもできる。

図７は、実施例４に係る波長可変レーザ装置２００ａのシステムを示す図である。本実施例では、半導体レーザ１００を搭載した温度制御装置４２とは別に、エタロン４８が搭載される温度制御装置５０を波長出力（フロント）と反対側（リア側）に用意している。本実施例によって、波長制御動作が完了するまでは、シャッタとしてＳＯＡ領域を動作させることによって外部への光出力が遮断することができる。また、本実施例においては、受光素子４６は、半導体レーザ１００のフロント側の出力がビームスプリッタ４４によって分岐された光の一方を受光する。受光素子４７は、半導体レーザ１００のリア側の出力がビームスプリッタ４５によって分岐された光の一方を受光し、受光素子５２は、他方の光がエタロン４８を透過した後の光を受光する。

本実施例によってＡＦＣ制御を行った場合、コントローラ４１は、受光素子４６の出力に基づいて、半導体レーザ１００の光出力強度を制御する。また、受光素子４７が検出する光強度と受光素子５２が検出する光強度との比によって示される波長情報に基づき、指定波長を維持する制御を実施する。ここでコントローラ４１が指定波長を維持する制御を行うためには、セグメントＳＧ１あるいはセグメントＳＧ２によって半導体レーザ１００の屈折率を制御する動作ではなく、つまり、受光素子４７が検出する光強度と受光素子５２が検出する光強度との比が指定された値と異なる場合には、指定された値が得られるまで、温度制御装置４２を変化させる動作が実施される。

すなわち、本実施例によって、エタロン４８の温度制御は、半導体レーザ１００の温度制御とは別に実施するようなＡＦＣ制御を行った場合、エタロン４８の温度が同時に変化してしまうと、エタロン４８の波長特性が変化してしまうことを防止できる。さらに、シャッタを開く前に所望の波長が発振されているかを確認できるため、精度良く安定した波長を出力することができる。

なお、エタロン４８の温度は、この波長可変レーザ装置２００ａにおいて必要とされる温度に制御される。すなわち、一定に温度保持される制御のほか、エタロン４８の特性を制御することで所望の動作を実現する場合には、その温度は変化することも許容される。

図８は、温度制御装置４２を用いたＡＦＣ制御のフローチャートの一例を表す図である。図８に示すように、コントローラ４１は、設定された波長指定情報に基づいて、半導体レーザ１００の設定値を選択する（ステップＳ１１）。次に、コントローラ４１は、選択した設定値を用いて半導体レーザ１００を駆動させる（ステップＳ１２）。

次に、コントローラ４１は、サーミスタ４３が検出する温度Ｔｈ１が設定範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３で「Ｎｏ」と判定された場合、ステップＳ１３が再度実行される。コントローラ４１は、ステップＳ１３と並行して、サーミスタ５１が検出する温度Ｔｈ２が設定範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４で「Ｎｏ」と判定された場合、ステップＳ１４が再度実行される。

ステップＳ１３およびステップＳ１４の両方で「Ｙｅｓ」と判定された場合、コントローラ４１は、温度制御装置４２の温度制御（温度Ｔｈ１への制御）を終了する（ステップＳ１５）。次に、コントローラ４１は、温度制御装置４２によるＡＦＣ制御を開始する（ステップＳ１６）。具体的には、コントローラ４１は、受光素子４７が検出する光強度と受光素子５２が検出する光強度との比が所定値または所定範囲に入るように温度制御装置４２の温度制御を開始する。次に、コントローラ４１は、ロックフラグを出力する（ステップＳ１７）。次に、コントローラ４１は、ＳＯＡなどのシャッタを開ける（ステップＳ１８）。その後、フローチャートの実行が終了する。

実施例４によれば、半導体レーザ１００の全体の温度を制御する温度制御装置４２を用いてＡＦＣ制御を行うため、ＡＦＣ制御の精度が向上する。また、温度制御装置４２とは別の温度制御装置５０を用いてエタロン４８の温度を制御するため、半導体レーザ１００の出力波長の検出精度の低下が抑制される。以上のことから、指定された波長での安定的なレーザ発振を得ることができる。

半導体レーザは、図１のものに限らない。たとえば図９に示すタイプの半導体レーザを用いることもできる。図９は、実施例５に係る半導体レーザ１００ａの全体構成を示す模式的断面図である。図９に示すように、半導体レーザ１００ａは、ＳＯＡ（ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＯｐｔｉｃａｌＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）領域Ｃと、ＳＧ−ＤＢＲ（ＳａｍｐｌｅｄＧｒａｔｉｎｇＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＢｒａｇｇＲｅｆｌｅｃｔｏｒ）領域Ｄと、利得領域Ｅと、位相調整領域Ｆと、ＳＧ−ＤＢＲ領域Ｇと、反射防止膜ＡＲとを備える。

一例として、半導体レーザ１００ａにおいて、フロント側からリア側にかけて、反射防止膜ＡＲ、ＳＯＡ領域Ｃ、ＳＧ−ＤＢＲ領域Ｄ、利得領域Ｅ、位相調整領域Ｆ、ＳＧ−ＤＢＲ領域Ｇ、反射防止膜ＡＲがこの順に配置されている。ＳＯＡ領域Ｃは、光増幅器として機能する。ＳＧ−ＤＢＲ領域Ｄ，Ｇは、利得を有さずにサンプルドグレーティングを備える。

ＳＧ−ＤＢＲ領域ＤおよびＳＧ−ＤＢＲ領域Ｇは、基板１上に、下クラッド層２、屈折率可変領域３２、上クラッド層４、コンタクト層５および屈折率制御用電極８が積層された構造を有する。利得領域Ｅは、基板１上に、下クラッド層２、利得領域３１、上クラッド層４、コンタクト層５および利得制御用電極７が積層された構造を有する。ＳＯＡ領域Ｃは、基板１上に、下クラッド層２、光増幅層１３、コンタクト層５、および電極１４が積層された構造を有する。位相調整領域Ｆは、基板１上に、下クラッド層２、光導波層１５、コンタクト層５、および電極１６が積層された構造を有する。ＳＯＡ領域Ｃの基板１、下クラッド層２、光増幅層１３、上クラッド層４の端面には、ＡＲ膜１１が形成されている。すなわち、ＡＲ膜１１は、半導体レーザ１００ａのフロント側端面に形成されている。ＳＧ−ＤＢＲ領域Ｇの基板１、下クラッド層２、屈折率可変領域３２、および上クラッド層４の端面には、ＡＲ膜１２が形成されている。すなわち、ＡＲ膜１１は、半導体レーザ１００ａのリア側端面に形成されている。

ＳＯＡ領域Ｃ、ＳＧ−ＤＢＲ領域Ｄ、利得領域Ｅ、位相調整領域Ｆ、およびＳＧ−ＤＢＲ領域Ｇにおいて、基板１、下クラッド層２、および上クラッド層４は、一体的に形成されている。利得領域３１、屈折率可変領域３２、光増幅層１３、および光導波層１５は、同一面上に形成されている。

本実施例においては、下クラッド層２および上クラッド層４は、利得領域３１、屈折率可変領域３２、光増幅層１３、および光導波層１５を上下で光閉じ込めしている。光増幅層１３は、電極１４からの電流注入によって利得が与えられ、それによって光増幅をなす領域である。光増幅層１３は、例えば量子井戸構造で構成することができ、例えばＧａ_０．３５Ｉｎ_０．６５Ａｓ_０．９９Ｐ_０．０１（厚さ５ｎｍ）の井戸層とＧａ_０．１５Ｉｎ_０．８５Ａｓ_０．３２Ｐ_０．６８（厚さ１０ｎｍ）の障壁層が交互に積層された構造とすることができる。また、他の構造として、例えばＧａ_０．４４Ｉｎ_０．５６Ａｓ_０．９５Ｐ_０．０５からなるバルク半導体を採用することもできる。光導波層１５は、例えば、Ｇａ_０．２８Ｉｎ_０．７２Ａｓ_０．６１Ｐ_０．３９結晶からなる導波層であり、電極１６からの電流注入によって屈折率が変化する。回折格子９は、ＳＧ−ＤＢＲ領域ＤおよびＳＧ−ＤＢＲ領域Ｇの下クラッド層２において、所定の間隔を空けて離散的に形成されている。

ＳＧ−ＤＢＲ領域Ｄを構成する複数のセグメントＳＧ１は、実質的に同一の光学長を有する。ＳＧ−ＤＢＲ領域Ｇを構成する複数のセグメントＳＧ２は、実質的に同一の光学長を有するが、セグメントＳＧ１の光学長とは異なる光学長を有している。ＳＧ−ＤＢＲ領域Ｄの屈折率制御用電極８への屈折率制御信号ＳＧ１と、ＳＧ−ＤＢＲ領域Ｇの屈折率制御用電極８への屈折率制御信号ＳＧ２とによって、セグメントＳＧ１の波長特性のピークとセグメントＳＧ２の波長特性のピークとが制御される。セグメントＳＧ１の波長特性のピークとセグメントＳＧ２の波長特性のピークとが一致した波長で発振波長が選択される。また、利得領域Ｅの利得制御用電極７への利得制御信号Ｇによって、利得が制御される。

本実施例に係る半導体レーザ１００ａを図３の波長可変レーザ装置２００に適用した場合においても、半導体レーザ１００ａの全体の温度を制御する温度制御装置４２を用いてＡＦＣ制御を行うため、ＡＦＣ制御の精度が向上する。また、温度制御装置４２とは別の温度制御装置４０を用いてエタロン３８の温度を制御するため、半導体レーザ１００ａの出力波長の検出精度の低下が抑制される。以上のことから、指定された波長での安定的なレーザ発振を得ることができる。

なお、上記各実施例においては、屈折率可変領域３２などの光導波層への電流注入によって屈折率を制御していたが、それに限られない。例えば、ヒータなどを用いて光導波層の温度を制御することによって、当該光導波層の屈折率を制御してもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１基板
２下クラッド層
３光導波層
４上クラッド層
５コンタクト層
６絶縁膜
７利得制御用電極
８屈折率制御用電極
９回折格子
３１利得領域
３２屈折率可変領域
４１コントローラ
４２，５０温度制御装置
４３，５１サーミスタ
４４，４５ビームスプリッタ
４６，４７，５２受光素子
４８エタロン
４９メモリ
１００半導体レーザ
２００波長可変レーザ装置

Claims

回折格子を有する波長選択手段と、前記波長選択手段に設けられ前記波長選択手段の屈折率を制御する制御電極と、前記制御電極と別の制御電極との間に利得を制御する利得電極と、を備える半導体レーザと、
前記半導体レーザを搭載し、前記半導体レーザの温度を制御する第１の温度制御装置と、
前記半導体レーザの出力波長を検知する検知手段と、
前記半導体レーザの出力光が光結合されるエタロンと、
前記エタロンを搭載し、前記エタロンの温度を制御する第２の温度制御装置と、
前記制御電極、前記別の制御電極、前記利得電極、前記第１の温度制御装置および前記第２の温度制御装置に所定の制御値を投入する第１ステップと、前記第１ステップの後、前記エタロンの透過光強度に対応した光強度を検知することで、前記半導体レーザの波長情報を取得し、前記波長情報に基づいて、前記第１の温度制御装置の温度を制御することで、前記波長選択手段の屈折率を制御する第２ステップとを実行するコントローラと、を備え、
前記第１ステップにおいて、前記コントローラは、前記半導体レーザの各波長チャネルに対応する前記第１の温度制御装置の初期設定値に基づいて前記第１の温度制御装置に前記制御値を投入し、
前記初期設定値は前記各波長チャネルにおいて同じである、波長可変レーザ装置。