JP7259562B2 - 波長可変光源及びその波長制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、波長可変光源及びその波長制御方法に関する。

例えば下記特許文献１は、出力周波数を選択可能な波長可変レーザダイオード（ｔ－ＬＤ：tunable Laser Diode）を開示する。

特開２００９－２６９９６号公報

波長可変光源の一種であるｔ－ＬＤの発振周波数を制御するために、周波数ロッカを用いる帰還制御を行うことがある。周波数ロッカは、例えば石英からなるエタロン、レンズ、ＰＤ（フォトダイオード）等の光学部品を含む。従来、ｔ－ＬＤを第１の熱電子冷却器（ＴＥＣ：Thermal Electric Cooler）上に搭載し、周波数ロッカを第２のＴＥＣ上に搭載する形態が一般的であった。ｔ－ＬＤの発振周波数設定のためのｔ－ＬＤの温度設定と、周波数ロッカの周波数ロックのためのエタロンの温度設定とを独立させるためである。

近年、ｔ－ＬＤと周波数ロッカとの温度設定のためのＴＥＣを一つのＴＥＣで共通化させる態様が提案されている。この態様では、周波数ロッカのロック特性を決定するために設定した温度により、ｔ－ＬＤの発振周波数が変動してしまう。このため、周波数ロッカの温度設定が大幅に変更された場合には、ｔ－ＬＤの発振周波数が大幅にシフトすることになる。したがって、従来とは異なり一つのＴＥＣを用いる態様では、目標発振周波数で安定するために必要な時間が長くなってしまう。

本発明の一側面の目的は、周波数ロッカとｔ－ＬＤとでＴＥＣを共通化した態様であっても、ｔ－ＬＤが目標発振周波数で安定化するまでの時間を短縮可能な波長可変光源及びその波長制御方法を提供することである。

本発明の一側面に係る波長可変光源は、第１のヒータを含むＳＧ－ＤＦＢ領域、及び、第２のヒータを含むと共にＳＧ－ＤＦＢ領域に光結合するＣＳＧ－ＤＢＲ領域を有する波長可変レーザと、波長可変レーザの出力光を受け、当該出力光の周波数に対して周期性を有すると共に互いに位相が９０°異なる電気的な二つの制御信号を出力する周波数ロッカと、波長可変レーザ及び周波数ロッカを搭載する熱電子冷却器と、二つの制御信号の何れか一方に基づいて、第１のヒータ、第２のヒータ、及び、熱電子冷却器の温度を制御するコントローラと、を備える。

本発明の一側面によれば、周波数ロッカとｔ－ＬＤとでＴＥＣを共通化した態様であっても、ｔ－ＬＤが目標発振周波数で安定化するまでの時間を短縮可能な波長可変光源及びその波長制御方法を提案できる。

図１は、実施形態に係るｔ－ＬＤ装置の概略図である。 図２は、実施形態に係る周波数ロッカの出力特性を示す図である。 図３は、実施例１に係るｔ－ＬＤ装置に利用可能なｔ－ＬＤの概略断面図である。 図４は、ＬＵＴに保持される制御データセットをまとめた表である。 図５は、図２において目標発振周波数ｆ_{ｔａｒｇｅｔ}が示される図である。 図６は、図２における周波数ロッカの出力特性と、シフト後の出力特性とを示す図である。 図７は、補正後の周波数ロッカの出力特性を示す図である。 図８は、変形例においてＬＵＴに保持される制御データセットをまとめた表である。 図９は、別のｔ－ＬＤ装置の例を示す概略図である。 図１０は、さらに別のｔ－ＬＤ装置の例を示す概略図である。 図１１は、さらに別の例の周波数ロッカの出力特性を示す図である。

［本開示の実施形態の説明］
最初に、本開示の実施形態の内容を列記して説明する。

本開示の一実施形態は、第１のヒータを含むＳＧ－ＤＦＢ領域、及び、第２のヒータを含むと共にＳＧ－ＤＦＢ領域に光結合するＣＳＧ－ＤＢＲ領域を有する波長可変レーザと、波長可変レーザの出力光を受け、当該出力光の周波数に対して周期性を有すると共に互いに位相が９０°異なる電気的な二つの制御信号を出力する周波数ロッカと、波長可変レーザ及び周波数ロッカを搭載する熱電子冷却器と、二つの制御信号の何れか一方に基づいて、第１のヒータ、第２のヒータ、及び、熱電子冷却器の温度を制御するコントローラと、を備える波長可変光源である。

この波長可変光源では、波長可変レーザ及び周波数ロッカの両方が一つの熱電子冷却器上に搭載されている。このため、波長可変レーザと周波数ロッカとのそれぞれが異なる熱電子冷却器に搭載される場合と比較して、小型化が実現できる。また、波長可変光源は、波長可変レーザに含まれるヒータと、熱電子冷却器とを制御するコントローラを備える。これにより、周波数ロッカの出力を調整するために熱電子冷却器の温度変更する場合、上記ヒータを用いることによって、波長可変レーザの発振周波数の変化を抑制できる。したがって、波長可変レーザと周波数ロッカで熱電子冷却器を共通化していても、熱電子冷却器の温度変化に併せてヒータパワーの補正を実施することによって、波長可変レーザが目標発振周波数で安定化するまでの時間を短縮可能である。

二つの制御信号の周期は、それぞれ５０ＧＨｚでもよい。

コントローラは、ルックアップテーブルを含み、ルックアップテーブルは、複数の参照周波数、及び、複数の参照周波数のそれぞれにおける制御データセットを含み、制御データセットは、複数の参照周波数のそれぞれにおける熱電子冷却器の設定温度と、熱電子冷却器の温度に対する二つの制御信号の温度係数と、熱電子冷却器の温度に対する波長可変レーザの発振周波数の温度係数と、第１のヒータ及び第２のヒータに与えられるパワーと、第１のヒータ及び第２のヒータに与えるパワーに対する波長可変レーザの発振周波数の変化率と、二つの制御信号の出力値とを含んでもよい。この場合、コントローラの演算時間を短縮できるので、波長可変レーザが目標発振周波数で安定化するまでの時間を良好に短縮可能である。

制御データセットは、コントローラがルックアップテーブルを作成した際の波長可変光源の環境温度と、波長可変光源の環境温度に対する二つの制御信号の温度係数とをさらに含んでもよい。また、制御データセットは、前記波長可変光源の環境温度に対する前記波長可変レーザの発振周波数の温度係数をさらに含んでもよい。これらの場合、波長可変光源の環境温度の前提が異なった場合であっても、波長可変レーザの発振周波数を安定化できる。

周波数ロッカは、半導体で構成されたハイブリッド素子を含み、ハイブリッド素子は、二つの制御信号を出力してもよい。この場合、熱電子冷却器の温度変化によって二つの制御信号の周波数を容易にシフトできる。

本開示の別の一実施形態は、第１のヒータを含むＳＧ－ＤＦＢ領域、及び、第２のヒータを含むと共にＳＧ－ＤＦＢ領域に光結合するＣＳＧ－ＤＢＲ領域を有する波長可変レーザと、波長可変レーザの出力光を受け、出力光の周波数に対して周期性を有する電気的な制御信号を出力する周波数ロッカと、波長可変レーザ及び周波数ロッカを搭載する熱電子冷却器と、ルックアップテーブルを含むコントローラと、を備える波長可変光源の波長制御方法であり、当該波長制御方法は、コントローラが目標発振周波数を取得する工程と、予めルックアップテーブルに保存された複数の参照周波数の中から、目標発振周波数に最も近い参照周波数をコントローラが選択する工程と、目標発振周波数と参照周波数との差をΔｆとしたとき、Δｆを求める工程と、熱電子冷却器の温度を、Δｆで補正した式：Ｔ_ＮＥＷ＝Ｔ＋Δｆ×Ｃ_ＬＯＣＫで示される値に設定して維持する工程と（ここで、Ｔは参照周波数において熱電子冷却器に設定される温度であり、Ｃ_ＬＯＣＫは周波数ロッカから出力される制御信号の温度係数の逆数である）、第１のヒータ及び第２のヒータに対して、Ｐ_ｋ ^ｎｅｗ＝Ｐ_ｋ＋Ｃ_ＨＴｋ×（１－Ｃ_ＬＯＣＫ／Ｃ_ＬＤ）×Δｆ（ｋ＝１～５）で示されるパワーＰ_ｋ ^ｎｅｗをコントローラが初期値として与える工程と（ここで、Ｐ_ｋは参照周波数において第１のヒータ及び第２のヒータに与えられるパワーであり、Ｃ_ＨＴｋは第１のヒータ及び第２のヒータに与えるパワーに対する波長可変レーザの発振周波数の変化率の逆数であり、Ｃ_ＬＤは熱電子冷却器の温度変化に応じて変化する波長可変レーザの発振周波数の変化率の逆数である）、を備える。このような方法にて示されるパワーＰ_ｋ ^ｎｅｗを第１のヒータ及び第２のヒータに与えることによって、帰還制御を行う前の時点にて、波長可変レーザの発振周波数を目標発振周波数に近づけることができる。これにより、波長可変レーザと周波数ロッカで熱電子冷却器を共通化していても、熱電子冷却器の温度変化に併せてヒータパワーの補正を実施することによって、波長可変レーザが目標発振周波数で安定化するまでの時間を短縮可能である。

熱電子冷却器の温度を設定する工程では、温度Ｔ_ＮＥＷから（Ｔ_ＭＯＮ－Ｔ_ＣＡＬ）／Ｃ_{ＬＯＣＫ＿ＡＭＢ}を加算した値を熱電子冷却器の温度とし、第１のヒータ及び第２のヒータに対して初期値を与える工程では、パワーＰ_ｋ ^ｎｅｗからＣ_ＨＴｋ×（Ｔ_ＭＯＮ－Ｔ_ＣＡＬ）／Ｃ_{ＬＯＣＫ＿ＡＭＢ}を減じた値を初期値としてもよい（ここで、Ｔ_ＭＯＮは現在の波長可変光源の環境温度であり、Ｔ_ＣＡＬはルックアップテーブルを作成したときの波長可変光源の環境温度であり、Ｃ_{ＬＯＣＫ＿ＡＭＢ}は波長可変光源の環境温度に対する周波数ロッカから出力される制御信号の変化割合の逆数である）。この場合、動作中の波長可変光源の環境温度（すなわち、現在の波長可変光源の環境温度）が、ルックアップテーブルを作成した際の環境温度と異なる場合でも、波長可変レーザの発振を目的発振周波数もしくはその近傍にてより確実に安定させることができる。

熱電子冷却器の温度を設定する工程では、温度Ｔ_ＮＥＷから（Ｔ_ＭＯＮ－Ｔ_ＣＡＬ）／Ｃ_{ＬＯＣＫ＿ＡＭＢ}を加算した値を熱電子冷却器の温度とし、第１のヒータ及び第２のヒータに対して初期値を与える工程では、パワーＰ_ｋ ^ｎｅｗからＣ_ＨＴｋ×（Ｔ_ＭＯＮ－Ｔ_ＣＡＬ）／Ｃ_{ＬＯＣＫ＿ＡＭＢ}を減じると共にＣ_ＨＴｋ×（Ｔ_ＭＯＮ－Ｔ_ＣＡＬ）／Ｃ_{ＬＤ＿ＡＭＢ}を加算した値を初期値としてもよい（ここで、Ｔ_ＭＯＮは現在の波長可変光源の環境温度であり、Ｔ_ＣＡＬはルックアップテーブルを作成したときの波長可変光源の環境温度であり、Ｃ_{ＬＯＣＫ＿ＡＭＢ}は波長可変光源の環境温度に対する周波数ロッカから出力される制御信号の変化割合の逆数であり、Ｃ_{ＬＤ＿ＡＭＢ}は波長可変光源の環境温度に対する波長可変レーザの発振周波数の温度係数の逆数である）。この場合、動作中の波長可変光源の環境温度（すなわち、現在の波長可変光源の環境温度）が、ルックアップテーブルを作成した際の環境温度と異なる場合でも、波長可変レーザの発振を目的発振周波数もしくはその近傍にてより確実に安定させることができる。

周波数ロッカの制御信号は、互いに位相が９０°異なり、波長可変レーザの出力光の周波数に対して周期性を有する二つの制御信号を有し、上記波長制御方法は、参照周波数に対応する二つの制御信号のいずれかを選択する工程をさらに備えてもよい。

上記波長制御方法は、第１のヒータ及び第２のヒータに与えるパワーＰ_ｋ ^ｎｅｗに対して帰還制御を実施し、ｔ－ＬＤの発振周波数を目標発振周波数に一致させる工程をさらに備えてもよい。この場合、波長可変レーザの発振を目的発振周波数にてより確実に安定させることができる。

［本開示の実施形態の説明］
本開示の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、波長可変光源、及び波長可変光源の波長制御方法に係る実施形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。

図１は、本実施形態に係るｔ－ＬＤ装置の概略図である。波長可変光源の一つであるｔ－ＬＤ装置１は、ｔ－ＬＤ１０と、周波数ロッカ２０と、ＴＥＣ３０と、コントローラ５０とを含む。

ｔ－ＬＤ１０は、波長可変のための複数のヒータ１９（後述する図３を参照）を含む発光素子である。周波数ロッカ（Locker）２０は、ｔ－ＬＤ１０の出力光を受け、位相が互いに９０°異なり、該出力光の周波数に対して周期性を有する電気的な二つの制御信号を出力する部材である。周波数ロッカ２０は、半導体９０°ハイブリッド素子（以下、単に「ハイブリッド素子２１」とする）と、複数の受光素子（ＰＤ：Photo Diode）２２ａ～２２ｃとを含む。ハイブリッド素子２１は、半導体で構成された導波路構造を有する。ＴＥＣ３０は、ｔ－ＬＤ１０及び周波数ロッカ２０を搭載する。このため、ｔ－ＬＤ１０及び周波数ロッカ２０の温度設定は、共通のＴＥＣ３０によって実施される。コントローラ５０は、ｔ－ＬＤ１０、ＴＥＣ３０及び周波数ロッカ２０（具体的には、第１～第３のＰＤ２２ａ～２２ｃ）に接続されている集積回路である。コントローラ５０は、周波数ロッカ２０から出力される上記二つの制御信号の何れか一方に基づいて、ｔ－ＬＤ１０のヒータ１９及びＴＥＣ３０を制御する。コントローラ５０は、処理装置５１及び記憶装置５２を含む。

ハイブリッド素子２１は、ｔ－ＬＤ１０からの光（本実施形態では、ｔ－ＬＤ１０の前面光）を分岐し、分岐した２つの光を光学長の異なる導波路を伝搬させた後に干渉させ、得られた干渉光を第１のＰＤ２２ａにより受光させる。さらに、前記干渉光に対して９０°の位相差を有する干渉光を、第２のＰＤ２２ｂにより受光する。また、干渉特性を示さない、すなわち、９０°ハイブリッドの特性に左右されない分岐前のｔ－ＬＤ１０の生の出射光を第３のＰＤ２２ｃにより受光する。第１のＰＤ２２ａは、受光強度に応じた第１の信号（出力値：ｓＰＤ_１）を出力し、第２のＰＤ２２ｂは、受光強度に応じた第２の信号（出力値：ｓＰＤ_２）を出力し、第３のＰＤ２２ｃは、受光強度に応じた第３の信号（出力値：ｓＰＤ_３）を出力する。第３のＰＤ２２ｃに対する第１のＰＤ２２ａの出力の比（強度比：ｓＰＤ_１／ｓＰＤ_３）と、第３のＰＤ２２ｃに対する第２のＰＤ２２ｂとの出力の比（強度比：ｓＰＤ_２／ｓＰＤ_３）をそれぞれ求めることにより、ハイブリッド素子２１によって規格化された二つの干渉スペクトルを得ることができる。

干渉スペクトル、すなわち、第３のＰＤ２２ｃの出力によって規格化された第１のＰＤ２２ａの出力及び第２のＰＤ２２ｂの出力は、それぞれ周波数に対して正弦波の挙動を示す。そして、分岐された一方の光の位相遅れに基づいて、分岐光が伝搬する導波路長を設定する。例えば、ハイブリッド素子２１に入力する二つの光信号の光路長差（すなわち、一方の光の位相遅れ）を所定の値に設定することにより、上記正弦波の周期を５０ＧＨｚ又はその近傍に設定できる。すなわち、ハイブリッド素子２１から出力される二つの制御信号の周期を５０ＧＨｚに設定できる。一般に、該周期はフリースペクトラルレンジ（ＦＳＲ）と定義される。また、５０ＧＨｚは、高密度周波数分割多重システムのグリッド間隔に相当する。なお、第２のＰＤ２２ｂから出力される第２の信号は、第１のＰＤ２２ａから出力される第１の信号に対して位相が９０°（π/２）、すなわち、５０/４＝１２.５ＧＨｚシフトしている。

図２は、本実施形態に係る周波数ロッカの出力特性を示す図である。図２において、横軸は周波数を示し、縦軸は規格化された第１のＰＤ２２ａ及び第２のＰＤ２２ｂの出力（強度比）を示す。図２において、グラフ６１は第１のＰＤ２２ａから出力される信号を示し、グラフ６２は第２のＰＤ２２ｂから出力される信号を示す。図２に示されるように、本実施形態に係るｔ－ＬＤ装置１では、互いに位相が９０°異なる電気的な二つの出力（制御信号）が得られる。このため、該二つの出力についてコントローラ５０がｔ－ＬＤ１０に対して交互に帰還制御を施すことができる。これにより、ｔ－ＬＤ１０と周波数ロッカ２０でＴＥＣ３０を共通化していても、ＴＥＣ３０の温度の設定幅は、周波数ロッカ２０が単一の出力のみを提供する態様と比較して、１／２にできる。ｔ－ＬＤ装置１の目標発振周波数を変更する場合であっても、ＴＥＣ３０の温度変更幅を狭く設定できる。したがって、新たな目標発振周波数で安定発振するまでの時間を短縮できる。

このｔ－ＬＤ装置１によれば、周波数ロッカ２０、具体的には、光学長の異なる二つの導波路とそれら導波路を入力とする９０°ハイブリッド素子２１を含むハイブリッド素子は、半導体材料で構成されている。そのため、ハイブリッド素子２１は、従来のエタロンフィルタと比較して大きい温度依存性を示す。これは、半導体材料の線膨張係数は、従来のエタロンフィルタの材料として一般的であった石英に比べて大きい傾向にあるからである。このように比較的大きな温度依存性を示すハイブリッド素子２１は、温度変化が小さい場合であっても所望の出力特性を得ることができる。ハイブリッド素子２１の温度は、ＴＥＣ３０により制御される。ＴＥＣ３０によるハイブリッド素子２１の温度変化によって、ＴＥＣ３０上に搭載されているｔ－ＬＤ１０の発振周波数もまた変動する。

ここで本実施形態に係るｔ－ＬＤ１０では、ＴＥＣ３０が引き起こす温度変化に起因するｔ－ＬＤ１０の発振周波数の変化は、ｔ－ＬＤ１０に集積化されたヒータ１９により補償可能である。このため、単一のＴＥＣ３０を備えるｔ－ＬＤ装置１は、ｔ－ＬＤ１０と周波数ロッカ２０とのそれぞれにＴＥＣを用意する態様に比べて低消費電力にて動作可能である。加えて、上記態様と比較して、ＴＥＣ３０を駆動する回路を小型化できる。

なお図１に示されるように、ｔ－ＬＤ装置１は温度検知素子３１、３２を更に備える。温度検知素子３１は、ＴＥＣ３０の温度を検知する素子であり、ＴＥＣ３０上に搭載されている。ＴＥＣ３０の温度は、例えば、温度検知素子３１が搭載されたＴＥＣ３０の表面温度である。コントローラ５０は、ＴＥＣ３０の温度を示すモニタ信号ｓＴを温度検知素子３１から受けることによって、目標のＴＥＣ温度に対応する値になるようにＴＥＣ３０に対して帰還制御を施す。温度検知素子３２は、波長可変光源であるｔ－ＬＤ装置１の環境温度を検知する素子である。温度検知素子３２は、ｔ－ＬＤ装置１の内部もしくはその周辺に設けられる。コントローラ５０は、ｔ－ＬＤ装置１の環境温度を示すモニタ信号を温度検知素子３２から受ける。

（実施例１）
図３は、実施例１に係るｔ－ＬＤ装置に利用可能なｔ－ＬＤの概略断面図である。ｔ－ＬＤ１０は、ＳＧ－ＤＦＢ領域Ａ（Sampled Grating Distributed Feedback）と、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂ（Chirped Sampled Grating Distributed Bragg Reflector）と、ＳＯＡ領域Ｄ（Semiconductor Optical Amplifier）と、光吸収領域Ｃとを備える。フロント側からリア側にかけて、ＳＯＡ領域Ｄ、ＳＧ－ＤＦＢ領域Ａ、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂ、光吸収領域Ｃがこの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、光学利得を有さず、チャープドサンプルドグレーティングを備える。ＳＧ－ＤＦＢ領域Ａは、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂ及びＳＯＡ領域Ｄに光結合している。ＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂは、ＳＧ－ＤＦＢ領域Ａに加えて光吸収領域Ｃに光結合している。

ＳＧ－ＤＦＢ領域Ａは、基板１１上に、下部クラッド層１２、活性層１３、上部クラッド層１６、コンタクト層１７ａ、電極１８ａ、および絶縁膜１９ｄを介して複数のヒータ１９（第１のヒータ）が積層された構造を有する。ＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂは、基板１１上に、下部クラッド層１２、光導波層１４、上部クラッド層１６、絶縁膜１９ｄ、および複数のヒータ１９（第２のヒータ）が積層された構造を有する。各ヒータ１９には、電極１９ａ、１９ｂが設けられている。ＳＯＡ領域Ｄは、基板１１上に、下部クラッド層１２、光増幅層１５ｃ、上部クラッド層１６、コンタクト層１７ｃ、および電極１８ｃが積層された構造を有する。光吸収領域Ｃは、基板１１上に、下部クラッド層１２、光吸収層１５ｂ、上部クラッド層１６、コンタクト層１７ｂ、および電極１８ｂが積層された構造を有する。基板１１の裏面には、各領域Ａ～Ｄに共通の裏面電極１８ｄが設けられる。

ｔ－ＬＤ１０では、基板１１、下部クラッド層１２、および上部クラッド層１６は、各領域Ａ～Ｄで一体的に形成されている。活性層１３、光導波層１４、光吸収層１５ｂ、および光増幅層１５ｃは、同一面上に形成されている。すなわち、活性層１３、光導波層１４、光吸収層１５ｂ、および光増幅層１５ｃの下辺は、領域Ａ～Ｄで一体的に形成された下部クラッド層１２の上辺に一致している。ＳＧ－ＤＦＢ領域ＡとＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂとの境界は、活性層１３と光導波層１４との境界と対応している。ＳＯＡ領域Ｄの端面には端面膜１１ａが形成されている。実施例１では、端面膜１１ａはＡＲ（Anti-Reflection）膜である。端面膜１１ａは、ｔ－ＬＤ１０のフロント側端面として機能する。一方、光吸収領域Ｃの端面には、端面膜１１ｂが形成されている。実施例１では、端面膜１１ｂもＡＲ膜である。端面膜１１ｂは、ｔ－ＬＤ１０のリア側端面として機能する。

基板１１は、例えば、ｎ型ＩｎＰ基板である。下部クラッド層１２は例えばｎ型ＩｎＰ層であり、上部クラッド層１６は例えばｐ型ＩｎＰ層である。下部クラッド層１２および上部クラッド層１６の屈折率は、活性層１３、光導波層１４、光吸収層１５ｂ、および光増幅層１５ｃの屈折率よりも小さい。このため、下部クラッド層１２および上部クラッド層１６によって光閉じ込め構造が形成される。

活性層１３は、最上部にヒータ１９を有する光変調層１３ａと、光学利得を有する光生成層１３ｂとが光軸に沿って交互に配置される構造を有する。光生成層１３ｂは、量子井戸構造を備えてもよく、例えばＧａ_０.３２Ｉｎ_０.６８Ａｓ_０.９２Ｐ_０.０８（厚さ５ｎｍ）からなる井戸層と、Ｇａ_０.２２Ｉｎ_０.７８Ａｓ_０.４７Ｐ_０.５３（厚さ１０ｎｍ）からなる障壁層とが交互に積層された構造を有する。光生成層１３ｂの最上部には、電極１８ａが設けられる。

光変調層１３ａおよび光導波層１４は、例えばバルク半導体層で構成することができ、例えばＧａ_０.２２Ｉｎ_０.７８Ａｓ_０.４７Ｐ_０.５３によって構成される。光変調層１３ａおよび光導波層１４は、光生成層１３ｂよりも大きいエネルギギャップ（Ｅｇ）を有する。

光増幅層１５ｃは、電極１８ｃから注入される電流に応じて光学利得が与えられることによって、光増幅をなす領域である。光増幅層１５ｃは、例えば量子井戸構造を備えてもよい。光増幅層１５ｃは、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）の障壁層とが交互に積層された構造を有する。もしくは、光増幅層１５ｃは、例えばＧａ_０.４４Ｉｎ_０.５６Ａｓ_０.９５Ｐ_０.０５からなるバルク半導体でもよい。なお、光増幅層１５ｃと光生成層１３ｂとは、同じ材料で構成されてもよい。

光吸収層１５ｂは、電極１８ｂに印加されるバイアスに応じて基礎吸収端のエネルギギャップをシフト（小さく）できる領域である。光吸収層１５ｂのエネルギギャップをシフトすることによって、光学吸収度を変化できる。光吸収層１５ｂは、例えば量子井戸構造を備えてもよい。光吸収層１５ｂは、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）の障壁層とが交互に積層された構造を有する。もしくは、光吸収層１５ｂは、例えばＧａ_０.４４Ｉｎ_０.５６Ａｓ_０.９５Ｐ_０.０５からなるバルク半導体でもよい。なお、光吸収層１５ｂと光生成層１３ｂとは、同じ材料で構成されてもよい。

コンタクト層１７ａ～１７ｃは、例えばｐ型のＧａ_０.４７Ｉｎ_０.５３Ａｓ結晶によって構成できる。絶縁膜１９ｄは、例えば窒化シリコン膜（ＳｉＮ）または酸化シリコン膜（ＳｉＯ）を有する保護膜である。ヒータ１９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１９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。ＳＧ－ＤＦＢ領域Ａのヒータ１９は、光変調層１３ａ上に形成される。

電極１８ａ～１８ｃ、１９ａ、１９ｂは、金（Ａｕ）等からなる導電体である。基板１１の裏面には、裏面電極１８ｄが形成されている。裏面電極１８ｄは、ＳＧ－ＤＦＢ領域Ａ、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂ、光吸収領域Ｃ、およびＳＯＡ領域Ｄにまたがって形成されている。

端面膜１１ａ、１１ｂは、１％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ＭｇＦ_２およびＴｉＯＮを交互に積層した構成を有する。なお、端面膜１１ｂは、有意の反射率を持つ反射膜で構成されてもよい。その場合、端面膜１１ｂから外部に漏洩する光を抑制できる。有意の反射率は、例えば１０％以上である。

回折格子１２ａは、ＳＧ－ＤＦＢ領域ＡおよびＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂの下部クラッド層１２において、所定の間隔を空けて複数箇所に形成されている。すなわち、ＳＧ－ＤＦＢ領域ＡおよびＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂは、サンプルドグレーティングを有する。回折格子１２ａは、下部クラッド層１２とは異なる屈折率の材料で構成されている。下部クラッド層１２がＩｎＰ層である場合、回折格子１２ａを構成する材料として、例えばＧａ_０.２２Ｉｎ_０.７８Ａｓ_０.４７Ｐ_０.５３を用いることができる。

光軸に沿って、ＳＧ－ＤＦＢ領域Ａの回折格子１２ａのピッチ（コルゲーション間の間隔）と、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂの回折格子１２ａのピッチとは、同一でもよく、異なってもよい。本実施例では、両ピッチは同一である。また、一つの回折格子１２ａとこれに連続する一つのスペース（回折格子１２ａの存在しない領域）とによって、一つのセグメントが形成される。各セグメントにおいて回折格子１２ａが占める部分（回折格子部分）は、光軸に沿って同じ長さを有してもよく、異なる長さを有してもよい。また、ＳＧ－ＤＦＢ領域Ａで各セグメントの各回折格子部分が同じ長さを有し、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂで各セグメントの回折格子部分が同じ長さを有し、ＳＧ－ＤＦＢ領域ＡとＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂとで回折格子部分の長さが異なっていてもよい。ＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂのサンプルドグレーティングの光学特性は、複数の周期的な反射ピークを与える。一方、ＳＧ－ＤＦＢ領域Ａのサンプルドグレーティングは複数の周期的な光学利得ピークを与える。両者のピークの位置（周波数）は、それぞれの領域のヒータに与えるパワー（ヒータパワー）、並びに、ヒータの発熱によるそれぞれのサンプルドグレーティングの温度に依存する。このため、ヒータパワーを調整することによって、反射ピークの一つと利得ピークの一つの周波数を一致させることができる。この場合、ｔ－ＬＤ１０は、該一致した周波数で発振する。

ＳＧ－ＤＦＢ領域Ａでは、各セグメントの光学長が実質的に同一となっている。一方、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂでは、少なくとも２つのセグメントの光学長が異なって形成されている。この構成により、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂのサンプルドグレーティングによる複数の反射ピークの各強度は、周波数依存性を示す。ＣＳＧ－ＤＢＲ領域Ｂのヒータの温度を調整することにより、最大強度を示す反射ピークを選択できる。したがって、ｔ－ＬＤ１０の周波数選択性を拡大できる。

以下では、再び図２を参照しながら、本実施形態に係るｔ－ＬＤ装置１の制御の概要を説明する。

＜Ａ．Look-Up-Table（ＬＵＴ）の作成＞
ＴＥＣ３０をある温度Ｔ_ｒｅｆで一定に維持した状態で次の操作を行う。周波数ロッカ２０は、その温度にかかわらず、図２に示されるような正弦波の出力特性を示す。ここで、分岐された導波路長の差を調整することで、正弦波の周期を５０ＧＨｚ（ＤＷＤＭの規格の一つ、１９２～１９７ＴＨｚの帯域で１００チャネルを実現する）とする。すなわち、ハイブリッド素子２１における上記導波路長の差を調整することによって、ＦＳＲを５０ＧＨｚに設定する。

ハイブリッド素子２１を含む周波数ロッカ２０と、ｔ－ＬＤ１０と、コントローラ５０とによって構成される周波数ロック帰還ループ（以下、単に「帰還ループ」とする）を効率的に動作させるには、帰還ループを構成する各構成要素の利得を大きくすることが求められる。例えば、周波数ロッカ２０の出力の最大（最小）近傍を動作点（発振周波数）とする帰還ループを動作させようとしても、周波数ロッカ２０の効率（出力／周波数）が小さいため、帰還ループが意図するロック動作を実施できない。帰還ループを安定に動作させるには、周波数ロッカ２０の出力特性の最大効率の周波数でロックさせることが肝要となる。図２に示されるように周波数ロッカ２０の出力特性が正弦波に近いものであるので、該最大効率は、最大／最小の中央値となる。すなわち、図２に示される白丸で示されるロック点が、上記最大効率となる。この時の周波数を例えばｆ_０ ^（ｉ）’［Ｈｚ］とする。ＴＥＣ３０の温度が一度決定されれば、図２に示す出力特性（output-frequency）は維持される。

ｔ－ＬＤ１０にバイアス電流を供給して、ｔ－ＬＤ１０を実際に発光させる。そして、ヒータ（１～５）に与えるパワーを調整して、ｔ－ＬＤ１０の出力をｆ_０ ^（ｉ）’に限りなく近い値に設定する。このとき、ｔ－ＬＤ１０の出力は、必ずしもｆ_０ ^（ｉ）’に一致しなくてもよい。この時点では帰還ループは動作させていない。また、バイアス電流は、ｔ－ＬＤ１０が実際に使用される状態に印加される値ではなく、ｔ－ＬＤ１０が満足に発光する程度であって、発振周波数を明瞭に区別できる程度の値に留める。バイアス電流によるｔ－ＬＤ１０の発熱を極力抑制することが目的である。そして、このときの実際の発振周波数ｆ_０ ^（ｉ）［Ｈｚ］、ヒータ（１～５）に与えているパワーの初期値（Ｐ_ｋ ^（ｉ）［Ｗ］、ｋ＝１～５）、及び周波数ロッカ２０から出力される二つの制御信号の出力値ｓＰＤ_１、ｓＰＤ_３を制御データセットとして記憶装置５２に記録する。この制御データセットでは、第１のＰＤ２２ａの出力を使用しているものとする。なお、ＰＤの出力値そのものはバイアス電流の大きさ、及びｔ－ＬＤ１０の経時変化に影響される。したがって、第３のＰＤ２２ｃの出力値ｓＰＤ_３ ^（ｉ）で第１のＰＤ２２ａの出力値ｓＰＤ_１ ^（ｉ）を規格化した値（ｎＰＤ_１ ^（ｉ）=ｓＰＤ_１ ^（ｉ）／ｓＰＤ_３ ^（ｉ））を制御データセットとして保持することも有効である。

さらに、上記発振周波数がｆ_０ ^（ｉ）で安定した後、各ヒータに与えるパワーに対するｔ－ＬＤ１０の発振周波数の変化率と、その逆数Ｃ_ＨＴｋ ^（ｉ）［Ｗ／Ｈｚ］を取得する。Ｃ_ＨＴｋ ^（ｉ）は、例えば各ヒータに与えるパワーを所定量（例えば、Ｐ_ｋ ^（ｉ）の１％程度）変化させて得られた発振周波数を用いて取得される。同様にして、ＴＥＣ３０の温度変化に対するｔ－ＬＤ１０の発振周波数の変化率と、その逆数Ｃ_ＬＤ ^（ｉ）［Ｋ／Ｈｚ］を取得する。Ｃ_ＬＤ ^（ｉ）は、例えばＴＥＣ３０の温度を１Ｋ変化させて得られた発振周波数を用いて取得される。また、上記発振周波数がｆ_０ ^（ｉ）で安定した後に帰還ループを作用させた状態にて、周波数ロッカ２０から出力される二つの制御信号の温度係数と、その逆数Ｃ_ＬＯＣＫ ^（ｉ）［Ｋ／Ｈｚ］を取得する。Ｃ_ＬＯＣＫ ^（ｉ）は、例えば帰還ループを作用させた状態にて、ＴＥＣ３０の温度を例えば１Ｋ変化させた時のｔ－ＬＤ１０の発振周波数の変化量（ｔ－ＬＤ１０の発振周波数の温度係数）を用いて取得される。帰還ループが作用されているので、ｔ－ＬＤ１０の発振周波数は、自身の状態（ヒータパワー等）には無関係に、第１のＰＤ２２ａの出力（あるいはその規格値）を一定とする様に変化する。この発振周波数の変化は、まさに周波数ロッカ２０の出力特性の温度依存性に相当するものである。さらに、帰還ループが作用しない状態では、第１のＰＤ２２ａの出力（あるいはその規格値）が変化する。その時の変化量の逆数Ｃ_ＰＤｍ ^（ｉ）［１／Ｈｚ］（ｋ＝１，２）も取得する。ヒータパワーの変化、ＴＥＣ３０の温度変化は、全てｔ－ＬＤ１０の発振周波数の変化に帰結する。第１のＰＤ２２ａの出力（その規格値）の発振周波数に対する変化率は、これら全ての事象の統計量として獲得することも可能である。なお、取得された上記変化率、上記温度係数、及び上記変化量と、これらの逆数Ｃ_ＨＴｋ ^（ｉ），Ｃ_ＬＤ ^（ｉ），Ｃ_ＬＯＣＫ ^（ｉ），Ｃ_ＰＤｍ ^（ｉ）は、実際の発振周波数ｆ_０ ^（ｉ）における制御データセットの一部として記憶装置５２に記憶される。

同様の操作を第２のＰＤ２２ｂの出力についても行う。ヒータパワーを調整し、ｔ－ＬＤ１０の発振周波数をｆ_０ ^（ｉ）から１２.５ＧＨｚ離れたｆ_０ ^{（ｉ＋１）}’に近い値に収斂させる。そして、その時の実際の発振周波数をｆ_０ ^{（ｉ＋１）}、ヒータパワー（初期値）をＰ_ｋ ^{（ｉ＋１）}、第２のＰＤ２２ｂの出力（ｎＰＤ_２ ^{（ｉ＋１）}＝ｓＰＤ_２／ｓＰＤ_３）を発振周波数ｆ_０ ^{（ｉ＋１）}の制御データセットとして記憶装置５２に記憶する。加えて、取得されたＣ_ＨＴｋ ^{（ｉ＋１）}，Ｃ_ＬＤ ^{（ｉ＋１）}，Ｃ_ＬＯＣＫ ^{（ｉ＋１）}，Ｃ_ＰＤｍ ^{（ｉ＋１）}のそれぞれもまた、実際の発振周波数ｆ_０ ^{（ｉ＋１）}における制御データセットの一部として記憶装置５２に記憶される。

上の操作を１２.５ＧＨｚ間隔で設定した全てのロック点（例えば、１９２～１９７ＴＨｚの領域では４００点存在する）に対して行い、ＬＵＴを完成する。すなわち、ＬＵＴは、複数の参照周波数、及び、該複数の参照周波数のそれぞれにおける制御データセットを含む。このＬＵＴは、ｔ－ＬＤ装置１の出荷前において、コントローラ５０の記憶装置５２に記憶される。

図４は、ＬＵＴに保持される制御データセットをまとめた表である。上述したように、周波数ロッカの出力の温度特性の逆数Ｃ_ＬＯＣＫ、ｔ－ＬＤ１０の発振周波数の温度特性の逆数Ｃ_ＬＤ、ヒータパワーに対するｔ－ＬＤ１０の発振周波数の係数の逆数Ｃ_ＨＴｋ、並びに、ＰＤの出力の発振周波数依存性の逆数Ｃ_ＰＤｍが記憶装置５２に記憶されている。これにより、次に説明する実際のｔ－ＬＤ１０の発振周波数のロック動作を実施する際に、コントローラ５０の制御シークエンスを早めることができる。すなわち、コントローラ５０内での演算を簡略化できる。したがって、制御データセットには、上記温度特性、上記係数、及び上記発振周波数依存性だけでなく、これらの逆数が含まれる。なお、制御データセットには、上記温度特性、上記係数、及び上記発振周波数依存性が含まれず、これらの逆数が含まれてもよい。

上記例では、ＴＥＣ３０の温度Ｔ_ｒｅｆは全てのチャンネルにおいて一定とするモードを採用している。しかしながら、特に最大／最小に近いチャンネルにおいては、中央部で設定された温度Ｔｒｅｆを維持した場合、目標とするチャンネル周波数でｔ－ＬＤ１０を発振させようとすると、ヒータパワーの大きさが過大／過小になる場合がある。このような場合に備えて、ＴＥＣ３０の温度をＴ_ｒｅｆから変化させて上記ＬＵＴを作成してもよい。この場合、温度を変えた時とハイブリッド素子２１の出力特性について、そのチャネル周波数が中央値付近からシフトすることになるものの、出力の最大／最小点に近づき過ぎることがなければ帰還ループは安定に作用する。また、最大／最小点に近づいた場合には、ハイブリッド素子２１の二つの出力を切り替えることでも対応可能である。二つの出力の位相は互いに９０°異なっているので、二つの出力の一方が最大／最小に近い時、二つの出力の他方はその中央値付近にある。上記説明では二つの出力を交互に採用することを前提としているが、ＬＵＴにいずれの出力を採用するかの情報も保持してもよい。

＜Ｂ．ｔ－ＬＤ１０の実際の運用＞
次に、ｔ－ＬＤ１０を目標発振周波数で動作させる時のアルゴリズムを以下に説明する。なお、下記アルゴリズムを利用することなくｔ－ＬＤ１０がＬＵＴに設定されるチャネル周波数のいずれかに一致する場合は極めて稀である。

（１）コントローラ５０はシステムから目標発振周波数（ｆ_{ｔａｒｇｅｔ}）の情報を得る。図５は、図２において目標発振周波数が示される図である。図５においては、目標発振周波数は、矢印にて示される。

（２）次に、コントローラ５０は、ＬＵＴに格納されている参照周波数ｆ_０ ^（ｉ）（ｉ＝１～Ｎ）の中で目標発振周波数ｆ_{ｔａｒｇｅｔ}に最も近い参照周波数のチャネルを画定する。図５によれば、目標発振周波数ｆ_{ｔａｒｇｅｔ}に最も近いロック点は（ｉ－１）に位置するので、画定された参照周波数のチャネルは（ｉ－１）になる。続いて、該ＬＵＴから画定されたチャネルについての制御データセットを全て読みだす。ＬＵＴに格納されているチャネルには、第１のＰＤ２２ａと第２のＰＤ２２ｂとのいずれを基準とするかの情報（ＰＤ選択情報）も格納されている。このため、コントローラ５０は、ＰＤ選択情報も読み出す。以下の例では、第２のＰＤ２２ｂが選択される。

（３）次に、画定されたチャネルの参照周波数と、目標発振周波数ｆ_{ｔａｒｇｅｔ}との差Δｆ［Ｈｚ］を以下の式１として定義（計算）する。すなわち、目標発振周波数ｆ_{ｔａｒｇｅｔ}を取得すると共に参照周波数ｆ_０ ^（ｉ）が選択された後、Δｆを求める。なお、以下の式１において、ｎは１～Ｎの範囲内における自然数である。

（４）次に、ＴＥＣ３０に設定すべき温度を計算する。仮に、ＴＥＣ３０の温度がＴｒｅｆ^（ｎ）［Ｋ］、ｔ－ＬＤ１０のヒータパワーの初期値がＰ_ｋ ^（ｎ）［Ｗ］（ｋ＝１～５）である場合、第３のＰＤ２２ｃの出力を用いて規格化された第１のＰＤ２２ａの出力値は、約１．０になるはずである。しかしながら、この出力値は参照周波数に一致する場合である。このため、目標発振周波数ｆ_{ｔａｒｇｅｔ}における出力値は、約１．０よりも当然にシフトした値となる。この場合、周波数ロックの帰還制御が安定的に動作しにくい。よって目標発振周波数ｆ_{ｔａｒｇｅｔ}でも該帰還制御を安定的に動作させる観点から、目標発振周波数ｆ_{ｔａｒｇｅｔ}で上記出力値が約１．０程度になるように、周波数ロッカ２０（厳密にはハイブリッド素子２１）の出力特性をシフトさせる。例えば図６に示されるように、ＴＥＣ３０の温度を調整することによって、第２のＰＤ２２ｂの出力特性を破線で示されるグラフ６２から実線で示されるグラフ７２にシフトさせる。この工程では、ハイブリッド素子２１の温度変化量ΔＴ_ＴＥＣを、以下の式２として定義する。そして得られたΔＴ_ＴＥＣを用いて、以下の式３に沿ってＴＥＣ３０が設定される温度Ｔ_ＮＥＷを求め、ＴＥＣ３０の温度をＴ_ＮＥＷとする。すなわち、ＴＥＣ３０の温度をＴ_ＮＥＷになるように設定して維持する。ＴＥＣ３０の温度をＴ_ＮＥＷにて安定させると、第２のＰＤ２２ｂの出力特性が図６に示されるグラフ７２で与えられたものとなる。

（５）次に、ｔ－ＬＤ１０が目標発振周波数ｆ_{ｔａｒｇｅｔ}で発振するように、ヒータ１９の初期値を補正する。仮にｔ－ＬＤ１０の発振周波数に温度依存性がない場合、ｔ－ＬＤ１０が目標発振周波数ｆ_{ｔａｒｇｅｔ}で発振するためのヒータ１９への供給パワーの初期値Ｐ_ｋ（ｋ＝１～５）は、参照周波数ｆ_０ ^{（ｉ－１）}におけるヒータパワーの初期値Ｐ_ｋ ^{（ｉ－１）}に対して以下のように補正される。

しかしながら、ＴＥＣ３０の温度を変更することによって、ｔ－ＬＤ１０の発振周波数も当然に変化する。ハイブリッド素子２１を例えばシリコンフォトニクスで構成した場合、ハイブリッド素子２１の温度係数は－９ＧＨｚ／Ｋである。一方、ＩｎＰを主材料としてｔ－ＬＤ１０を構成した場合、ｔ－ＬＤ１０の発振周波数の温度係数は－１３ＧＨｚ／Ｋである。上述したヒータパワーの初期値Ｐ_ｋ ^（ｎ）では、ｔ－ＬＤ１０の温度特性（温度係数）は考慮されていない。このため、ｔ－ＬＤ１０の発振周波数がＦＳＲ／４の領域を逸脱する可能性がある。したがって本実施形態では、下記式５を用いて、ＴＥＣ３０の温度変更によるｔ－ＬＤ１０の発振周波数のシフトを考慮したヒータパワーの初期値を見積もる。下記式５における右辺第３項が、ｔ－ＬＤ１０の温度特性を考慮した補正項に相当する。なお、ハイブリッド素子２１の温度係数とは、ＴＥＣ３０の温度を１Ｋ変化させた時のハイブリッド素子２１の出力特性（透過スペクトル）の周波数シフト量を示す。ハイブリッド素子２１の温度係数は、ハイブリッド素子２１の透過スペクトルの温度変動の度合いを示しており、周波数ロッカ２０から出力される制御信号の温度係数に相当する。

（６）次に、上記式５によって見積もったパワーＰ_ｋ ^ｎｅｗをヒータに供給し、かつ、ｔ－ＬＤ１０のＳＧ－ＤＦＢ領域ＡとＳＯＡ領域Ｄとにバイアス電流を供給する。具体的には、ヒータパワーがＰ_ｋ ^ｎｅｗとなるように、ヒータに電流を供給する。上述したように、本工程におけるバイアス電流の値は、帰還ループを安定に動作させるためだけの値（すなわち、発振周波数を明瞭に区別できる程度の値）とする。この時点で、ｔ－ＬＤ１０の発振周波数は、目標発振周波数ｆ_{ｔａｒｇｅｔ}のごく近傍にある。そしてｔ－ＬＤ１０から発振された光を取出し、周波数ロッカ２０およびコントローラ５０との間で帰還ループを形成する。そして、ｔ－ＬＤ１０の発振周波数を目標発振周波数ｆ_{ｔａｒｇｅｔ}に収斂させる。

（７）図７は、補正後の周波数ロッカの出力特性を示す図である。上記（１）の工程にて画定した参照周波数はｆ_０ ^{（ｉ－１）}であったところ、図７に示されるように、上記ヒータパワーＰ_ｋを供給すると、発振周波数は、例えば白丸で示されるように、目標発振周波数ｆ_{ｔａｒｇｅｔ}に対して参照周波数ｆ_０ ^（ｉ）側にシフトしている。仮にｔ－ＬＤ１０の発振周波数に温度依存性がない場合、上記式４のようにヒータパワーを補正することによって、ｔ－ＬＤ１０は目標発振周波数ｆ_{ｔａｒｇｅｔ}の極近傍で安定するはずである。しかしながら実際にはｔ－ＬＤ１０に温度特性があるため、ｔ－ＬＤ１０の発振は、目標発振周波数ｆ_{ｔａｒｇｅｔ}を超え、参照周波数ｆ_０ ^（ｉ）に近づいてしまう。もし、ヒータパワーを上記式４で算出した値に補正した場合、発振周波数は、さらに参照周波数ｆ_０ ^（ｉ）に近づく、もしくは該参照周波数を超えることがある。

これに対して、本実施形態では、ＴＥＣ３０の温度変更に伴うｔ－ＬＤ１０の影響を考慮した補正を実施する。具体的には、ヒータパワーを上記式５で算出した値に補正する。これにより、ｔ－ＬＤ１０の最初の発振周波数は、目標発振周波数ｆ_{ｔａｒｇｅｔ}のごく近傍に留めることができる。そしてヒータパワーに対する帰還ループを施すことにより、ｔ－ＬＤ１０の発振を最終的に目標発振周波数ｆ_{ｔａｒｇｅｔ}で安定化できる。ヒータ１９への帰還ループは、例えば、下記式６にて算出されるヒータパワーΔＰ_ｋを増減する。なお、下記式６に含まれるΔＰＤ_２は、第２のＰＤ２２ｂの規格出力値と、目標発振周波数での規格出力値（上記一連の工程により１．０とする）との差である。本工程では、第２のＰＤ２２ｂの規格出力値が１．０になるまで、ヒータパワーの調整を繰り返す。

（８）目標発振周波数でのｔ－ＬＤ１０の発振が安定した後、バイアス電流に対し、第３のＰＤ２２ｃの出力に対するＡＰＣ（Auto-Power Control）をｔ－ＬＤ１０に施す。このとき、上述した周波数ロック帰還ループも並行して行う。ｔ－ＬＤ１０はＳＯＡ領域Ｄを有するので、ＡＰＣはＳＯＡ領域Ｄに対しても実施される。

以上に説明した本実施形態に係る波長可変光源であるｔ－ＬＤ装置１によれば、ｔ－ＬＤ１０及び周波数ロッカ２０の両方が一つのＴＥＣ３０上に搭載されている。このため、ｔ－ＬＤ１０と周波数ロッカ２０とのそれぞれが異なるＴＥＣに搭載される場合と比較して、小型化が実現できる。また、ｔ－ＬＤ装置１は、ｔ－ＬＤ１０に含まれるヒータ１９と、ＴＥＣ３０とを制御するコントローラ５０を備える。例えば上述したように、コントローラ５０は、目標発振周波数ｆ_{ｔａｒｇｅｔ}を取得し、予め保存された複数の参照周波数ｆ_０ ^（ｎ）の中から、目標発振周波数ｆ_{ｔａｒｇｅｔ}に最も近い値の参照周波数を選択する。加えて本実施形態では、参照周波数に対応する上記二つの制御信号のいずれかを選択する。その後、上述した式１～３を用いてＴＥＣ３０の温度を調整することによって、周波数ロッカ２０の出力特性をシフトさせる。これにより、ロック点を目標発振周波数に一致させる。ここでＴＥＣ３０の温度を変更すると、ｔ－ＬＤ１０の発振周波数も変化してしまうので、上述した式５を用いてヒータパワーの補正値を算出する。この補正値をヒータに与えることによって、帰還制御を行う前の時点にて、ｔ－ＬＤ１０の発振周波数を目標発振周波数に近づけることができる。これにより、ｔ－ＬＤ１０と周波数ロッカ２０でＴＥＣ３０を共通化していても、ＴＥＣ３０の温度変化に併せてヒータパワーの補正を実施することによって、ｔ－ＬＤ１０が目標発振周波数ｆ_{ｔａｒｇｅｔ}で安定化するまでの時間を短縮可能である。

本実施形態では、コントローラ５０は、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を含み、ＬＵＴは、複数の参照周波数、及び、該複数の参照周波数のそれぞれにおける制御データセットを含み、制御データセットは、複数の参照周波数のそれぞれにおけるＴＥＣ３０の設定温度と、ＴＥＣ３０の温度に対する二つの制御信号の温度係数と、ＴＥＣ３０の温度に対するｔ－ＬＤ１０の発振周波数の温度係数と、ヒータ１９に与えられるパワーと、ヒータパワーに対するｔ－ＬＤ１０の発振周波数の変化率と、二つの制御信号の出力値とを含んでもよい。この場合、コントローラ５０の演算時間を短縮できるので、ｔ－ＬＤ１０が目標発振周波数で安定化するまでの時間を良好に短縮可能である。

本実施形態では、周波数ロッカ２０は、半導体で構成されたハイブリッド素子２１を含み、ハイブリッド素子２１は、二つの制御信号を出力してもよい。この場合、ＴＥＣ３０の温度変化によって二つの制御信号の周波数を容易にシフトできる。

（変形例）
次に、上記実施形態の変形例について説明する。該変形例の説明において上記実施形態と重複する記載は省略し、上記実施形態と異なる部分を記載する。

ｔ－ＬＤ装置１が発振周波数の設定もしくは変更の指令をシステムから受けた場合、上記実施形態にて説明した工程に基づいて、新たな目標発振周波数に向けた収斂動作を行う。ここで、ＬＵＴを作成した時のｔ－ＬＤ装置１の環境温度と、実際の動作中における当該環境温度とが異なる場合、ＬＵＴに保持される制御データセットをＴＥＣ３０、ｔ－ＬＤ１０に適用しても、環境温度の前提が異なってしまう。このため、参照周波数ｆ_０ ^（ｉ）に対応する制御データセット｛Ｔ_ｒｅｆ，Ｃ_ＬＯＣＫ ^（ｉ），Ｃ_ＬＤ ^（ｉ）、Ｐ_ｋ ^（ｉ），Ｃ_ＨＴｋ ^（ｉ），ｓＰＤ_ｍ ^（ｉ），Ｃ_ＰＤｍ ^（ｉ）｝の対応関係は、もはや満足されない。このため、制御データセットを設定してもｔ－ＬＤ１０の発振周波数が参照周波数ｆ_０ ^（ｉ）の近傍にて安定しない問題がある。なお、ｔ－ＬＤ装置１の環境温度は、主にパッケージの温度に相当する。

本変形例では、上記問題に鑑み、環境温度の影響を、ＴＥＣ３０の温度Ｔ_ＮＥＷと、ヒータに供給するパワーの初期値Ｐ_ｋ ^ｎｅｗとに反映させる。例えば、上記実施形態と同様にΔｆを求めた後、環境温度の影響を考慮したＴＥＣ３０の温度Ｔ_ｎｅｗと、パワーの初期値Ｐ_ｋ ^ｎｅｗとを算出する。具体例としては、まず、ＬＵＴを作成したときのｔ－ＬＤ装置１の環境温度をＴ_ＣＡＬと定義し、現在のｔ－ＬＤ装置１の環境温度をＴ_ＭＯＮと定義する。また、ハイブリッド素子２１の出力の環境温度依存性を考慮するため、ハイブリッド素子２１の出力の環境温度依存性の逆数をＣ_{ＬＯＣＫ＿ＡＭＢ} ^（ｉ）［Ｋ／Ｈｚ］と定義する。ここで、ｔ－ＬＤ装置１の環境温度は温度検知素子３２によって得られる。そして、上記式３に対してさらに補正項を導入した式７を利用して、ＴＥＣ３０の温度を見積もる。加えて、上記式５に対してさらに補正項を導入した下記式８を利用してヒータパワーの初期値を見積もる。これによって、環境温度の前提が異なった場合であっても、目標発振周波数に対する所定の範囲内に初期発振周波数を設定できるので、帰還制御を確実に実施できる。したがって、環境温度の前提が異なった場合であっても、ｔ－ＬＤ１０の発振周波数を目標発振周波数ｆ_{ｔａｒｇｅｔ}の近傍にて安定させることができる。なお、Ｃ_{ＬＯＣＫ＿ＡＭＢ} ^（ｉ）は、周波数ロッカ２０から出力される制御信号の環境温度依存性の逆数に相当し得る。

さらに本変形例では、ｔ－ＬＤ１０の発振周波数の環境温度依存性を考慮してもよい。例えば、ｔ－ＬＤ１０の発振周波数の環境温度依存性の逆数（すなわち、環境温度に対するｔ－ＬＤ１０の発振周波数の温度係数の逆数）をＣ_{ＬＤ＿ＡＭＢ} ^（ｉ）［Ｋ／Ｈｚ］と定義する。そして、上記式８に対してＣ_{ＬＤ＿ＡＭＢ} ^（ｉ）を補正した下記式９を利用してヒータパワーの初期値を見積もってもよい。この場合、ｔ－ＬＤ１０の発振を目標発振周波数ｆ_{ｔａｒｇｅｔ}の近傍にてより確実に安定させることができる。

Ｃ_{ＬＯＣＫ＿ＡＭＢ} ^（ｉ）は、ＴＥＣ３０、ｔ－ＬＤ１０をｆ_０ ^（ｉ）の制御データセットを設定すると共に帰還制御を行っている条件下において、環境温度を変化させた時のｔ－ＬＤ１０の発振周波数の変化割合から決定できる。Ｃ_{ＬＤ＿ＡＭＢ} ^（ｉ）は、ｔ－ＬＤ１０を参照周波数ｆ_０ ^（ｉ）の制御データセットに設定し、且つ、帰還制御なしにｔ－ＬＤ１０を発振させている条件下において、環境温度を変化させた時のｔ－ＬＤ１０の発振周波数の変化割合から決定できる。上記環境温度の影響を考慮する場合、ＬＵＴは、図８に示される表のように構成される。コントローラ５０による演算効率化の観点から、Ｃ_{ＬＯＣＫ＿ＡＭＢ} ^（ｉ）及びＣ_{ＬＤ＿ＡＭＢ} ^（ｉ）のそれぞれは、Ｃ_ＬＤ ^（ｉ）と同様に逆数として記憶装置５２に保持されるが、場合によっては逆数でなくてもよい。図８に示される表では、Ｔ_ＣＡＬ ^（ｉ）を個別に保持する例が示されている。一連の制御データセットを取得する際の環境温度が実質的に変化していない場合、単一のＴ_ＣＡＬが保持されてもよい。

本変形例では、上記式８，９のいずれかにてヒータパワーの初期値を見積もった後、上記実施形態と同様に、ヒータパワーに帰還制御を実施すると共に、ＡＰＣをｔ－ＬＤ１０に実施してもよい。この場合、上記実施形態と同様に、ｔ－ＬＤ１０の発振周波数を目標発振周波数ｆ_{ｔａｒｇｅｔ}で安定化できる。

本開示による波長可変光源及びその波長制御方法は、上述した実施形態及び変形例に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態及び上記変形例では、図１に示されるように、ｔ－ＬＤの前方光を参照して周波数ロック動作が実施されるが、これに限定されない。また、上記実施形態及び上記変形例では、ｔ－ＬＤ装置は温度検知素子３２を備えているが、これに限られない。例えば、ｔ－ＬＤ装置の環境温度を検知する素子は、ｔ－ＬＤ装置に含まれなくてもよい。

図９は、別のｔ－ＬＤ装置の例を示す概略図である。図９に示されるｔ－ＬＤ装置１Ａは、上記実施形態のｔ－ＬＤ装置１とは異なり、後方光を用いて上記周波数ロック動作が実施される。このため、ｔ－ＬＤ装置１Ａに含まれる周波数ロッカ２０は、ｔ－ＬＤ１０の後面に配置される。なお、ｔ－ＬＤ装置１Ａが備える各構成要素は、上記実施形態のｔ－ＬＤ装置１と同様である。

上記実施形態及び上記変形例の波長制御方法では、ハイブリッド素子及び３つのＰＤを有する周波数ロッカを用いて、参照周波数に対する二つの制御信号のいずれかを選択する工程が実施されるが、これに限られない。以下では、図１０及び図１１を参照しながら、ハイブリッド素子及び３つのＰＤを有さない周波数ロッカを用いたさらに別の例を説明する。図１０は、さらに別のｔ－ＬＤ装置の例を示す概略図である。図１１は、さらに別の例の周波数ロッカの出力特性を示す図である。なお、以下の説明において、上記実施形態及び上記変形例と重複する部分の説明は省略する。

図１０に示されるｔ－ＬＤ装置１Ｂの周波数ロッカ２０Ａは、上記実施形態のｔ－ＬＤ装置１及び上記別のｔ－ＬＤ装置１Ａの周波数ロッカ２０と異なり、ハイブリッド素子２１の代わりにエタロン８１を有する。加えて、周波数ロッカ２０Ａは、第２のＰＤ２２ｂを有さない。このため、周波数ロッカ２０Ａからは、エタロン８１よりも下流側に位置する第１のＰＤ２２ａの出力と、ｔ－ＬＤ１０の生の出射光を受光する第３のＰＤ２２ｃの出力とから規格化された一つの干渉スペクトル（一つの制御信号）が得られる。エタロン８１は、従来のエタロンフィルタの材料よりも大きい温度特性（温度係数）を示す材料から形成される。エタロン８１は、例えば、従来から用いられている石英等のガラスの代わりにシリコン等から形成される。なお、エタロン８１の温度係数とは、ＴＥＣ３０の温度を１Ｋ変化させた時のエタロン８１の出力特性（透過スペクトル）の周波数シフト量を示し、周波数ロッカ２０Ａから出力される制御信号の温度係数に相当する。例えば、シリコンからなるエタロンの温度係数は、石英からなるエタロンの温度係数の５倍程度大きく、石英の温度係数が例えば－１．８ＧＨｚ／Ｋであるのに対し、シリコンの温度係数が例えば－９ＧＨｚ／Ｋである。

ｔ－ＬＤ装置１Ｂにおいては、図１１に示されるように、周波数ロッカ２０Ａからは一つの制御信号が出力される。なお、図１１に示されるグラフ９１は、第１のＰＤ２２ａから出力される信号（規格化された出力）が示される。このグラフ９１では、２５ＧＨｚ間隔にてロック点が設定されている。さらに別の例におけるＬＵＴは、ＴＥＣ３０に対する上記一つの制御信号の温度係数等を含む。ｔ－ＬＤ装置１Ｂのコントローラ５０は、上記実施形態と同様に、予め保存された複数の参照周波数ｆ_０ ^（ｎ）の中から、目標発振周波数ｆ_{ｔａｒｇｅｔ}に最も近い値の参照周波数を選択する。その後、上述した式１～３を用いてＴＥＣ３０の温度を調整することによって、周波数ロッカ２０Ａの出力特性をシフトさせる。これにより、グラフ９１をシフトさせ、ロック点を目標発振周波数に一致させる。そして、上述した式５を用いてヒータパワーの補正値（初期値）を算出する。ここで、さらに別の例では、上記制御信号の温度係数としてエタロン８１の温度係数を式５に用いる。続いて、算出した補正値をヒータに与えることによって、帰還制御を行う前の時点にて、ｔ－ＬＤ１０の発振周波数を目標発振周波数に近づけることができる。そして、例えば上述した式６を用いてヒータを帰還制御することによって、目標発振周波数にてｔ－ＬＤ１０を安定して動作できる。

以上に説明したｔ－ＬＤ装置１Ｂでは、従来のエタロンフィルタよりも大きい温度特性を示す材料から形成されたエタロン８１が周波数ロッカ２０Ａに含まれている。このため、ＴＥＣ３０の温度調整によって周波数ロッカ２０Ａの出力特性を容易にシフトできる。これにより、従来のエタロンを用いた場合と比較して短時間にて、ロック点を目標発振周波数に一致させることができる。そして、ｔ－ＬＤ装置１Ｂでは、ｔ－ＬＤ１０と周波数ロッカ２０Ａとの温度特性の差に起因した波長ずれを、ヒータによって補償できる。したがって、ｔ－ＬＤ装置１Ｂのように周波数ロッカ２０Ａとｔ－ＬＤ１０とでＴＥＣ３０を共通化した場合であっても、従来の材料からなるエタロンを用いたときと比較して、ｔ－ＬＤ１０が目標発振周波数で安定化するまでの時間を短縮可能である。換言すると、ｔ－ＬＤ装置１Ｂは、上述したｔ－ＬＤ装置１，１Ａと同様の作用効果を奏することができる。また、ｔ－ＬＤ装置１Ｂの装置構成を、ｔ－ＬＤ装置１，１Ａと比較して簡略化できる。加えて、参照周波数に対して２つの制御信号のいずれかを選択する工程を省略できる。

上記別の例、及び上記さらに別の例のそれぞれには、上記実施形態及び上記変形例に記載される事項を適宜適用してもよい。例えば、上記別の例、及び上記さらに別の例の少なくとも一方に対して、上記式７～９の少なくともいずれかを利用してもよい。また、上記別の例と、上記さらに別の例とは、互いに組み合わせてもよい。

１，１Ａ，１Ｂ…ｔ－ＬＤ装置、１０…ｔ－ＬＤ、１１…基板、１９…ヒータ、２０，２０Ａ…周波数ロッカ、２１…ハイブリッド素子、２２ａ…第１のＰＤ、２２ｂ…第２のＰＤ、２２ｃ…第３のＰＤ、３０…ＴＥＣ、３１…温度検知素子、５０…コントローラ、５１…処理装置、５２…記憶装置、８１…エタロン。

Claims (10)

1. 第１のヒータを含むＳＧ－ＤＦＢ領域、及び、第２のヒータを含むと共に前記ＳＧ－ＤＦＢ領域に光結合するＣＳＧ－ＤＢＲ領域を有する波長可変レーザと、
   前記波長可変レーザの出力光を受け、前記出力光の周波数に対して周期性を有すると共に互いに位相が９０°異なる電気的な二つの制御信号を出力する周波数ロッカと、
   前記波長可変レーザ及び前記周波数ロッカを搭載する熱電子冷却器と、
   前記二つの制御信号の何れか一方に基づいて、前記第１のヒータ、前記第２のヒータ、及び、前記熱電子冷却器の温度を制御するコントローラと、
   を備え、
   前記コントローラは、ルックアップテーブルを含み、
   前記ルックアップテーブルは、複数の参照周波数、及び、前記複数の参照周波数のそれぞれにおける制御データセットを含み、
   前記制御データセットは、前記複数の参照周波数のそれぞれにおける前記熱電子冷却器の設定温度と、前記熱電子冷却器の温度に対する前記二つの制御信号の温度係数と、前記熱電子冷却器の温度に対する前記波長可変レーザの発振周波数の温度係数と、前記第１のヒータ及び前記第２のヒータに与えられるパワーと、前記第１のヒータ及び前記第２のヒータに与えるパワーに対する前記波長可変レーザの発振周波数の変化率と、前記二つの制御信号の出力値とを含む、波長可変光源。
2. 前記二つの制御信号の周期は、それぞれ５０ＧＨｚである、請求項１に記載の波長可変光源。
3. 前記制御データセットは、前記コントローラが前記ルックアップテーブルを作成した際の前記波長可変光源の環境温度と、前記波長可変光源の環境温度に対する前記二つの制御信号の温度係数とをさらに含む、請求項１または２に記載の波長可変光源。
4. 前記制御データセットは、前記波長可変光源の環境温度に対する前記波長可変レーザの発振周波数の温度係数をさらに含む、請求項３に記載の波長可変光源。
5. 前記周波数ロッカは、半導体で構成されたハイブリッド素子を含み、
   前記ハイブリッド素子は、前記二つの制御信号を出力する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の波長可変光源。
6. 第１のヒータを含むＳＧ－ＤＦＢ領域、及び、第２のヒータを含むと共に前記ＳＧ－ＤＦＢ領域に光結合するＣＳＧ－ＤＢＲ領域を有する波長可変レーザと、
   前記波長可変レーザの出力光を受け、前記出力光の周波数に対して周期性を有する電気的な制御信号を出力する周波数ロッカと、
   前記波長可変レーザ及び前記周波数ロッカを搭載する熱電子冷却器と、
   ルックアップテーブルを含むコントローラと、を備える波長可変光源の波長制御方法であって、
   前記コントローラが目標発振周波数を取得する工程と、
   予め前記ルックアップテーブルに保存された複数の参照周波数の中から、前記目標発振周波数に最も近い参照周波数を前記コントローラが選択する工程と、
   前記目標発振周波数と前記参照周波数との差をΔｆとしたとき、前記Δｆを求める工程と、
   前記熱電子冷却器の温度を、前記Δｆで補正した式：ＴＮＥＷ＝Ｔ＋Δｆ×ＣＬＯＣＫで示される値に設定して維持する工程と（ここで、Ｔは前記参照周波数において前記熱電子冷却器に設定される温度であり、ＣＬＯＣＫは前記周波数ロッカから出力される前記制御信号の温度係数の逆数である）、
   前記第１のヒータ及び前記第２のヒータに対して、Ｐｋｎｅｗ＝Ｐｋ＋ＣＨＴｋ×（１－ＣＬＯＣＫ／ＣＬＤ）×Δｆ（ｋ＝１～５）で示されるパワーＰｋｎｅｗを前記コントローラが初期値として与える工程と（ここで、Ｐｋは前記参照周波数において前記第１のヒータ及び前記第２のヒータに与えられるパワーであり、ＣＨＴｋは前記第１のヒータ及び前記第２のヒータに与えるパワーに対する前記波長可変レーザの発振周波数の変化率の逆数であり、ＣＬＤは前記熱電子冷却器の温度変化に応じて変化する前記波長可変レーザの前記発振周波数の変化率の逆数である）、
   を備える波長制御方法。
7. 前記熱電子冷却器の温度を設定する工程では、前記温度ＴＮＥＷから（ＴＭＯＮ－ＴＣＡＬ）／ＣＬＯＣＫ＿ＡＭＢを加算した値を前記熱電子冷却器の温度とし、
   前記第１のヒータ及び前記第２のヒータに対して前記初期値を与える工程では、前記パワーＰｋｎｅｗからＣＨＴｋ×（ＴＭＯＮ－ＴＣＡＬ）／ＣＬＯＣＫ＿ＡＭＢを減じた値を前記初期値とする（ここで、ＴＭＯＮは現在の前記波長可変光源の環境温度であり、ＴＣＡＬは前記ルックアップテーブルを作成したときの前記波長可変光源の環境温度であり、ＣＬＯＣＫ＿ＡＭＢは前記波長可変光源の環境温度に対する前記周波数ロッカから出力される前記制御信号の変化割合の逆数である）、請求項６に記載の波長制御方法。
8. 前記熱電子冷却器の温度を設定する工程では、前記温度ＴＮＥＷから（ＴＭＯＮ－ＴＣＡＬ）／ＣＬＯＣＫ＿ＡＭＢを加算した値を前記熱電子冷却器の温度とし、
   前記第１のヒータ及び前記第２のヒータに対して前記初期値を与える工程では、前記パワーＰｋｎｅｗからＣＨＴｋ×（ＴＭＯＮ－ＴＣＡＬ）／ＣＬＯＣＫ＿ＡＭＢを減じると共にＣＨＴｋ×（ＴＭＯＮ－ＴＣＡＬ）／ＣＬＤ＿ＡＭＢを加算した値を前記初期値とする（ここで、ＴＭＯＮは現在の前記波長可変光源の環境温度であり、ＴＣＡＬは前記ルックアップテーブルを作成したときの前記波長可変光源の環境温度であり、ＣＬＯＣＫ＿ＡＭＢは前記波長可変光源の環境温度に対する前記周波数ロッカから出力される前記制御信号の変化割合の逆数であり、ＣＬＤ＿ＡＭＢは前記波長可変光源の環境温度に対する前記波長可変レーザの発振周波数の温度係数の逆数である）、請求項６に記載の波長制御方法。
9. 前記周波数ロッカの前記制御信号は、互いに位相が９０°異なり、前記波長可変レーザの前記出力光の周波数に対して周期性を有する二つの制御信号を有し、
   前記参照周波数に対応する前記二つの制御信号のいずれかを選択する工程をさらに備える、請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の波長制御方法。
10. 前記第１のヒータ及び前記第２のヒータに与える前記パワーＰｋｎｅｗに対して帰還制御を実施し、前記波長可変レーザの発振周波数を前記目標発振周波数に一致させる工程をさらに備える、請求項６から請求項９のいずれか一項に記載の波長制御方法。

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