JP7207651B2 - 波長可変レーザ装置の制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は波長可変レーザ装置の制御方法に関するものである。
例えば半導体レーザなどの波長可変レーザ素子を用い、波長ロッカとしてエタロンを用いる波長可変レーザ装置が知られている。エタロンの特性は温度により変化する。そこでレーザ素子およびエタロンを温度調節素子（ＴＥＣ：Thermoelectric cooler）に搭載し、レーザ素子およびエタロンの温度を制御する技術が開発されている（特許文献１および２）。
特開２０１０－３４１１４号公報 特開２００５－０３２９６８号公報
しかし、波長可変レーザ素子は熱源となり、熱がエタロンに伝達することでエタロンの特性が変化してしまう。これにより波長の制御が困難となる。そこで、波長を精度高く制御することが可能な波長可変レーザ装置の制御方法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の制御方法は、発振波長が可変な波長可変レーザ素子と、前記波長可変レーザ素子の出射光が入射され、前記出射光の波長に応じて透過率を変化させるエタロンと、前記波長可変レーザ素子の前記出射光が入射することで、第１の電流を出力する第１光検出部と、前記エタロンを透過した後の前記出射光が入射することで、第２の電流を出力する第２光検出部と、を具備する波長可変レーザ装置の制御方法であって、前記出射光の波長の目標である目標波長を取得するステップと、前記目標波長に対応した前記波長可変レーザ装置の駆動条件を取得するステップと、前記波長可変レーザ装置を前記駆動条件で駆動させるステップと、前記第１の電流、前記第２の電流および前記駆動条件それぞれの測定値を取得するステップと、前記第１の電流の測定値を前記第１の電流の目標値とするステップと、前記駆動条件の前記測定値と前記第１の電流の目標値から前記第２の電流の目標値を算出するステップと、前記駆動条件を変更することで、前記第１の電流の測定値の前記第２の電流の測定値に対する比を、前記第１の電流の目標値の前記第２の電流の目標値に対する比に一致させるステップと、を有するものである。
本発明に係る波長可変レーザ装置の制御方法は、発振波長が可変な波長可変レーザ素子と、前記波長可変レーザ素子の出射光が入射され、前記出射光の波長に応じて透過率を変化させるエタロンと、前記波長可変レーザ素子の前記出射光が入射することで、第１の電流を出力する第１光検出部と、前記エタロンを透過した後の前記出射光が入射することで、第２の電流を出力する第２光検出部と、を具備する波長可変レーザ装置の制御方法であって、前記出射光の波長の目標である目標波長および目標出力強度を取得するステップと、前記目標波長に対応する前記波長可変レーザ装置の駆動条件を取得するステップと、前記出射光の前記目標出力強度から前記波長可変レーザ素子の駆動条件の目標値を算出するステップと、前記出射光の前記目標出力強度および前記駆動条件の前記目標値から前記第１の電流の目標値、および前記第２の電流の目標値を算出するステップと、前記第１の電流、前記第２の電流それぞれの測定値を取得し、前記駆動条件を変更することで、前記第１の電流の測定値の前記第２の電流の測定値に対する比を、前記第１の電流の目標値の前記第２の電流の目標値に対する比に一致させるステップと、を有するものである。
上記発明によれば、波長を精度高く制御することが可能である。
図１は実施例１に係る波長可変レーザ装置を例示する概略図である。 図２は実施例１における波長可変レーザ素子を例示する模式的断面図である。 図３は初期設定値およびフィードバック制御目標値を示す図である。 図４はエタロンの透過特性を示す模式図である。 図５（ａ）はパラメータの取得の制御を例示するフローチャートである。図５（ｂ）は光出力と電流との測定結果を例示する図である。 図６はパラメータを例示する図である。 図７は制御部が実行する制御を例示するフローチャートである。 図８（ａ）および図８（ｂ）は波長の測定結果を示す図である。 図９は制御部が実行する制御を例示するフローチャートである。
[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。
本願発明の一形態は、（１）発振波長が可変な波長可変レーザ素子と、前記波長可変レーザ素子の出射光が入射され、前記出射光の波長に応じて透過率を変化させるエタロンと、前記波長可変レーザ素子の前記出射光が入射することで、第１の電流を出力する第１光検出部と、前記エタロンを透過した後の前記出射光が入射することで、第２の電流を出力する第２光検出部と、を具備する波長可変レーザ装置の制御方法であって、前記出射光の波長の目標である目標波長を取得するステップと、前記目標波長に対応した前記波長可変レーザ装置の駆動条件を取得するステップと、前記波長可変レーザ装置を前記駆動条件で駆動させるステップと、前記第１の電流、前記第２の電流および前記駆動条件それぞれの測定値を取得するステップと、前記第１の電流の測定値を前記第１の電流の目標値とするステップと、前記駆動条件の前記測定値と前記第１の電流の目標値から前記第２の電流の目標値を算出するステップと、前記駆動条件を変更することで、前記第１の電流の測定値の前記第２の電流の測定値に対する比を、前記第１の電流の目標値の前記第２の電流の目標値に対する比に一致させるステップと、を有する波長可変レーザ装置の制御方法である。これにより波長可変レーザ素子が駆動した際の発熱を考慮した、目標波長に対応した目標値が得られる。当該目標値を用いて波長を精度高く制御することができる。
（２）前記波長可変レーザ素子は前記出射光の強度を調整する光半導体増幅器を有し、前記駆動条件の測定値を取得するステップは、前記光半導体増幅器に入力する電気信号の値を取得するステップであり、前記第２の電流の目標値を算出するステップは、前記第１の電流の測定値および前記電気信号の値に基づき、第２の電流の前記目標値を算出するステップでもよい。光半導体増幅器が駆動した際の発熱を考慮した目標値を得ることで、波長を精度高く制御することが可能となる。
（３）前記電気信号は前記光半導体増幅器に入力される電力でもよい。電力の供給により光半導体増幅器が駆動した際の発熱を考慮した目標値を得ることで、波長を精度高く制御することが可能となる。
（４）発振波長が可変な波長可変レーザ素子と、前記波長可変レーザ素子の出射光が入射され、前記出射光の波長に応じて透過率を変化させるエタロンと、前記波長可変レーザ素子の前記出射光が入射することで、第１の電流を出力する第１光検出部と、前記エタロンを透過した後の前記出射光が入射することで、第２の電流を出力する第２光検出部と、を具備する波長可変レーザ装置の制御方法であって、前記出射光の波長の目標である目標波長および目標出力強度を取得するステップと、前記目標波長に対応する前記波長可変レーザ装置の駆動条件を取得するステップと、前記出射光の前記目標出力強度から前記波長可変レーザ素子の駆動条件の目標値を算出するステップと、前記出射光の前記目標出力強度および前記駆動条件の前記目標値から前記第１の電流の目標値、および前記第２の電流の目標値を算出するステップと、前記第１の電流、前記第２の電流それぞれの測定値を取得し、前記駆動条件を変更することで、前記第１の電流の測定値の前記第２の電流の測定値に対する比を、前記第１の電流の目標値の前記第２の電流の目標値に対する比に一致させるステップと、を有する波長可変レーザ装置の制御方法である。これにより波長可変レーザ素子が駆動した際の発熱を考慮した、目標波長に対応した目標値が得られる。当該目標値を用いて波長を精度高く制御することができる。
（５）前記波長可変レーザ素子は前記出射光の強度を調整する光半導体増幅器を有し、前記駆動条件を取得するステップは、前記駆動条件である前記光半導体増幅器に入力する電気信号の目標設定値を取得するステップと、を含み、前記第１の電流の目標値および前記第２の電流の目標値を算出するステップは、前記電気信号の目標設定値から、前記第１の電流の目標値および前記第２の電流の目標値を算出するステップでもよい。光半導体増幅器が駆動した際の発熱を考慮した目標値を得ることで、波長を精度高く制御することが可能となる。
［本願発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る波長可変レーザ装置の制御方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
（波長可変レーザ装置）
図１は実施例１に係る波長可変レーザ装置１００を例示する概略図である。図１に示すように、波長可変レーザ装置１００は、波長可変レーザ素子３０、制御部７０およびメモリ７４を備える。波長可変レーザ素子３０は波長を制御可能なレーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）であり、筐体４０に搭載される。筐体４０に蓋をすることで、内部を気密封止することができる。制御部７０およびメモリ７４は例えば筐体４０の外部に配置される。
筐体４０の内部には温度調節素子４２およびビームシフタ４４が配置されている。温度調節素子４２は、例えばペルチェ素子を含み、ＴＥＣ（Thermoelectric cooler）として機能する。温度調節素子４２の上に、ベース４６、レンズ４８、ビームスプリッタ５０、受光素子５２および５６、エタロン５４、ならびにサーミスタ５８が搭載されている。ベース４６の上には波長可変レーザ素子３０が搭載されている。
波長可変レーザ素子３０は出力端からレーザ光Ｌ０を出射する。レーザ光Ｌ０の光路上には、波長可変レーザ素子３０側から順にレンズ４８、ビームスプリッタ５０およびビームシフタ４４が配置されている。波長可変レーザ素子３０は、レーザ光Ｌ０の光軸に対して例えば２０°以上、６０°以下傾斜している。
レンズ４８は例えばコリメートレンズであり、レーザ光Ｌ０を平行光に変換する。ビームスプリッタ５０は、例えば矩形のプリズムから三角形の部分を除去して形成され、２つの反射面５０ａおよび５０ｂを有する。反射面５０ａおよび５０ｂは、レーザ光Ｌ０の光軸に対して傾斜している。
ビームスプリッタ５０は、レーザ光Ｌ０を分岐させレーザ光Ｌ１およびＬ２を生成する。具体的には、レンズ４８を通過後のレーザ光Ｌ０のうち一部は反射面５０ａを透過し、別の一部は反射面５０ａで反射される。反射面５０ａで反射される光のうち反射面５０ｂを透過するものがレーザ光Ｌ１となり、反射面５０ｂで反射されるものがレーザ光Ｌ２となる。
レーザ光Ｌ１は受光素子５２（第１光検出部）に入射する。受光素子５２は例えばフォトダイオードを含み、レーザ光Ｌ１が入射することで電流Ｉｍ１を出力する。エタロン５４および受光素子５６は、波長に応じて電流Ｉｍ２を出力する第２光検出部として機能する。エタロン５４は、例えば固定エタロン（ソリッドエタロン）であり、入射光の波長に応じて透過率が周期的に変化する特性を有し、当該周期的な波長特性は、温度が変化することによって変化する。レーザ光Ｌ２はエタロン５４を透過した後、受光素子５６に入射する。受光素子５６は例えばフォトダイオードを含み、レーザ光Ｌ２が入射することで電流Ｉｍ２を出力する。
すなわち、エタロン５４を通過しないレーザ光Ｌ１が受光素子５２に入射し、エタロン５４を通過するレーザ光Ｌ２が受光素子５６に入射することで電流Ｉｍ１およびＩｍ２が得られる。これらの電流を用いて波長可変レーザ装置１００の出力制御および波長制御が行われる。
ビームスプリッタ５０を通過したレーザ光Ｌ０は、ビームシフタ４４を介して出力ポート６０に入射する。ビームシフタ４４は、レーザ光Ｌ０の光軸と出力ポート６０との間の水平レベルを調整する。出力ポート６０には例えば偏波保持特性を有する光ファイバが接続され、レーザ光Ｌ０は光ファイバを通じて出力される。
サーミスタ５８は温度調節素子４２の温度を検出する。温度調節素子４２は検知された温度に応じて波長可変レーザ素子３０、エタロン５４などの温度を制御する。
筐体４０には複数の電極６２が設けられている。電極６２はボンディングワイヤ６６によりＴＥＣ４２上の配線パターンおよびベース４６上の配線パターンに電気的に接続されている。配線パターンは波長可変レーザ素子３０、受光素子５２または５６、ＴＥＣ４２、サーミスタ５８などに電気的に接続されている。複数のリードピン６４は筐体４０の外側に露出し、電極６２と電気的に接続されている。
制御部７０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）７２、電源などを備える。ＲＡＭ７２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７４は、例えばフラッシュメモリなど書き換え可能な記憶装置である。制御部７０、ＲＡＭ７２およびメモリ７４は例えばコンピュータなどに搭載される。
制御部７０は、リードピン６４と電気的に接続され、電極６２、ボンディングワイヤ６６および配線パターンなどを通じて、波長可変レーザ装置１００内の部品と接続される。制御部７０は、例えば波長可変レーザ素子３０および温度調節素子４２に電気信号を入力し、当該電気信号の大きさを取得する。電気信号の大きさとは例えば電流および電力などである。制御部７０はサーミスタ５８の電気抵抗に基づいて温度を取得する。制御部７０は受光素子５２および５６が出力する電流Ｉｍ１およびＩｍ２を取得する。
メモリ７４は、波長可変レーザ装置１００の各部の初期設定値、波長制御のための係数、およびフィードバック制御目標値などを各チャネルに対応させて記憶している。図３で後述するチャネルとは、波長可変レーザ素子３０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（International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector）により定められたグリッド波長に対応してもよいし、グリッド波長以外の波長に対応してもよい。
（波長可変レーザ素子３０）
図２は実施例１における波長可変レーザ素子３０を例示する模式的断面図である。図２に示すように、波長可変レーザ素子３０は、部分回折格子活性領域（ＳＧ－ＤＦＢ：Sampled Grating Distributed Feedback）Ａと、ＣＳＧ－ＤＢＲ（Chirped Sampled Grating Distributed Bragg Reflector）領域Ｂと、ＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）領域Ｃ（調整領域）とを備える。すなわち、波長可変レーザ素子３０は、半導体構造内に波長選択ミラーを有するレーザである。
一例として、波長可変レーザ素子３０において、フロント側からリア側にかけて、ＳＯＡ領域Ｃ、ＳＧ－ＤＦＢ領域Ａ、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂが順に配置されている。ＳＧ－ＤＦＢ領域Ａは、光学利得を有しサンプルドグレーティングを備える。ＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂは、利得を有さずにサンプルドグレーティングを備える。ＳＯＡ領域Ｃはレンズ４８側を向く。
ＳＧ－ＤＦＢ領域Ａは、基板１上に、下クラッド層２、活性層３、上クラッド層６、コンタクト層７、および電極８が積層された構造を有する。ＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂは、基板１上に、下クラッド層２、光導波層４、上クラッド層６、絶縁膜９、および複数のヒータ１０が積層された構造を有する。各ヒータ１０には、電源電極１１およびグランド電極１２が設けられている。ＳＯＡ領域Ｃは、基板１上に、下クラッド層２、光増幅層１９、上クラッド層６、コンタクト層２０、および電極２１が積層された構造を有する。
ＳＧ－ＤＦＢ領域Ａ、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域ＢおよびＳＯＡ領域Ｃにおいて、基板１、下クラッド層２、および上クラッド層６は、一体的に形成されている。活性層３、光導波層４、および光増幅層１９は、同一面上に形成されている。ＳＧ－ＤＦＢ領域ＡとＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂとの境界は、活性層３と光導波層４との境界と対応している。
ＳＯＡ領域Ｃ側における基板１、下クラッド層２、光増幅層１９および上クラッド層６の端面には、端面膜１６が形成されている。本実施例では、端面膜１６は無反射（ＡＲ：Anti Reflection）膜である。端面膜１６は、波長可変レーザ素子３０のフロント側端面として機能する。ＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂ側における基板１、下クラッド層２、光導波層４、および上クラッド層６の端面には、端面膜１７が形成されている。本実施例では、端面膜１７はＡＲ膜である。端面膜１７は、波長可変レーザ素子３０のリア側端面として機能する。
基板１は、例えば、ｎ型ＩｎＰからなる結晶基板である。下クラッド層２はｎ型、上クラッド層６はｐ型であり、それぞれ例えばＩｎＰによって構成される。下クラッド層２および上クラッド層６は、活性層３、光導波層４、および光増幅層１９を上下で光閉込めしている。
活性層３は、利得を有する半導体により構成されている。活性層３は、例えば量子井戸構造を有しており、例えばＧａ０．３２Ｉｎ０．６８Ａｓ０．９２Ｐ０．０８（厚さ５ｎｍ）からなる井戸層と、Ｇａ０．２２Ｉｎ０．７８Ａｓ０．４７Ｐ０．５３（厚さ１０ｎｍ）からなる障壁層が交互に積層された構造を有する。光導波層４は、例えばバルク半導体層で構成することができ、例えばＧａ０．２２Ｉｎ０．７８Ａｓ０．４７Ｐ０．５３によって構成することができる。本実施例においては、光導波層４は、活性層３よりも大きいエネルギギャップを有し、活性層３に光結合する。
光増幅層１９は、電極２１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１９は、例えば量子井戸構造で構成することができ、例えばＧａ０．３５Ｉｎ０．６５Ａｓ０．９９Ｐ０．０１（厚さ５ｎｍ）の井戸層とＧａ０．１５Ｉｎ０．８５Ａｓ０．３２Ｐ０．６８（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Ｇａ０．４４Ｉｎ０．５６Ａｓ０．９５Ｐ０．０５からなるバルク半導体を採用することもできる。なお、光増幅層１９と活性層３とを同じ材料で構成することもできる。
コンタクト層７および２０は、例えばｐ型Ｇａ０．４７Ｉｎ０．５３Ａｓ結晶によって構成することができる。絶縁膜９は、窒化シリコン膜（ＳｉＮ）または酸化シリコン膜（ＳｉＯ）からなる保護膜である。ヒータ１０は、チタンタングステン（ＴｉＷ）で構成された薄膜抵抗体である。ヒータ１０のそれぞれは、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂの複数のセグメントにまたがって形成されていてもよい。
電極８および２１、電源電極１１およびグランド電極１２は、金（Ａｕ）等の導電性材料からなる。基板１の下部には、裏面電極１５が形成されている。裏面電極１５は、ＳＧ－ＤＦＢ領域Ａ、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域ＢおよびＳＯＡ領域Ｃにまたがって形成されている。
端面膜１６および端面膜１７は、１．０％以下の反射率を有するＡＲ膜であり、実質的にその端面が無反射となる特性を有する。ＡＲ膜は、例えばＭｇＦ２およびＴｉＯＮからなる誘電体膜で構成することができる。なお、本実施例ではレーザの両端がＡＲ膜であったが、端面膜１７を有意の反射率を持つ反射膜で構成する場合もある。図２における端面膜１７に接する半導体に光吸収層を備えた構造を設けた場合、端面膜１７に有意の反射率を持たせることで、端面膜１７から外部に漏洩する光出力を抑制することができる。有意の反射率としては、たとえば１０％以上の反射率である。なお、ここで反射率とは、半導体レーザ内部に対する反射率を指す。
回折格子（コルゲーション）１８は、ＳＧ－ＤＦＢ領域ＡおよびＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂの下クラッド層２に所定の間隔を空けて複数箇所に形成されている。それにより、ＳＧ－ＤＦＢ領域ＡおよびＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂにサンプルドグレーティングが形成される。ＳＧ－ＤＦＢ領域ＡおよびＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂにおいて、下クラッド層２に複数のセグメントが設けられている。ここでセグメントとは、回折格子１８が設けられている回折格子部と回折格子１８が設けられていないスペース部とが１つずつ連続する領域のことをいう。すなわち、セグメントとは、両端が回折格子部によって挟まれたスペース部と回折格子部とが連結された領域のことをいう。回折格子１８は、下クラッド層２とは異なる屈折率の材料で構成されている。下クラッド層２がＩｎＰの場合、回折格子を構成する材料として、例えばＧａ０．２２Ｉｎ０．７８Ａｓ０．４７Ｐ０．５３を用いることができる。
回折格子１８は、２光束干渉露光法を使用したパターニングにより形成することができる。回折格子１８の間に位置するスペース部は、回折格子１８のパターンをレジストに露光した後、スペース部に相当する位置に再度露光を施すことで実現できる。ＳＧ－ＤＦＢ領域Ａにおける回折格子１８のピッチと、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂにおける回折格子１８のピッチとは、同一でもよく、異なっていてもよい。本実施例においては、一例として、両ピッチは同一に設定してある。また、各セグメントにおいて、回折格子１８は同じ長さを有していてもよく、異なる長さを有していてもよい。また、ＳＧ－ＤＦＢ領域Ａの各回折格子１８が同じ長さを有し、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂの各回折格子１８が同じ長さを有し、ＳＧ－ＤＦＢ領域ＡとＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂとで回折格子１８の長さが異なっていてもよい。
ＳＧ－ＤＦＢ領域Ａにおいては、各セグメントの光学長が実質的に同一となっている。ＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂにおいては、少なくとも２つのセグメントの光学長が、互いに異なって形成されている。それにより、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂの波長特性のピーク同士の強度は、波長依存性を有するようになる。ＳＧ－ＤＦＢ領域Ａのセグメントの平均光学長とＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂのセグメントの平均光学長は異なっている。このように、ＳＧ－ＤＦＢ領域Ａ内のセグメントおよびＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂのセグメントが波長可変レーザ素子３０内においてレーザ領域（共振器）を構成する。
ＳＧ－ＤＦＢ領域ＡおよびＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂそれぞれの内部においては、反射した光が互いに干渉する。ＳＧ－ＤＦＢ領域Ａには活性層３が設けられており、キャリア注入されると、ピーク強度がほぼ揃った、所定の波長間隔を有する離散的な利得スペクトルが生成される。また、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂにおいては、ピーク強度が異なる、所定の波長間隔を有する離散的な反射スペクトルが生成される。ＳＧ－ＤＦＢ領域ＡおよびＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂにおける波長特性のピーク波長の間隔は異なっている。これら波長特性の組み合わせによって生じるバーニア効果を利用して、発振条件を満たす波長を選択することができる。
図３は初期設定値およびフィードバック制御目標値を示す図である。図３に示すように、上記初期設定値は、ＳＧ－ＤＦＢ領域Ａの電極８に供給される初期電流値ＩＬＤ、ＳＯＡ領域Ｃの電極２１に供給される初期電流値ＩＳＯＡ、エタロン５４の初期温度値ＴＥｔａｌｏｎ、および各ヒータ１０に供給される初期電力値ＰＨｅａｔｅｒ１～ＰＨｅａｔｅｒ３を含む。これら初期設定値は、発振波長に対応したチャネルごとに定められている。
上記フィードバック制御目標値は、制御部７０のフィードバック制御を行う際の目標値である。フィードバック制御目標値は、例えば、温度調節素子４２の温度ＴＴＥＣであり、温度調節素子４２上のサーミスタの温度を測定することにより、温度調節素子４２の温度の制御を行う。制御目標値もチャネルごとに定められている。これらの各値は、波長可変レーザ装置１００の出荷前に、波長計を使ったチューニングによって個体ごとに取得される。なお、後述のように、波長の制御には受光素子５６が出力する電流Ｉｍ２と電流Ｉｍ１との電流の比Ｉｍ２／Ｉｍ１、およびその目標値が用いられる。
続いて、図１～図３を参照しつつ、グリット波長のいずれかを出力するための波長可変レーザ装置１００の動作について説明する。まず、制御部７０は、外部から要求チャネルの情報を取得する。制御部７０は、要求チャネルの情報に基づいて、メモリ７４から要求チャネルに応じた初期設定値およびフィードバック制御目標値を取得して、内蔵されたＲＡＭに読み出す。制御部７０は、波長可変レーザ素子３０の電極８に、チャネルに対応する初期電流値ＩＬＤに応じた電流を供給する。
また、制御部７０は、チャネルに対応する初期温度値ＴＥｔａｌｏｎが実現されるように、温度調節素子４２に電力を供給する。それにより、波長可変レーザ素子３０の温度が初期値に制御される。また、制御部７０は、各ヒータ１０に、チャネルに対応する初期電力値ＰＨｅａｔｅｒ１～ＰＨｅａｔｅｒ３の電力を供給する。それにより、各ヒータ１０にそれぞれ所定の温度で発熱させることができる。ヒータ１０に供給する電力の制御によりＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂの各セグメントの温度を制御し、各セグメントの等価屈折率を変化させる。これにより、セグメントの反射特性が変化する。温度調節素子４２による温度制御および各ヒータ１０による温度制御により、波長可変レーザ素子３０は、要求チャネルに対応する波長での発振条件に設定される。
また、制御部７０は、ＳＯＡ領域Ｃの電極２１に、チャネルに対応する初期電流値ＩＳＯＡの電流を供給する。それにより、波長可変レーザ素子３０のフロントから出力されるレーザ光の光強度を初期値に制御することができる。このように設定された各初期値に基づき、波長可変レーザ素子３０はレーザ発振する。ただし、この状態では選択された波長に一致していること、あるいは所定の出力光強度が実現されていることを保証できるとは限らない。このため、波長および出力光強度のフィードバック制御が実施される。
制御部７０は、フィードバック制御として自動出力制御（ＡＰＣ：Auto Power Control）および自動波長制御（ＡＦＣ：Auto Frequency Control）を行う。具体的には、制御部７０は、自動出力制御として、受光素子５２が出力する電流値がチャネルに対応する電流の目標値Ｉｍ１-Ｔとなるように、ＳＯＡ領域Ｃの電極２１に供給する電流ＩＳＯＡをフィードバック制御する。これにより、波長可変レーザ素子３０の出力光強度がチャネルに対応する所望の値に制御される。
また、制御部７０は、自動波長制御として、電流Ｉｍ１に対する受光素子５６が出力する電流Ｉｍ２の比（制御値）Ｉｍ２／Ｉｍ１が、目標の波長に対応した電流の目標値Ｉｍ２-Ｔ／Ｉｍ１-Ｔとなるように、波長可変レーザ素子３０の温度を制御する。それにより、波長可変レーザ素子３０の出力光波長がチャネルに対応する波長に制御される。以上の制御により、所望の波長において波長可変レーザ素子３０にレーザ発振させることができる。
（エタロン）
上記のように、ＡＦＣには電流の比Ｉｍ２／Ｉｍ１を用いる。しかし受光素子５６から出力される電流Ｉｍ２はエタロン５４の透過特性に依存し、エタロン５４の透過特性は温度により変化する。波長可変レーザ素子３０は駆動することで発熱し、熱がエタロン５４に伝達されることでエタロン５４の温度が変化する。この結果、エタロン５４の透過特性が変化する。
図４はエタロン５４の透過特性を示す模式図である。横軸は波長可変レーザ素子３０の出射光の波長λを表す。縦軸は電流の比Ｉｍ２／Ｉｍ１を表す。エタロン５４がレーザ光Ｌ２に対して高い透過率を有するほど、受光素子５６が受光する光の強度が高くなり、Ｉｍ２およびＩｍ２／Ｉｍ１は大きくなる。したがって、Ｉｍ２／Ｉｍ１が大きい波長に対してはエタロン５４の透過率が高く、Ｉｍ２／Ｉｍ１が小さくなる波長に対しては透過率が低い。図４に示すように、エタロン５４は波長に対して周期的な特性を有し、この特性は温度に存する。エタロン５４の温度が低い状態にあるとき図４中で破線の特性を示し、温度が高い状態にあるとき実線の特性を示す。
図４のλ０は目標の波長であり、例えば図３のいずれかのチャネルに対応する。エタロン５４が破線で示す特性を有する場合、波長をλ０に制御するために、電流の比Ｉｍ２／Ｉｍ１をλ０に対応するＲ１とすればよい。しかし、例えばエタロン５４の温度が上昇することで、特性は破線から実線に変化する。このとき、電流の比をＲ１に制御すると、波長は目標のλ０ではなくλ１となってしまう。
例えば波長可変レーザ素子３０のうちＳＯＡ領域Ｃからエタロン５４に熱が伝わる。特に、波長可変レーザ素子３０とエタロン５４とが１つの温度調節素子４２に搭載されているため、熱が伝わりやすく、エタロン５４の透過特性が変化しやすい。実施例１では、熱により変化した後の実線で示す特性において、目標波長λ０に対応するＲ２を電流の比Ｉｍ２／Ｉｍ１の目標値としてＡＦＣを行う。
（パラメータ取得）
ＡＦＣの前に、Ｉｍ２／Ｉｍ１の目標値を算出するためのパラメータを取得する。図５（ａ）はパラメータの取得の制御を例示するフローチャートである。図５（ａ）に示すように、制御部７０は出力光の波長を選択する（ステップＳ１０）。制御部７０は、当該波長のレーザ光を出力するように波長可変レーザ装置１００を駆動し、波長を維持したままＳＯＡ領域Ｃの電極２１に入力する電流ＩＳＯＡを例えば３つ以上の値に変化させる。制御部７０は、これらの各場合における電流の目標値Ｉｍ１-Ｔ、電力の目標値ＰＳＯＡ‐Ｔおよび光出力の目標値ＰＯ‐Ｔを取得する（ステップＳ１２）。電流Ｉｍ１およびＩｍ２は、受光素子５２および５６から取得する。ＳＯＡ領域Ｃに入力する電力ＰＳＯＡは、電流ＩＳＯＡおよび電圧ＶＳＯＡから得られる。波長可変レーザ装置１００の光出力ＰＯは、例えば電流Ｉｍ１および電力ＰＳＯＡ、または外部の計測器などから得られる。
制御部７０は、取得した電流Ｉｍ１、電流Ｉｍ２、電力ＰＳＯＡおよび光出力ＰＯに基づいてパラメータａ１～ａ３、ｂ１～ｂ３およびｃ１～ｃ３を取得し（ステップＳ１４）、これらのパラメータをメモリ７４に記憶する（ステップＳ１６）。その後、制御は終了する。制御部７０は例えば図３に示したチャネルの波長ごとに図５（ａ）の処理を行い、各波長に対応したパラメータを算出し、メモリ７４に記憶する。
出射光の波長を一定に維持した状態で、電流Ｉｍ１および電流Ｉｍ２を電力ＰＳＯＡおよび光出力ＰＯの関数として表す。これにより、当該波長で波長可変レーザ装置１００が駆動し発熱した状態において、エタロン５４の特性の変化を考慮した電流の目標値Ｉｍ１-Ｔおよび電流の目標値Ｉｍ２-Ｔが得られる。また、これらを基にしてＩｍ２／Ｉｍ１の目標値が得られる。電力の目標値ＰＳＯＡ-Ｔも光出力ＰＯの関数として表すことができる。図４の制御で取得するパラメータａ１～ａ３、ｂ１～ｂ３およびｃ１～ｃ３は、これらの関係に用いられる。
すなわち、以下の式に示すように、電流の目標値Ｉｍ１-Ｔはａ１、ｂ１およびｃ１を用いて電力ＰＳＯＡおよび光出力ＰＯの関数として表される。
Figure 0007207651000001
 電流の目標値Ｉｍ２-Ｔはａ２、ｂ２およびｃ２を用いて電力ＰＳＯＡおよび光出力ＰＯの関数として表される
Figure 0007207651000002
 電力の目標値ＰＳＯＡ-Ｔはａ３、ｂ３およびｃ３を用いて光出力ＰＯの関数として表される。
Figure 0007207651000003
図５（ｂ）は光出力ＰＯと電流Ｉｍ２との測定結果を例示する図である。円は測定結果を表し、実線は測定結果に対するフィッティングの結果を表す。図５（ｂ）のようなフィッティングから上述のパラメータを求める。図５（ｂ）は電流Ｉｍ２の例であり、これと同様にして電流Ｉｍ１および電力ＰＳＯＡについてもパラメータを求めることができる。
図６はパラメータを例示する図である。制御部７０は各チャネルごとにパラメータａ１～ａ３、ｂ１～ｂ３およびｃ１～ｃ３を取得し、メモリ７４は図６のようなデータテーブルを記憶する。
（ＡＦＣおよびＡＰＣ）
図７は制御部７０が実行する制御を例示するフローチャートであり、ＡＦＣおよびＡＰＣを含む。図７の制御の開始前に図４の制御は実施されており、また波長可変レーザ装置１００の出射光の目標出力は例えば制御部７０に入力される。
図７に示すように、制御部７０は波長要求を受ける（ステップＳ２０）。この要求波長は、図示しない外部入出力装置からの入力によるものであり、例えば図３のチャンネルのいずれかに対応する波長であり、図４の例ではλ０に該当し、ＡＦＣの目標波長となる。
制御部７０は、目標波長に対応する制御の条件をメモリ７４から抽出する（ステップＳ２２）。制御部７０は、図３に例示した初期設定値とフィードバック制御目標値、および図５に示したパラメータのうち目標波長に対応したものをメモリ７４から取得してＲＡＭ７２に格納する。
次に、制御部７０は、ＳＧ－ＤＦＢ領域の電極８に電流を供給し、かつＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂのヒータ１０に電力を印加することで、波長可変レーザ素子３０を駆動させる（ステップＳ２４）。なお、ＳＯＡ領域Ｃの電極２１への電流注入は行わない。さらに、制御部７０は温度調節素子４２（ＴＥＣ）を駆動させる（ステップＳ２６）。このときの電流および電力は、図３に示した初期設定値のうち要求波長に対応する値である。
制御部７０はサーミスタ５８の検出温度ＴＨが設定範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ２８）。設定範囲とは、目標温度ＴＬＤを中心とする所定範囲である。ステップＳ４において「Ｎｏ」と判定された場合、制御部７０は、温度ＴＨが設定範囲内となるように温度調節素子４２に供給される電流値を変更する。
ステップＳ２８で「Ｙｅｓ」と判定された場合、制御部７０はＳＯＡ領域Ｃの電極２１に電流を供給し、ＳＯＡ領域Ｃを駆動させる（ステップＳ３０）。なお、この時点では波長可変レーザ素子３０から光が出力されないように、ＳＯＡ領域Ｃに逆バイアスを印加してＳＯＡ領域Ｃを吸収状態にする。なお、このとき波長可変レーザ素子３０の駆動により熱が発生するが、本実施例により電流の目標値Ｉｍ１-Ｔおよび電流の目標値Ｉｍ２-Ｔを算出することで、波長可変レーザ素子３０が発生する熱の影響を抑制することができる。
次に制御部７０はＡＦＣおよびＡＰＣを並行して実行する。まずＡＦＣについて説明する。制御部７０は、光出力の目標値ＰＯ-Ｔ、および数３を用いて、波長可変レーザ素子３０の駆動条件である電力の目標値ＰＳＯＡ-Ｔを算出する（ステップＳ３２）。その後、制御部７０は、光出力の目標値ＰＯ-Ｔ、電力の目標値ＰＳＯＡ-Ｔ、数１および数２を用いて、電流の目標値Ｉｍ１-Ｔおよび電流の目標値Ｉｍ２-Ｔを算出し、これらの電流の比であるＩｍ２／Ｉｍ１の目標値Ｉｍ２-Ｔ／Ｉｍ１-Ｔを算出する（ステップＳ３４）。ここで算出される目標値は、目標波長に対応し、かつ熱によるエタロン５４の透過特性の変化に対応した値であり、図４の例ではＲ２に相当する。なお、光出力の目標値ＰＯ-Ｔについては、本実施例においては、メモリ７４から抽出するが、外部から提供されてもよい。
制御部７０は受光素子５２および５６から電流Ｉｍ１および電流Ｉｍ２を取得し（ステップＳ３６）、これらの電流の比Ｉｍ２／Ｉｍ１を算出する。制御部７０は、ステップＳ３６で得られた電流の比Ｉｍ２／Ｉｍ１が目標範囲内であるか否か判定する（ステップＳ３８）。目標範囲とは例えばステップＳ３４で得られた目標値を中心とする所定範囲である。
Ｎｏと判定された場合、制御部７０は、ステップＳ３６で得られた電流の比Ｉｍ２／Ｉｍ１と目標値Ｉｍ２-Ｔ／Ｉｍ１-Ｔとの差に基づき、ヒータ１０に印加する電力ＰＨｅａｔｅｒを制御する（ステップＳ４０）。なお、ＰＨｅａｔｅｒとは図３に示すＰＨｅａｔｅｒ１～ＰＨｅａｔｅｒ３を含む。電力ＰＨｅａｔｅｒの制御により、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂの光導波層４の屈折率が変化し、波長可変レーザ素子３０の発振波長が変化する。これによりステップＳ３６で得られた電流の比Ｉｍ２／Ｉｍ１が変化する。電流の比Ｉｍ２／Ｉｍ１が目標範囲内となるまでこれらのステップは繰り返され、目標範囲内となった後も、その状態を維持するようにＡＦＣは継続される。
次にＡＰＣについて説明する。制御部７０は、光出力の目標値ＰＯ-Ｔ、および数３を用いて、波長可変レーザ素子３０の駆動条件である電力の目標値ＰＳＯＡ-Ｔを算出する（ステップＳ４２）。なお、光出力の目標値ＰＯ-Ｔについては、本実施例においては、メモリ７４から抽出するが、外部から提供されてもよい。その後、制御部７０は、光出力の目標値ＰＯ-Ｔ、電力の目標値ＰＳＯＡ-Ｔ、数１を用いて、電流Ｉｍ１の目標値Ｉｍ１-Ｔを算出する（ステップＳ４４）。その後、制御部７０は、受光素子５２から電流Ｉｍ１を取得する。（ステップＳ４６）そして、制御部７０は電流Ｉｍ１が設定範囲内か否かを判定する（ステップＳ４８）。ここで電流Ｉｍ１の設定範囲とは前述した電流の目標値Ｉｍ１-Ｔを中心とした所定範囲である。Ｎｏと判定された場合、制御部７０は、電流Ｉｍ１とフィードバック制御値との差に応じて、ＳＯＡ領域Ｃへの電流ＩＳＯＡを制御する（ステップＳ５０）。電流Ｉｍ１が設定範囲内となるまでこれらのステップは繰り返される。なお、電流Ｉｍ１が設定範囲内となった後も、その状態を維持するようにＡＰＣは継続される。ステップＳ３８およびＳ４２でＹｅｓと判定されると、制御は終了する。
図８（ａ）および図８（ｂ）は波長の測定結果を示す図である。両方の図において、円が実施例１における結果を表し、三角は比較例における結果を表す。実施例１と比較例とで波長可変レーザ装置の構成は同じである。実施例１においては、制御部７０は図７の制御を行った。一方、比較例においては、例えば波長計を使ったチューニングにより波長可変レーザ装置の目標波長に対応した電流の比Ｉｍ２／Ｉｍ１の目標値をあらかじめ定め、メモリ７４に記憶しておく。制御部７０は、図７のような制御ではなく、記憶された目標値になるように制御を行う。
図８（ａ）の横軸は光出力ＰＯであり、図８（ｂ）の横軸は電流ＩＳＯＡである。いずれの図でも縦軸は目標波長と波長との差Δλであり、目標波長は１５６７．９５２ｎｍである。図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、比較例では波長のずれが５ｐｍ以上であった。これに対し、実施例１によれば波長のずれは±２ｐｍ以内となった。
実施例１によれば、制御部７０は、目標波長を取得し、波長可変レーザ素子３０の駆動条件である目標値ＰＳＯＡ-Ｔを算出し、数１および数２を用いて電流の目標値Ｉｍ２-Ｔおよび目標値Ｉｍ１-ＴからＩｍ２／Ｉｍ１の目標値Ｉｍ２-Ｔ／Ｉｍ１-Ｔを算出する。さらに制御部７０は、Ｉｍ１およびＩｍ２を取得し、これらの電流の比が目標値から所定の範囲内となるように制御する。波長可変レーザ素子３０の発熱を考慮した目標値を用いたＡＦＣにより、波長可変レーザ装置１００の出射光の波長を目標波長に精度高く制御することができる。
具体的には、図６に示したパラメータ、数１および数２により、目標値Ｉｍ１-Ｔおよび目標値Ｉｍ２-Ｔを目標光出力ＰＯ-Ｔおよび目標電力ＰＳＯＡ-Ｔの関数として表す。これにより波長可変レーザ素子３０の発熱の影響下で一定の波長を維持するための目標値Ｉｍ１-Ｔおよび目標値Ｉｍ２-Ｔが得られ、これらの電流の比として目標値Ｉｍ２-Ｔ／Ｉｍ１-Ｔが得られる。ＡＦＣにおいて測定値Ｉｍ１および測定値Ｉｍ２が得られ、電流の比Ｉｍ２／Ｉｍ１を当該目標値に近づけることで、波長を目標波長に制御することができる。
制御部７０は、数３を用いてＳＯＡ領域Ｃに入力する目標電力ＰＳＯＡ-Ｔを算出し、目標電力ＰＳＯＡＡ-Ｔおよび目標波長、数１および数２を用いて目標値Ｉｍ１-Ｔおよび目標値Ｉｍ２-Ｔを得て、これらの電流の比として目標値Ｉｍ２-Ｔ／Ｉｍ１-Ｔを算出する。電力ＰＳＯＡの供給によるＳＯＡ領域Ｃの発熱の影響を考慮した目標値が得られるため、ＡＦＣの精度が向上する。例えば制御部７０はＳＯＡ領域Ｃに供給する電流および電圧の少なくとも一方を用いて目標値を算出してもよい。
また、制御部７０は、数１および数３により、目標Ｉｍ１-Ｔを目標光出力ＰＯ-Ｔおよび目標電力ＰＳＯＡ-Ｔの関数として表す。これにより波長可変レーザ素子３０の発熱の影響下で一定の波長を維持するための目標Ｉｍ１-Ｔが得られる。ＡＰＣにおいて目標Ｉｍ１-Ｔが得られ、この電流Ｉｍ１を当該目標値に近づけることで、所望の光出力に制御することができる。
制御部７０は波長可変レーザ素子３０のＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂに設けられたヒータ１０に入力する電力ＰＨｅａｔｅｒ１～ＰＨｅａｔｅｒ３を制御する。これによりＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂの屈折率を変化させ、波長可変レーザ素子３０の出射光の波長を制御することができる。なお、ヒータ１０への電力ＰＨｅａｔｅｒ１～ＰＨｅａｔｅｒ３以外に例えばＩＬＤなどを変化させてもよい。
レーザ光Ｌ１は受光素子５２に入射し、レーザ光Ｌ２はエタロン５４を通過して受光素子５６に入射する。波長可変レーザ素子３０の熱が伝わることで、エタロン５４の透過特性が変化する。特に、波長可変レーザ素子３０とエタロン５４とが同一の温度調節素子４２に搭載されているため、エタロン５４に熱が伝わりやすい。実施例１によれば、エタロン５４の透過特性の変化に対応した目標値を用いてＡＦＣを行うため、精度の高い波長制御が可能である。
波長可変レーザ素子３０のうちＳＯＡ領域Ｃに入力する電力ＰＳＯＡの関数として電流Ｉｍ１およびＩｍ２を表すことで、ＳＯＡ領域Ｃからの発熱に対して補正したＡＦＣを行う。例えばＳＯＡ領域Ｃ以外の領域への電気信号を用いることで、これらの領域からの発熱に対する補正を行ってもよい。波長可変レーザ素子３０はＳＧ－ＤＦＢ領域Ａ、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域ＢおよびＳＯＡ領域Ｃを有するとしたが、構成はこれに限定されない。例えばＳＧ－ＤＦＢ領域Ａに代えて、活性層３の上にヒータが設けられたＴＤＡ－ＤＦＢ（Tunable Distributed Amplified-DFB）領域が設けられてもよい。素子中の半導体層は上記以外の化合物半導体で形成されてもよい。筐体４０内の部品の位置および数などは変更してもよい。
波長可変レーザ装置１００および波長可変レーザ素子３０の構成は実施例１と同じである。また、図５（ａ）に示した制御は実施例２においても行われる。図９は制御部７０が実行する制御を例示するフローチャートである。ステップＳ２０からステップＳ３０まで、ステップＳ４２およびＳ４４は図７と共通である。
実施例２におけるＡＦＣについて説明する。図９に示すように、制御部７０は電流Ｉｍ１、および電力ＰＳＯＡを取得する（ステップＳ３１）。制御部７０は電流Ｉｍ１、電力ＰＳＯＡおよび数２を用いて、電流の目標値Ｉｍ２-Ｔを算出する（ステップＳ３３）。制御部７０は電流の比Ｉｍ２／Ｉｍ１の目標値Ｉｍ２-Ｔ／Ｉｍ１-Ｔを算出する（ステップＳ３４）。電流の目標値Ｉｍ２-Ｔを数２で算出するときの電流Ｉｍ１としては、例えば数１から算出された電流の目標値Ｉｍ１-Ｔを用いてもよいし、ステップＳ３１で取得した電流Ｉｍ１を用いてもよい。
制御部７０は受光素子５２および５６から電流Ｉｍ１および電流Ｉｍ２を取得し（ステップＳ３６）、これらの電流の比Ｉｍ２／Ｉｍ１を算出する。制御部７０は、ステップＳ３６で得られた電流の比Ｉｍ２／Ｉｍ１が目標範囲内であるか否か判定する（ステップＳ３８）。Ｎｏと判定された場合、制御部７０は、電流の比Ｉｍ２／Ｉｍ１と電流の比の目標値Ｉｍ２-Ｔ／Ｉｍ１-Ｔとの差に基づき、ヒータ１０に印加する電力ＰＨｅａｔｅｒを制御する（ステップＳ４０）。電流の比Ｉｍ２／Ｉｍ１が目標範囲内となるまでこれらのステップは繰り返される。なお、電流の比Ｉｍ２／Ｉｍ１が目標範囲内となった後も、その状態を維持するようにＡＦＣは継続される。
制御部７０は、ＳＯＡ領域Ｃに入力する電力ＰＳＯＡを取得し、ＰＳＯＡ、数１を用いて電流の比の目標値Ｉｍ２-Ｔ／Ｉｍ１-Ｔを算出する。実施例２によれば、実施例１と同様に、波長可変レーザ装置１００の出射光の波長を目標波長に精度高く制御することができる。電力ＰＳＯＡの入力によるＳＯＡ領域Ｃの発熱を考慮した目標値を用いてＡＦＣを行うことで、ＡＦＣの精度が向上する。
次に実施例２におけるＡＰＣについて説明する。制御部７０は、光出力の目標値ＰＯ-Ｔ、および数３を用いて、波長可変レーザ素子３０の駆動条件である電力の目標値ＰＳＯＡ-Ｔを算出する（ステップＳ４２）。なお、光出力の目標値ＰＯ-Ｔについては、本実施例においては、メモリ７４から抽出するが、外部から提供されてもよい。その後、制御部７０は、光出力の目標値ＰＯ-Ｔ、電力の目標値ＰＳＯＡ-Ｔ、数１を用いて、電流Ｉｍ１の目標値Ｉｍ１-Ｔを算出する（ステップＳ４４）。その後、制御部７０は、受光素子５２から電流Ｉｍ１を取得する（ステップＳ４６）。
そして、制御部７０は電流Ｉｍ１が設定範囲内か否かを判定する（ステップＳ４８）。ここで電流Ｉｍ１の設定範囲とは前述した電流の目標値Ｉｍ１-Ｔを中心とした所定範囲である。Ｎｏと判定された場合、制御部７０は、電流Ｉｍ１とフィードバック制御値との差に応じて、ＳＯＡ領域Ｃへの電流ＩＳＯＡを制御する（ステップＳ５０）。電流Ｉｍ１が設定範囲内となるまでこれらのステップは繰り返される。なお、電流Ｉｍ１が設定範囲内となった後も、その状態を維持するようにＡＰＣは継続される。ステップＳ３８およびＳ４８でＹｅｓと判定されると、制御は終了する。
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 活性層
４ 光導波層
６ 上クラッド層
７ コンタクト層
８、６２ 電極
９ 絶縁膜
１０ ヒータ
１１ 電源電極
１２ グランド電極
１６、１７ 端面膜
１８ 回折格子
１９ 光増幅層
３０ 波長可変レーザ素子
４０ 筐体
４２ 温度調節素子
４４ ビームシフタ
４６ ベース
４８ レンズ
５０ ビームスプリッタ
５２、５６ 受光素子
５４ エタロン
６０ 出力ポート
６４ リードピン
６６ ボンディングワイヤ
７０ 制御部
７２ ＲＡＭ
７４ メモリ
１００ 波長可変レーザ
Ａ ＳＧ－ＤＦＢ領域
Ｂ ＣＳＧ－ＤＢＲ領域
Ｃ ＳＯＡ領域

Claims (5)

  1. 発振波長が可変な波長可変レーザ素子と、
    前記波長可変レーザ素子の出射光が入射され、前記出射光の波長に応じて透過率を変化させるエタロンと、
    前記波長可変レーザ素子の前記出射光が入射することで、第１の電流を出力する第１光検出部と、
    前記エタロンを透過した後の前記出射光が入射することで、第２の電流を出力する第２光検出部と、を具備する波長可変レーザ装置の制御方法であって、
    前記出射光の波長の目標である目標波長を取得するステップと、
    前記目標波長に対応した前記波長可変レーザ装置の駆動条件を取得するステップと、
    前記波長可変レーザ装置を前記駆動条件で駆動させるステップと、
    前記第１の電流、前記第２の電流および前記駆動条件それぞれの測定値を取得するステップと、
    前記第１の電流の測定値を前記第１の電流の目標値として設定するステップと、
    前記駆動条件の前記測定値と前記第１の電流の目標値から前記第２の電流の目標値を算出するステップと、
    前記駆動条件を変更することで、前記第２の電流の測定値の前記第１の電流の測定値に対する比を、前記第２の電流の目標値の前記第１の電流の目標値に対する比に一致させるステップと、を有し、
    前記波長可変レーザ装置の駆動条件は、前記波長可変レーザ素子の電極に供給される電流の値である波長可変レーザ装置の制御方法。
  2. 前記波長可変レーザ素子は前記出射光の強度を調整する光半導体増幅器を有し、
    前記駆動条件の測定値を取得するステップは、前記光半導体増幅器に入力する電気信号の値を取得するステップであり、
    前記第２の電流の目標値を算出するステップは、前記第１の電流の目標値および前記電気信号の値に基づき、第２の電流の前記目標値を算出するステップである請求項１に記載の波長可変レーザ装置の制御方法。
  3. 前記電気信号は前記光半導体増幅器に入力される電力である請求項２に記載の波長可変レーザ装置の制御方法。
  4. 発振波長が可変な波長可変レーザ素子と、
    前記波長可変レーザ素子の出射光が入射され、前記出射光の波長に応じて透過率を変化させるエタロンと、
    前記波長可変レーザ素子の前記出射光が入射することで、第１の電流を出力する第１光検出部と、
    前記エタロンを透過した後の前記出射光が入射することで、第２の電流を出力する第２光検出部と、を具備する波長可変レーザ装置の制御方法であって、
    前記出射光の波長の目標である目標波長および目標出力強度を取得するステップと、
    前記目標波長に対応する前記波長可変レーザ装置の駆動条件を取得するステップと、
    前記出射光の前記目標出力強度から前記波長可変レーザ素子の駆動条件の目標値を算出するステップと、
    前記出射光の前記目標出力強度および前記駆動条件の前記目標値から前記第１の電流の目標値、および前記第２の電流の目標値を算出するステップと、
    前記第１の電流、前記第２の電流それぞれの測定値を取得し、前記駆動条件を変更することで、前記第２の電流の測定値の前記第１の電流の測定値に対する比を、前記第２の電流の目標値の前記第１の電流の目標値に対する比に一致させるステップと、を有し、
    前記波長可変レーザ装置の駆動条件は、前記波長可変レーザ素子の電極に供給される電流の値である波長可変レーザ装置の制御方法。
  5. 前記波長可変レーザ素子は前記出射光の強度を調整する光半導体増幅器を有し、
    前記駆動条件を取得するステップは、前記駆動条件である前記光半導体増幅器に入力する電気信号の目標設定値を取得するステップと、を含み、
    前記第１の電流の目標値および前記第２の電流の目標値を算出するステップは、前記電気信号の目標設定値から、前記第１の電流の目標値および前記第２の電流の目標値を算出するステップである請求項４に記載の波長可変レーザ装置の制御方法。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113412563B (zh) * 2019-02-14 2024-05-28 古河电气工业株式会社 波长可变激光装置以及波长控制方法
US20220360047A1 (en) * 2021-05-06 2022-11-10 Microsoft Technology Licensing, Llc Wide bandwidth laser chip

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001196689A (ja) 1999-12-16 2001-07-19 Lucent Technol Inc レーザ波長を安定させる方法および装置
JP2003258372A (ja) 2002-03-06 2003-09-12 Sumitomo Electric Ind Ltd 発光モジュール
JP2015050284A (ja) 2013-08-30 2015-03-16 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 波長可変レーザの制御方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005032968A (ja) 2003-07-11 2005-02-03 Toshiba Corp 光送信モジュール
JP2010034114A (ja) 2008-07-25 2010-02-12 Mitsubishi Electric Corp レーザ装置、レーザモジュールおよび波長多重光通信システム
JP6253082B2 (ja) * 2012-07-31 2017-12-27 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 波長可変レーザの制御方法
JP6292499B2 (ja) * 2013-08-30 2018-03-14 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 波長可変レーザの制御方法
JP6304582B2 (ja) * 2013-10-30 2018-04-04 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 波長可変レーザの制御方法
JP6319718B2 (ja) * 2013-11-29 2018-05-09 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 波長可変レーザの制御方法
JP2015126195A (ja) * 2013-12-27 2015-07-06 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 波長可変レーザの制御方法
JP2016100380A (ja) * 2014-11-19 2016-05-30 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 レーザ装置、及び、光送信機
US10050405B2 (en) * 2016-04-19 2018-08-14 Lumentum Operations Llc Wavelength locker using multiple feedback curves to wavelength lock a beam

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001196689A (ja) 1999-12-16 2001-07-19 Lucent Technol Inc レーザ波長を安定させる方法および装置
JP2003258372A (ja) 2002-03-06 2003-09-12 Sumitomo Electric Ind Ltd 発光モジュール
JP2015050284A (ja) 2013-08-30 2015-03-16 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 波長可変レーザの制御方法

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