WO2021157411A1 - レーザ装置およびその制御方法 - Google Patents

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和明 清田
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古河電気工業株式会社
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    • H01S5/06808—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the electrical laser parameters, e.g. voltage or current

Definitions

  • the present invention relates to a laser device and a control method thereof.
  • a tunable laser which is a laser device capable of outputting an arbitrary wavelength for wavelength division multiplexing (WDM).
  • WDM wavelength division multiplexing
  • a tunable laser there is a tunable method using two wavelength-dependent filters.
  • the tunable laser that employs this tunable method has a configuration in which two filters, a gain unit, and a phase adjustment unit are arranged between two mirrors constituting the laser resonator. Some of these elements may be integrated, and for example, a configuration in which a filter and a mirror are realized by an integrated distributed Bragg reflector (DBR) mirror is often used (for example, Patent Document 1).
  • DBR distributed Bragg reflector
  • the phase adjusting unit has a function of adjusting the optical length of the laser resonator.
  • the wavelength of the resonator mode is changed by changing the optical length of the laser resonator.
  • the wavelength of light and the frequency of light are inversely proportional to each other. In the following, the description of wavelength and the description of frequency will be used as appropriate.
  • the tunable laser is used in the form of a tunable laser module incorporating a wavelength rocker.
  • the wavelength rocker is for fixing the oscillation frequency to a desired frequency, and a mechanism for detecting the transmittance of light through a wavelength filter having a periodic transmittance with respect to the frequency is used.
  • feedback control is performed so as to correct the difference.
  • this feedback is usually performed with respect to a controlled amount of the phase adjusting unit.
  • the tunable laser module is controlled to output laser light of a desired oscillation frequency. Normally, this desired oscillation frequency does not mean continuously variable. That is, the driving conditions of the tunable laser module may change discontinuously between a certain frequency and another frequency close to it.
  • FTF fine tuning frequency
  • the control method of the tunable laser module is required to be able to realize FTF (for example, Patent Document 2).
  • the control for realizing FTF may be described as FTF control, continuous fine adjustment control with respect to the frequency of the laser beam, or simply continuous fine adjustment control.
  • the phase adjuster needs to be able to change the phase of the laser beam in the laser resonator in the range of 2 ⁇ radians.
  • the frequency of the resonator mode corresponding to the frequency of the laser beam changes according to the amount of phase adjustment by the phase adjusting unit.
  • the adjustment amount reaches 2 ⁇ radians
  • the frequency reaches the resonator mode adjacent to the resonator mode. Therefore, when the adjustment amount exceeds 2 ⁇ radians, the adjustment amount may be temporarily returned to 0 radians.
  • phase adjustment amount is usually realized by the electric power applied to the phase adjustment unit. Therefore, when the phase adjustment amount is large, there is a problem that the power consumption to be given to the phase adjustment unit increases.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a laser device capable of suppressing an increase in power consumption in FTF control and a control method thereof.
  • one aspect of the present invention has a phase adjusting unit for adjusting the optical length of the laser resonator, and the laser light output by the control of the phase adjusting unit is provided.
  • a laser unit including a laser element unit having a variable frequency, a monitor unit that acquires a monitor value corresponding to the frequency of the laser light, a temperature controller for controlling the temperature of the laser unit, and a control unit.
  • the control unit adjusts the phase so that the monitor value becomes the target monitor value corresponding to the target frequency set as the frequency of the laser beam while keeping the set temperature for the temperature controller constant.
  • the frequency of the laser light becomes the target frequency set as the frequency of the laser light. It is a laser device configured to be able to execute a second control mode for controlling the temperature controller.
  • the control unit may control the temperature controller so that the monitor value becomes the target monitor value corresponding to the target frequency set as the frequency of the laser beam in the second control mode.
  • the temperature controller includes a first temperature controller that controls the temperature of the laser element unit and a second temperature controller that controls the temperature of the monitor unit, and the control unit is in the second control mode.
  • the first temperature controller may be controlled so that the monitor value becomes the target monitor value while controlling the temperature of the monitor unit by controlling the second temperature controller.
  • the temperature controller collectively controls the temperatures of the laser element unit and the monitor unit, and the control unit determines the temperature dependence of the frequency of the laser light in the laser element unit in the second control mode.
  • the target monitor value is corrected based on the temperature dependence of the monitor value with respect to the frequency of the laser beam in the monitor unit, and the corrected target monitor value is changed while the corrected monitor value is changed to the corrected target monitor value.
  • the temperature controller may be controlled so as to have a target monitor value.
  • One aspect of the present invention includes a laser element unit that has a phase adjusting unit that adjusts the optical length of the laser resonator and that changes the frequency of the output laser light by controlling the phase adjusting unit, and the laser light.
  • the monitor value is provided with a laser unit including a monitor unit that acquires a monitor value corresponding to a frequency, and a temperature controller that controls the temperature of the laser unit, while keeping the set temperature for the temperature controller constant.
  • a control method of the laser apparatus configured to be able to execute the first control step for controlling the phase adjusting unit so that the target monitor value corresponding to the target frequency set as the frequency of the laser beam is obtained.
  • the temperature controller is controlled so that the frequency of the laser beam becomes the target frequency set as the frequency of the laser beam. It is a control method of a laser apparatus including a 2nd control step.
  • the temperature controller may be controlled so that the monitor value becomes a target monitor value corresponding to the target frequency set as the frequency of the laser beam.
  • the temperature of the laser element unit may be controlled so that the monitor value becomes the target monitor value while changing the temperature of the monitor unit.
  • the temperatures of the laser element unit and the monitor unit are collectively controlled, and in the second control step, the temperature dependence of the frequency of the laser light in the laser element unit and the monitor unit.
  • the monitor value is the corrected target while changing the correction step for correcting the target monitor value and the corrected target monitor value based on the temperature dependence of the monitor value with respect to the frequency of the laser light in. It may include a control step for controlling the temperature controller so as to be a monitor value.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a laser device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a laser element unit.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of adjusting the frequency of the laser beam.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a control method by the control unit according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of a change in the frequency characteristic of the discrimination curve due to a change in the TEC temperature.
  • FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the laser apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a control method by the control unit according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a laser device according to the first embodiment.
  • the laser device 100 includes a modularized laser unit 1 and a control unit 2 that controls the operation of the laser unit 1.
  • the laser unit 1 and the control unit 2 are separately configured in FIG. 1, they may be modularized as one.
  • the laser unit 1 includes a housing 3 and the following components housed or inserted into the housing 3: TEC (Thermo-Electric Cooler) elements 4, 5, submount 6, laser element 7, temperature sensor 8. , Lens 9, optical isolator 10, beam splitter 11, lens 12, optical fiber 13, beam splitter 14, photodie auto (PD) 15, temperature sensor 16, etalon filter 17, PD18.
  • the TEC elements 4 and 5 are examples of the first temperature controller and the second temperature controller constituting the temperature controller.
  • the PD15, the etalon filter 17, and the PD18 constitute a monitor unit 19.
  • the TEC elements 4 and 5 are mounted on the bottom plate of the housing 3.
  • the TEC elements 4 and 5 are configured by using, for example, a Perche element.
  • the TEC elements 4 and 5 may be referred to as TEC1 and TEC2, respectively.
  • the TEC elements 4 and 5 are controlled by being supplied with electric power from the control unit 2.
  • the submount 6 is mounted on the TEC element 4.
  • the submount 6 is made of a material having high thermal conductivity, for example, aluminum nitride (AlN).
  • the laser element unit 7 is mounted on the TEC element 4 with the submount 6 interposed therebetween.
  • the temperature of the laser element unit 7 is controlled by the TEC element 4.
  • the laser element unit 7 outputs the laser beam L1 by the drive control of the control unit 2.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the laser element unit 7.
  • the laser element portion 7 includes a semiconductor portion 71, an n-side electrode 72 formed on the back surface of the semiconductor portion 71, microheaters 73, 74, 76 formed on the surface of the semiconductor portion 71, and p-side electrodes 75, 77. And.
  • the semiconductor unit 71 is made of, for example, an InP-based semiconductor material, and has an embedded waveguide structure.
  • the semiconductor section 71 has a configuration in which the following configurations are arranged in this order: a first DBR portion 713 having a waveguide 713a including a distributed Bragg reflection type sampled grating (SG-DBR) configuration, a passive type.
  • the optical amplifier (SOA) unit 717 is made of, for example, an InP-based semiconductor material, and has an embedded waveguide structure.
  • the semiconductor section 71 has a configuration in which the following configurations are arranged in this order: a first DBR portion 713 having a waveguide 713a including a distributed Bra
  • the active layer has a multiple quantum well (MQW) structure made of, for example, a GaInAsP-based semiconductor material or an AlGaInAs-based semiconductor material.
  • the passive waveguide is made of, for example, an i-type GaInAsP semiconductor material having a bandgap wavelength of 1300 nm.
  • the waveguide having a DBR configuration is composed of, for example, a GaInAsP-based semiconductor material or an AlGaInAs-based semiconductor material, and portions having different refractive indexes are arranged so as to periodically form a diffraction grating.
  • the microheaters 73, 74, and 76 are formed on the surfaces of the first DBR section 713, the phase adjusting section 714, and the second DBR section 716, respectively.
  • the p-side electrodes 75 and 77 are formed on the surfaces of the gain portion 715 and the SOA portion 717, respectively.
  • the first DBR unit 713 and the second DBR unit 716 form a laser cavity.
  • the first DBR unit 713 and the second DBR unit 716 have comb-shaped reflection peaks with periodic frequency intervals according to the reciprocal of the period of the diffraction grating.
  • the period of the first DBR unit 713 and the second DBR unit 716 are different, and the frequency of the laser beam L1 can be roughly adjusted by a method called a vernier type.
  • the microheater 73 can change the refractive index and shift the comb-shaped reflection peak in the frequency axis direction.
  • the microheater 76 can change the refractive index by heating the second DBR unit 716 to shift the comb-shaped reflection peak in the frequency axis direction.
  • the gain unit 715 is arranged between the first DBR unit 713 and the second DBR unit 716, and the optical amplification effect is obtained by applying a voltage between the n-side electrode 72 and the p-side electrode 75 and passing a current. Demonstrate. As a result, laser oscillation occurs.
  • the phase adjusting unit 714 is arranged between the first DBR unit 713 and the second DBR unit 716.
  • the microheater 74 can change the refractive index and adjust the optical length of the laser resonator.
  • the frequency in the resonator mode (cavity mode) can be finely adjusted and shifted in the frequency axis direction.
  • fine-tuning the resonator mode it is possible to select which resonator mode the laser oscillates in, and at the same time, change the frequency within a small range.
  • the SOA unit 717 is arranged on the opposite side of the first DBR unit 713 and the gain unit 715 with respect to the second DBR unit 716, and a voltage is applied between the n-side electrode 72 and the p-side electrode 77 to apply a current. By flowing it, it exerts a light amplification effect.
  • the SOA unit 717 photoamplifies the laser light output from the second DBR unit 716 by laser oscillation, and outputs this as the increased power laser light L1 to the outside.
  • a bent waveguide for suppressing reflection by the end face may be provided on the side of the SOA unit 717 where the laser beam L1 is output.
  • a bent waveguide for suppressing reflection by the end face may be provided on the side of the first DBR unit 713 opposite to the phase adjusting unit 714.
  • the temperature sensor 8 is configured by using, for example, a thermistor, and detects the temperature of the laser element unit 7.
  • the temperature sensor 8 outputs an electric signal including the detected temperature information to the control unit 2.
  • the lens 9 makes the laser light L1 output by the laser element unit 7 parallel light.
  • the optical isolator 10 is mounted on the TEC element 5 and allows the laser beam L1 to pass to the right side of the drawing while blocking the light traveling from the left side of the drawing.
  • the beam splitter 11 passes the laser beam L1 to the lens 12 side and reflects a part of the laser beam L1 to the beam splitter 14 side as the laser beam L2.
  • the lens 12 collects the laser beam L1 and couples it to the optical fiber 13.
  • the optical fiber 13 transmits the laser beam L1.
  • the beam splitter 14 passes the laser beam L2 to the PD15 side and reflects a part of the laser beam L2 to the etalon filter 17 side as the laser beam L3.
  • the PD15 receives the laser beam L2 and outputs an electric signal according to the light receiving intensity to the control unit 2.
  • the etalon filter 17 has a transmission characteristic that changes periodically with respect to the frequency of light.
  • the etalon filter 17 transmits the laser beam L3 at a transmittance corresponding to the frequency of the laser beam L3.
  • the PD 18 receives the laser beam L3 transmitted by the etalon filter 17 and outputs an electric signal corresponding to the light reception intensity to the control unit 2. This electric signal includes information on the frequency of the laser beam L1.
  • the electric signals output from the PDs 15 and 18 are used for wavelength lock control by the control unit 2 (control for setting the wavelength of the laser beam L1 output from the laser element unit 7 to the target wavelength).
  • the value of the ratio of the current value of the electric signal output by PD18 to the current value of the electric signal output by PD15 is the monitor value corresponding to the frequency of the laser beam L1.
  • the monitor unit 19 functions to acquire the monitor value corresponding to the frequency of the laser beam L1.
  • the temperature sensor 16 is configured by using, for example, a thermistor, and detects the temperature of the etalon filter 17.
  • the temperature sensor 16 outputs an electric signal including the detected temperature information to the control unit 2.
  • control unit 2 is connected to, for example, a higher-level control device (not shown) having a user interface, and controls the operation of the laser unit 1 according to an instruction from the user via the higher-level control device.
  • a higher-level control device not shown
  • a configuration for executing wavelength lock control and FTF control is mainly illustrated as a configuration of the control unit 2.
  • the control unit 2 includes an analog-to-digital converter (ADC), a calculation unit, a storage unit, and a current source.
  • ADC analog-to-digital converter
  • the ADC converts the analog electrical signals input from the temperature sensors 8 and 16 and the PDs 15 and 18 into digital signals and outputs them to the arithmetic unit.
  • the calculation unit performs various calculation processes for control executed by the control unit 2, and is composed of, for example, a CPU (Central Processing Unit) and an FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • the storage unit is a part composed of, for example, a ROM (Read Only Memory) in which various programs and data used by the arithmetic unit for arithmetic processing are stored, and a work space when the arithmetic unit performs arithmetic processing. It is provided with a part composed of, for example, a RAM (Random Access Memory), which is used for storing the results of arithmetic processing of the arithmetic unit and the arithmetic unit.
  • the control function of the control unit 2 is realized by software by the functions of the calculation unit and the storage unit.
  • the current source supplies electric power to the laser unit 1 for the output of the laser beam L1 and for frequency control based on the instruction from the arithmetic unit.
  • the calculation unit instructs the current source of the current value as a control amount.
  • the current source supplies the power of the instructed current value to the laser unit 1.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of adjusting the frequency of the laser beam.
  • the upper part shows the reflection spectrum of the first DBR part 713
  • the middle part shows the reflection spectrum of the second DBR part 716
  • the lower part shows the spectrum of the resonator mode.
  • the resonator mode interval is, for example, about 20 GHz.
  • the resonator mode interval is small. Therefore, in recent tunable lasers, a design having a small value of about 20 GHz may be used.
  • the microheater 73 (hereinafter, may be referred to as the first DBR heater) is controlled by adjusting the power to be supplied, the reflection spectrum thereof changes from the shape shown by the solid line to the shape shown by the broken line as shown by the thick arrow line. Shift on the frequency axis.
  • the microheater 76 (hereinafter, may be referred to as a second DBR heater) is controlled, the reflection spectrum thereof shifts from the shape shown by the solid line to the shape shown by the broken line on the frequency axis.
  • the microheater 74 (hereinafter, may be referred to as a Phase heater) is controlled, the spectrum shifts from the shape shown by the solid line to the shape shown by the broken line on the frequency axis.
  • the laser oscillates at a frequency f1 in which the reflected peak of the first DBR unit 713 coincides with the resonator mode and the reflected peak of the second DBR unit 716.
  • the first DBR heater and the second DBR heater determine the frequency positions at which the reflection spectra of the first DBR unit 713 and the second DBR unit 716 peak, respectively, based on the supplied electric power. Further, the Phase heater determines the frequency position at which the resonator mode peaks based on the supplied electric power.
  • the frequency at which the reflected peak of the first DBR unit 713 coincides with the resonator mode and the reflected peak of the second DBR unit 716 can be set to the frequency f2, so that the frequency of the laser beam L1 is set to the frequency. It can be adjusted to f2.
  • the electric power supplied to each heater can be controlled by using the current as a control amount. That is, the control unit 2 controls the frequency of the laser beam L1 by supplying electric power corresponding to the current, which is a controlled amount, to the laser element unit 7. Current or power is an example of a controlled quantity.
  • the first DBR heater and the second DBR are set so that the reflected peaks of the first DBR unit 713 and the second DBR unit 716 overlap at the second frequency.
  • Feed-forward control is performed, and then the Phase heater is feedback-controlled so that any one of the resonator modes matches the second frequency.
  • the control method is not limited to this.
  • Wavelength lock control is an example of a first control mode or a first control step.
  • the control unit 2 sets the target frequency of the laser beam L1 according to, for example, an instruction from a higher-level control device. Subsequently, the control unit 2 controls the TEC element 4 so that the laser element unit 7 has a constant temperature, and controls the TEC element 5 so that the etalon filter 17 has a constant temperature.
  • the temperature of the etalon filter 17 is set according to the target frequency. Specifically, by utilizing the fact that the transmittance of the etalon filter 17 shifts in the frequency axis direction according to the temperature, the temperature is adjusted so that the slope of the transmittance of the etalon filter 17 with respect to the frequency becomes relatively large at the target frequency. Set.
  • the relationship between the target frequency and the temperature or the current applied to the TEC element 5 is stored in, for example, a storage unit as table data or a relational expression obtained by prior calibration.
  • the data that is not in the table data can be calculated by interpolation using the data that is in the table data.
  • the control unit 2 supplies the microheaters 73, 74, and 76 with a current that gives an input power corresponding to the target frequency.
  • the relationship between the target frequency and the input power can be calculated by referring to, for example, table data or a relational expression stored in the storage unit, or by interpolation.
  • the control unit 2 supplies a drive current to the gain unit 715 to oscillate the laser.
  • the control unit 2 gradually supplies a drive current to the SOA unit 717 to drive the laser beam L1 so that the power gradually increases.
  • the drive current is fixed.
  • the control unit 2 converts the target frequency into a target PD current ratio corresponding to the target frequency.
  • the relationship between the target frequency and the target PD current ratio can be calculated by referring to, for example, table data or a relational expression stored in the storage unit, or by interpolation.
  • control unit 2 calculates and acquires the PD current ratio (monitor PD current ratio) corresponding to the frequency of the current laser beam L1 from the electric signals output from the PDs 15 and 18, respectively.
  • the control unit 2 performs feedback control for controlling the current applied to the microheater 74 (Phase heater) so that the monitor PD current ratio becomes the target PD current ratio.
  • the target PD current ratio specifically, make sure that the absolute value of the difference between the target PD current ratio and the monitor PD current ratio is within the permissible error range. Is.
  • This feedback control is executed by proportional integral differential (PID) control or PI control.
  • PID proportional integral differential
  • the laser element unit 7 is in the wavelength locked state. In this wavelength lock, the monitor PD current ratio is used for feedback control of the Phase heater.
  • the drive current supplied to the SOA unit 717 is increased until the light receiving intensity detected by the PD 15 reaches a desired value.
  • the laser device 100 is in a steady driving state.
  • the input power to the microheaters 73 and 76 (first and second DBR heaters) and the control temperature of the TEC element 5 become fixed values according to the target frequency of the laser beam L1. Therefore, the drive current of the gain unit 715 and the control temperature of the TEC element 4 are fixed set values regardless of the target frequency.
  • the drive current of the SOA unit 717 is feedback-controlled based on the detected value of the PD 15, and the power supplied to the microheater 74 (Phase heater) is feedback-controlled based on the monitor PD current ratio.
  • FTF control is an example of a second control mode or a second control step.
  • the flow of FIG. 4 is started when, for example, a higher-level control device instructs the execution of FTF control from the current frequency to the target frequency.
  • step S101 the control unit 2 acquires the frequency difference between the instructed target frequency of FTF control and the frequency of the current laser beam L1.
  • step S102 the control unit 2 uses the acquired frequency difference as the temperature difference between the control temperature of the TEC element 5 corresponding to the target frequency and the current control temperature of the TEC element 5, that is, the required temperature change amount. Converted to (TEC2 temperature change amount) and acquired.
  • step S103 the control unit 2 stops the feedback control of the microheater 74 (Phase heater) based on the monitor PD current ratio.
  • the power (current) supplied to the Phase heater is fixed to the value at the time of stop.
  • step S104 the control unit 2 changes the control temperature (TEC2 temperature) of the TEC element 5.
  • the amount of change is an amount obtained by dividing the amount of change in TEC2 temperature into a plurality of parts.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of changes in the frequency characteristics of the discrimination curve due to changes in the TEC temperature.
  • the discrimination curve before the change of the TEC2 temperature is shown by the curve C1.
  • the frequency of the discrimination curve shifts by ⁇ f as shown by the curve C2.
  • step S105 the control unit 2 determines whether or not the absolute value of the difference between the target PD current ratio and the monitor PD current ratio is within a predetermined error range while keeping the target PD current ratio fixed. If it is not within the error range (step S105, No), the control temperature (TEC1 temperature) of the TEC element 4 is changed in step S106, and the flow returns to step S105. If it is within the error range (step S105, Yes), the flow proceeds to step S107.
  • step S105 the control temperature of the TEC element 4
  • the temperature of the laser element 7 also changes accordingly, so that the frequency of the reflection peak and the resonator mode can be changed without changing the currents supplied to the first DBR heater, the second DBR heater, and the Phase heater. shift.
  • step S107 the control unit 2 determines whether or not the difference ⁇ TEC2 between the TEC2 temperature after the change in step S104 and the TEC2 temperature corresponding to the target frequency is zero. If ⁇ TEC2 is not zero (steps S107, No), the flow returns to step S104, and the control unit 2 further changes the TEC2 temperature. When ⁇ TEC2 is zero (step S107, Yes), the FTF control ends. That is, the control unit 2 restarts the control of the Phase heater in step S108 to restart the normal wavelength lock control. After that, the flow ends.
  • the power supplied to the first DBR heater and the second DBR heater is the same as before the start of FFT control.
  • the drive current of the SOA unit 717 is feedback-controlled based on the detected value of the PD15.
  • the power supplied to the Phase heater is feedback-controlled based on the monitor PD current ratio.
  • the TEC2 temperature is a temperature corresponding to the target frequency, and is the same temperature as when the target frequency for FTF control is set from the beginning.
  • the TEC1 temperature is a temperature determined by FTF control.
  • the laser device 100 configured as described above can suppress an increase in power consumption in FTF control. The reason will be described below.
  • phase adjustment unit 714 it is necessary to be able to change the phase of light by 2 ⁇ radians, but if the cavity mode interval is 20 GH, the phase of light can be changed by 2 ⁇ radians by changing the resonator mode by 20 GHz on the frequency axis. It is equivalent to being able to shift to.
  • the frequency of the laser beam L1 can be further changed from the state where the phase change by the phase adjusting unit 714 is 0 radians to -8 GHz, and the frequency of the laser beam L1 can be further changed from the state where the phase change is + 2 ⁇ radians to + 8 GHz.
  • the phase adjusting unit 714 can change the phase by 1.8 ⁇ 2 ⁇ radians.
  • the power supplied to the phase adjusting unit 714 is about twice as much as the case where the phase adjusting unit 714 only needs to change the phase in 2 ⁇ radians, so that the power consumption of the phase adjusting unit 714 increases.
  • the frequency of the laser beam L1 is changed by controlling the temperature of the laser element unit 7 by the TEC element 4.
  • the frequency of the laser beam L1 changes by about 10 GHz simply by changing the temperature by 1 Kelvin.
  • the power supplied to the first and second DBR heaters and the Phase heater of the laser element unit 7 may be constant.
  • the increase in power consumption due to the temperature control of the TEC element 4 is negligibly small if it is about 1 Kelvin.
  • the laser device 100 has the effect of suppressing an increase in power consumption in FTF control.
  • FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the laser apparatus according to the second embodiment.
  • the laser device 100A includes a modularized laser unit 1A and a control unit 2A that controls the operation of the laser unit 1A.
  • the laser unit 1A and the control unit 2A may be integrally modularized.
  • the laser unit 1A replaces the TEC elements 4 and 5 with the TEC element 4A, removes the beam splitter 14, PD15, 18, temperature sensor 16, and etalon filter 17, and is housed in the housing 3. It has a configuration in which a PD 21, a lens 22, a planar light wave circuit (PLC) 23, and a PD array 24 are added. The PLC 23 and the PD array 24 form a monitor unit 25. In the following, the description of the components common to the laser unit 1 of the laser unit 1A will be omitted as appropriate.
  • PLC planar light wave circuit
  • the TEC element 4A is mounted on the bottom plate of the housing 3.
  • the TEC element 4A is configured by using, for example, a Perche element.
  • the submount 6, the laser element 7, the temperature sensor 8, the lens 9, the optical isolator 10, the beam splitter 11, PD21, the lens 22, the PLC23, and the PD array 24 are mounted on the TEC element 4A.
  • the TEC element 4A is an example of a temperature controller that collectively controls the temperatures of the laser element unit 7 and the monitor unit 25.
  • the PD21 is mounted on the TEC element 4A, receives the laser beam L2 and outputs an electric signal according to the light receiving intensity to the control unit 2, similarly to the PD15 of the laser device 100.
  • the PD 21 functions to acquire a monitor value corresponding to the intensity of the laser beam L1.
  • the lens 22 is mounted on the TEC element 4A, and collects the laser light L4 oscillated by the laser element unit 7 in the same manner as the laser light L1 output from the first DBR unit 713 side of the laser element unit 7. Optically coupled to PLC23.
  • the PLC 23 includes a transmission waveguide 23a and optical filters 23b and 23c.
  • the PLC 23 branches the laser beam L4 into three laser beams L4a, L4b, and L4c, and inputs each of them to the transmission waveguide 23a and the optical filters 23b and 23c, respectively.
  • the transmission waveguide 23a transmits the laser beam L4a as it is and outputs it to the PD array 24.
  • Both the optical filters 23b and 23c periodically change with respect to the frequency of light at substantially the same period, but have transmission characteristics that are out of phase with each other by ⁇ / 2.
  • the optical filters 23b and 23c transmit the laser beams L4b and L4c at a transmittance corresponding to the frequency (equal to the frequency of the laser beam L1) and output the laser beams to the PD array 24.
  • the optical filters 23b and 23c can be configured by using a ring resonator type filter or an asymmetric Machzenda type filter.
  • the PD array 24 includes three PDs, receives the laser beams L4a, L4b, and L4c output from the transmission waveguide 23a and the optical filters 23b and 23c by the respective PDs, and receives electricity according to the light receiving intensity. Each signal is output to the control unit 2A. These electric signals include information on the intensity or frequency of the laser beam L1. Each electric signal output from the PD array 24 is used for wavelength lock control by the control unit 2A. Specifically, as will be described later, the ratio of the current value of the electric signal to the laser light L4a from the transmission waveguide 23a to the current value of the electric signal to the laser light L4b or L4c from the optical filter 23b or 23c (monitor PD current ratio).
  • the value of corresponds to the monitor value corresponding to the frequency of the laser beam L1. That is, the monitor unit 25 functions to acquire the monitor value corresponding to the frequency of the laser beam L1. Whether to use the electric signal for the laser light from the optical filters 23b or 23c is selected according to the frequency of the laser light L1 to be controlled. Specifically, of the optical filters 23b and 23c, the one having a larger inclination of the transmittance with respect to the frequency at the frequency to be controlled is selected. As a result, the change in transmittance with respect to the change in frequency is large, so that the frequency detection sensitivity is high.
  • control unit 2A Since the control unit 2A has the same configuration as the control unit 2, the description thereof will be omitted.
  • the start-up control and the wavelength lock control of the laser device 100A can be performed by the same method as in the case of the laser device 100. However, which of the optical filters 23b and 23c to use is selected according to the target frequency. Further, it should be noted that the temperature of the laser element unit 7 and the temperature of the monitor unit 25 are collectively controlled by the TEC element 4A.
  • the monitor unit 25 includes optical filters 23b and 23c, and by selecting and using either of them, it is not necessary to individually control the temperature of the monitor unit 25.
  • the input power to the microheaters 73 and 76 is a fixed value according to the target frequency of the laser beam L1 and drives the gain unit 715.
  • the current and the control temperature of the TEC element 4A are fixed set values regardless of the target frequency.
  • the drive current of the SOA unit 717 is feedback-controlled based on the detected value of the PD 21, and the power supplied to the microheater 74 (Phase heater) is feedback-controlled based on the monitor PD current ratio.
  • FTF control is an example of a second control mode or a second control step.
  • the flow of FIG. 7 is started when, for example, a higher-level control device instructs the execution of FTF control from the current frequency to the target frequency.
  • step S201 the control unit 2A acquires the frequency difference between the instructed target frequency of FTF control and the frequency of the current laser beam L1.
  • step S202 the control unit 2A determines the acquired frequency difference as the difference between the target PD current ratio corresponding to the target frequency and the target PD current ratio corresponding to the current frequency of the laser beam L1, that is, the target PD. Obtained by converting to the amount of change in current ratio.
  • the relationship between the frequency and the target PD current ratio can be calculated by referring to, for example, table data or a relational expression stored in the storage unit, or by interpolation.
  • the monitor unit 25 since the temperature of the laser element unit 7 and the temperature of the monitor unit 25 are collectively controlled by the TEC element 4A, when the temperature of the laser element unit 7 is changed by the TEC element 4A, the monitor is monitored. The temperature of the part 25 also changes. When the temperature of the monitor unit 25 changes, the discrimination curve showing the relationship of the transmittance (or PD current ratio) with respect to the frequencies of the optical filters 23b and 23c shifts in the frequency axis direction.
  • a correction step is performed to correct the target PD current ratio stored in the storage unit in consideration of the temperature dependence of the laser element unit 7 and the optical filters 23b and 23c, respectively.
  • the shift amount f of the transmission characteristics of the optical filters 23b and 23c in the frequency axis direction with respect to the change in temperature T is indicated by df / dT
  • the change in frequency F of the laser beam L1 of the laser element unit 7 with respect to the change in temperature T is indicated.
  • dF / dT ⁇ 1- (df / dT) / (dF / dT) ⁇ is added to the stored target PD current ratio to correct it.
  • the target frequency and the current frequency of the laser beam L1 may be switched in advance before the start of FTF control, or the FTF control may be used. Switching may be performed on the way.
  • step S203 the control unit 2A stops the feedback control of the microheater 74 (Phase heater) based on the monitor PD current ratio.
  • the power (current) supplied to the Phase heater is fixed to the value at the time of stop.
  • step S204 the control unit 2A changes the target PD current ratio from the current value.
  • the amount of change is the amount obtained by dividing the target PD current ratio change amount into a plurality of parts.
  • step S205 the control unit 2A determines whether or not the absolute value of the difference between the changed target PD current ratio and the monitor PD current ratio is within a predetermined error range. If it is not within the error range (step S205, No), the control temperature (TEC temperature) of the TEC element 4A is changed, and the flow returns to step S205. The frequency of the laser beam L1 changes by changing the TEC temperature. If it is within the error range (step S205, Yes), the flow proceeds to step S207.
  • TEC temperature control temperature of the TEC element 4A
  • the temperature of the laser element 7 also changes accordingly, so that the frequency of the reflection peak and the resonator mode can be changed without controlling the currents supplied to the first DBR heater, the second DBR heater, and the Phase heater. shift.
  • control unit 2A performs feedback control of the TEC element 4A based on the changed target PD current ratio and the monitor PD current ratio.
  • step S207 the control unit 2A determines whether or not ⁇ (target PD current ratio), which is the difference between the target PD current ratio after the change in step 204 and the target PD current ratio corresponding to the target frequency, is zero. judge. If ⁇ (target PD current ratio) is not zero (step S207, No), the flow returns to step S204, and the control unit 2A further changes the target PD current ratio. When ⁇ (target PD current ratio) is zero (step S207, Yes), the FTF control ends. That is, the control unit 2A resumes the control of the Phase heater in step S208 and resumes the normal wavelength lock control. After that, the flow ends.
  • ⁇ target PD current ratio
  • the power supplied to the first DBR heater and the second DBR heater is the same as before the start of FTF control.
  • the drive current of the SOA unit 717 is feedback-controlled based on the detected value of the PD21.
  • the power supplied to the Phase heater is feedback-controlled based on the monitor PD current ratio.
  • the target PD ratio is a value corresponding to the target frequency, and is the same value as when the target frequency for FTF control is set from the beginning.
  • the TEC temperature is a temperature determined by FTF control.
  • the laser device 100A configured as described above can suppress an increase in power consumption in FTF control, similarly to the laser device 100.
  • the two optical filters 23b and 23c are configured by PLC in the second embodiment, they may be configured by an etalon filter and a spatial optical system.
  • the monitor unit 25 is arranged behind the laser element unit 7 in the second embodiment, the monitor unit 25 may be arranged on the side where the laser beam L1 of the laser element unit 7 is output. In this case, the intensity of the laser beam L1 may be monitored by the PD array 24.
  • the temperature change by the microheaters 73, 74, 76 is used, but the refractive index is changed.
  • a method of injecting carriers into the waveguide by current injection may be used. In the case of this method, the phenomenon that the refractive index decreases due to the carrier plasma effect is used. Even if this method is used, an increase in power consumption in FTF control can be suppressed as in the above embodiment.
  • the frequency of the laser beam L1 is roughly adjusted by a method called a vernier type, but even in a configuration using a method other than the vernier type such as a digital super mode type, the phase adjusting unit is provided. If it is configured, it is possible to suppress an increase in power consumption in FTF control as in the above embodiment.
  • the present invention is not limited by the above embodiment.
  • the present invention also includes a configuration in which the above-mentioned components are appropriately combined. Further, further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Therefore, the broader aspect of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
  • the present invention can be used for a laser device and a control method thereof.

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Abstract

レーザ共振器の光学長を調整する位相調整部を有し、位相調整部の制御によって、出力するレーザ光の周波数を可変とするレーザ素子部と、レーザ光の周波数に対応するモニタ値を取得するモニタ部と、を備えるレーザ部と、レーザ部の温度を制御する温度制御器と、制御部と、を備え、制御部は、温度制御器に対する設定温度を一定にしながら、モニタ値が、レーザ光の周波数として設定された目標周波数に対応する目標モニタ値となるように、位相調整部を制御する第１制御モードと、レーザ光の周波数に対する連続微調整制御が指示された場合に、レーザ光の周波数が、レーザ光の周波数として設定された目標周波数となるように、温度制御器を制御する第２制御モードと、を実行可能に構成されている。

Description

レーザ装置およびその制御方法
　本発明は、レーザ装置およびその制御方法に関する。
　光通信には、波長分割多重(ＷＤＭ)のために任意の波長を出力可能なレーザ装置である波長可変レーザが用いられる。波長可変レーザとして、２つの波長依存性のフィルタを用いた波長可変方式がある。この波長可変方式を採用した波長可変レーザは、レーザ共振器を構成する２つのミラーの間に２つのフィルタ、利得部、位相調整部を配置した構成を有する。これら要素はいくつかを一体のものとしてもよく、例えばフィルタとミラーを一体の分布ブラッグ反射（ＤＢＲ）ミラーによって実現する構成がよく用いられる(例えば、特許文献１)。２つのフィルタの波長を所望の発振波長に合わせたうえで、さらに位相調整部を制御することによって所望の波長を得ることができる。ここで位相調整部はレーザ共振器の光学長を調整する機能を有する。レーザ共振器の光学長を変更することによって共振器モードの波長が変更される。なお、光の波長と光の周波数とは反比例の関係にある。以下では、波長との記載と周波数との記載を適宜用いて表現する。
　近年、波長可変レーザが使われるシステムではディジタルコヒーレント通信方式が用いられることが主であり、そのためには波長可変レーザには狭スペクトル線幅が求められる。
　波長可変レーザは、波長ロッカを組み込んだ波長可変レーザモジュールの形で用いられる。波長ロッカは、発振周波数を所望の周波数に固定するためのもので、周波数に対して周期的な透過率を有する波長フィルタを通した光の透過率を検出する機構が用いられる。透過率によって、発振周波数が所望の値と異なっていることが検出された場合には、その差を修正するようにフィードバック制御される。位相調整部を有する波長可変レーザでは、このフィードバックは位相調整部の制御量に対して行われることが通常である。
　波長可変レーザモジュールは、所望の発振周波数のレーザ光を出力するように制御される。通常、この所望の発振周波数は連続可変を意味しない。つまり、ある周波数とそれに近い別の周波数の間で、波長可変レーザモジュールの駆動条件が不連続に変わっても差し支えない。
　一方、波長可変レーザモジュールの機能として、ファインチューニング周波数(ＦＴＦ)という機能が求められる場合がある。ＦＴＦでは、最初に決められた所望の発振周波数から、連続的に周波数を変化させる機能である。波長可変レーザモジュールの制御方法は、ＦＴＦを実現可能であることが求められる(例えば、特許文献２)。以下では、ＦＴＦを実現する制御を、ＦＴＦ制御、レーザ光の周波数に対する連続微調整制御、または単に連続微調整制御と記載する場合がある。
特許第４９１８２０３号公報 特許第６２４１９３１号公報
　通常、波長可変レーザモジュールで任意の周波数のレーザ光を出力させるためには、位相調整部はレーザ共振器内のレーザ光の位相を２πラジアンの範囲で変更できる必要がある。レーザ光の周波数に相当する共振器モードの周波数は位相調整部による位相の調整量に応じて変化する。調整量が２πラジアンになると、周波数はその共振器モードに隣接する共振器モードに到達するので、調整量が２πラジアンを超える場合は調整量を一旦０ラジアンに戻してよい。
　ところが、ＦＴＦ制御を行う場合には、或る周波数範囲にわたって周波数を連続的に変化させる必要がある。この場合は、２πラジアンよりもさらに大きい位相調整が必要となる場合がある。位相調整量は、通常は位相調整部に与える電力によって実現される。このため、位相調整量が大きい場合、位相調整部に与えるべき消費電力が増大するという問題があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＦＴＦ制御における消費電力の増大を抑制でき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。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様は、レーザ共振器の光学長を調整する位相調整部を有し、前記位相調整部の制御によって、出力するレーザ光の周波数を可変とするレーザ素子部と、前記レーザ光の周波数に対応するモニタ値を取得するモニタ部と、を備えるレーザ部と、前記レーザ部の温度を制御する温度制御器と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記温度制御器に対する設定温度を一定にしながら、前記モニタ値が、前記レーザ光の周波数として設定された目標周波数に対応する目標モニタ値となるように、前記位相調整部を制御する第１制御モードと、前記レーザ光の周波数に対する連続微調整制御が指示された場合に、前記レーザ光の周波数が、前記レーザ光の周波数として設定された目標周波数となるように、前記温度制御器を制御する第２制御モードと、を実行可能に構成されているレーザ装置である。
　前記制御部は、前記第２制御モードにおいて、前記モニタ値が、前記レーザ光の周波数として設定された目標周波数に対応する目標モニタ値となるように、前記温度制御器を制御するものでもよい。
　前記温度制御器は、前記レーザ素子部の温度を制御する第１温度制御器と、前記モニタ部の温度を制御する第２温度制御器を有し、前記制御部は、前記第２制御モードにおいて、前記第２温度制御器を制御して前記モニタ部の温度を変更しながら、前記モニタ値が前記目標モニタ値となるように、前記第１温度制御器を制御するものでもよい。
　前記温度制御器は、前記レーザ素子部および前記モニタ部の温度を一括して制御し、前記制御部は、前記第２制御モードにおいて、前記レーザ素子部における前記レーザ光の周波数の温度依存性と、前記モニタ部における前記レーザ光の周波数に対するモニタ値の温度依存性とに基づいて、前記目標モニタ値を補正し、補正後の前記目標モニタ値を変更しながら、前記モニタ値が前記補正後の目標モニタ値となるように、前記温度制御器を制御するものでもよい。
　本発明の一態様は、レーザ共振器の光学長を調整する位相調整部を有し、前記位相調整部の制御によって、出力するレーザ光の周波数を可変とするレーザ素子部と、前記レーザ光の周波数に対応するモニタ値を取得するモニタ部と、を備えるレーザ部と、前記レーザ部の温度を制御する温度制御器と、を備え、前記温度制御器に対する設定温度を一定にしながら、前記モニタ値が、前記レーザ光の周波数として設定された目標周波数に対応する目標モニタ値となるように、前記位相調整部を制御する第１制御ステップを実行可能に構成されたレーザ装置の制御方法であって、前記レーザ光の周波数に対して連続微調整制御が指定された場合に、前記レーザ光の周波数が、前記レーザ光の周波数として設定された目標周波数となるように、前記温度制御器を制御する第２制御ステップを含むレーザ装置の制御方法である。
　前記第２制御ステップにおいて、前記モニタ値が、前記レーザ光の周波数として設定された目標周波数に対応する目標モニタ値となるように、前記温度制御器を制御するものでもよい。
　前記第２制御ステップにおいて、前記モニタ部の温度を変更しながら、前記モニタ値が前記目標モニタ値となるように、前記レーザ素子部の温度を制御するものでもよい。
　前記第２制御ステップにおいて、前記レーザ素子部および前記モニタ部の温度を一括して制御し、前記第２制御ステップは、前記レーザ素子部における前記レーザ光の周波数の温度依存性と、前記モニタ部における前記レーザ光の周波数に対するモニタ値の温度依存性とに基づいて、前記目標モニタ値を補正する補正ステップと、補正後の前記目標モニタ値を変更しながら、前記モニタ値が前記補正後の目標モニタ値となるように、前記温度制御器を制御する制御ステップと、を含むものでもよい。
　本発明によれば、ＦＴＦ制御における消費電力の増大を抑制できるという効果を奏する。
図１は、実施形態１に係るレーザ装置の構成を示す図である。 図２は、レーザ素子部の構成を示す図である。 図３は、レーザ光の周波数の調整の説明図である。 図４は、実施形態１に係る制御部による制御方法を示すフローチャートである。 図５は、ＴＥＣ温度の変更による弁別カーブの周波数特性の変化の説明図である。 図６は、実施形態２に係るレーザ装置の構成を示す図である。 図７は、実施形態２に係る制御部による制御方法を示すフローチャートである。
　以下に、図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について説明する。なお、以下に説明する実施形態によって本発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一の部分には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実と異なる場合がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
（実施形態１）
　〔レーザ装置の概略構成〕
　図１は、実施形態１に係るレーザ装置の構成を示す図である。レーザ装置１００は、モジュール化されたレーザ部１と、レーザ部１の動作を制御する制御部２と、を備える。なお、図１では、レーザ部１と制御部２とを別体で構成しているが、一体にモジュール化してもよい。
　〔レーザ部の構成〕
　レーザ部１は、筐体３と、筐体３内に収容または挿入された以下のコンポーネントを備える：ＴＥＣ（Thermo-Electric　Cooler）素子４，５、サブマウント６、レーザ素子部７、温度センサ８、レンズ９、光アイソレータ１０、ビームスプリッタ１１、レンズ１２、光ファイバ１３、ビームスプリッタ１４、フォトダイオート（ＰＤ）１５、温度センサ１６、エタロンフィルタ１７、ＰＤ１８である。ＴＥＣ素子４，５は温度制御器を構成する第１温度制御器、第２温度制御器の一例である。ＰＤ１５、エタロンフィルタ１７、ＰＤ１８はモニタ部１９を構成している。
　ＴＥＣ素子４，５は、筐体３の底板に搭載されている。ＴＥＣ素子４，５はたとえばペルチェ素子を用いて構成されている。以下では、ＴＥＣ素子４，５をそれぞれＴＥＣ１、ＴＥＣ２と記載する場合がある。ＴＥＣ素子４，５は、制御部２から電力が与えられることによって制御される。
　サブマウント６は、ＴＥＣ素子４に搭載されている。サブマウント６は、熱伝導率が高い材質、たとえば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる。
　レーザ素子部７は、サブマウント６が介在した状態でＴＥＣ素子４に搭載されている。レーザ素子部７は、ＴＥＣ素子４により温度を制御される。レーザ素子部７は、制御部２の駆動制御によってレーザ光Ｌ１を出力する。
　図２は、レーザ素子部７の構成を示す図である。レーザ素子部７は、半導体部７１と、半導体部７１の裏面に形成されたｎ側電極７２と、半導体部７１の表面に形成されたマイクロヒータ７３、７４、７６と、ｐ側電極７５、７７と、を備える。
　半導体部７１は、たとえばＩｎＰ系半導体材料で構成されており、埋込型の導波路構造を有している。半導体部７１は、以下の構成がこの順番で配列された構成を有する：分布型ブラッグ反射型のサンプルドグレーティング（ＳＧ－ＤＢＲ）の構成を含む導波路７１３ａを有する第１ＤＢＲ部７１３、受動型の導波路７１４ａを有する位相調整部７１４、活性層からなる導波路７１５ａを有する利得部７１５、ＳＧ－ＤＢＲの構成を含む導波路７１６ａを有する第２ＤＢＲ部７１６、活性層からなる導波路７１７ａを有する半導体光増幅器（ＳＯＡ）部７１７、である。活性層は、たとえばＧａＩｎＡｓＰ系半導体材料、またはＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体材料からなる多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する。受動型の導波路は、たとえばバンドギャップ波長が１３００ｎｍのｉ型ＧａＩｎＡｓＰ系半導体材料からなる。ＤＢＲ構成の導波路は、たとえばＧａＩｎＡｓＰ系半導体材料、またはＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体材料からなり互いに屈折率が異なる部分が、周期的に回折格子が形成されるように配置されて構成されている。
　マイクロヒータ７３、７４、７６は、それぞれ、第１ＤＢＲ部７１３、位相調整部７１４、第２ＤＢＲ部７１６の表面にそれぞれ形成されている。ｐ側電極７５、７７は、それぞれ、利得部７１５、ＳＯＡ部７１７の表面にそれぞれ形成されている。
　第１ＤＢＲ部７１３と第２ＤＢＲ部７１６とは、レーザ共振器を構成している。第１ＤＢＲ部７１３と第２ＤＢＲ部７１６とは、回折格子の周期の逆数に応じて周期的な周波数間隔のコム状の反射ピークを有する。第１ＤＢＲ部７１３と第２ＤＢＲ部７１６とでは、その周期が異なり、バーニア型と呼ばれる方法によってレーザ光Ｌ１の周波数の粗調が可能な構成となっている。マイクロヒータ７３が、第１ＤＢＲ部７１３を加熱することによって、屈折率を変化させて、コム状の反射ピークを周波数軸方向にシフトさせることができる。同様に、マイクロヒータ７６が、第２ＤＢＲ部７１６を加熱することによって、屈折率を変化させて、コム状の反射ピークを周波数軸方向にシフトさせることができる。
　利得部７１５は、第１ＤＢＲ部７１３と第２ＤＢＲ部７１６との間に配置されており、ｎ側電極７２とｐ側電極７５との間に電圧を印加し、電流を流すことによって、光増幅効果を発揮する。その結果、レーザ発振が起こる。
　位相調整部７１４は、第１ＤＢＲ部７１３と第２ＤＢＲ部７１６との間に配置されている。マイクロヒータ７４が、位相調整部７１４を加熱することによって、屈折率を変化させて、レーザ共振器の光学長を調整することができる。レーザ共振器の光学長を調整することにより、共振器モード（キャビティモード）の周波数を微調整しながら周波数軸方向にシフトさせることができる。共振器モードの微調整によって、どの共振器モードでレーザ発振させるかを選択すると同時に、周波数をわずかな範囲で変化させることができる。
　ＳＯＡ部７１７は、第２ＤＢＲ部７１６に対して第１ＤＢＲ部７１３と利得部７１５とは反対側に配置されており、ｎ側電極７２とｐ側電極７７との間に電圧を印加し、電流を流すことによって、光増幅効果を発揮する。ＳＯＡ部７１７は、レーザ発振により第２ＤＢＲ部７１６から出力されたレーザ光を光増幅し、これをパワーを高くされたレーザ光Ｌ１として外部に出力される。
　ＳＯＡ部７１７の、レーザ光Ｌ１が出力する側には、端面による反射の抑制のための曲げ導波路が設けられていてもよい。第１ＤＢＲ部７１３の位相調整部７１４とは反対側にも、端面による反射の抑制のための曲げ導波路が設けられていてもよい。
　図１に戻って説明を続ける。温度センサ８は、たとえばサーミスタを用いて構成されており、レーザ素子部７の温度を検出する。温度センサ８は、検出した温度の情報を含む電気信号を制御部２に出力する。
　レンズ９は、レーザ素子部７が出力したレーザ光Ｌ１を平行光にする。光アイソレータ１０は、ＴＥＣ素子５に搭載されており、レーザ光Ｌ１を図面右側に通過させる一方、図面左側から進行してきた光を遮断する。
　ビームスプリッタ１１は、レーザ光Ｌ１をレンズ１２側に通過されるとともに、レーザ光Ｌ１の一部をレーザ光Ｌ２としてビームスプリッタ１４側に反射させる。レンズ１２は、レーザ光Ｌ１を集光して光ファイバ１３に結合させる。光ファイバ１３はレーザ光Ｌ１を伝送する。
　ビームスプリッタ１４は、レーザ光Ｌ２をＰＤ１５側に通過させるとともに、レーザ光Ｌ２の一部をレーザ光Ｌ３としてエタロンフィルタ１７側に反射させる。ＰＤ１５は、レーザ光Ｌ２を受光して、受光強度に応じた電気信号を制御部２に出力する。
　エタロンフィルタ１７は、光の周波数に対して周期的に変化する透過特性を有する。エタロンフィルタ１７は、レーザ光Ｌ３の周波数に応じた透過率でレーザ光Ｌ３を透過する。ＰＤ１８は、エタロンフィルタ１７が透過したレーザ光Ｌ３を受光して、受光強度に応じた電気信号を制御部２に出力する。この電気信号は、レーザ光Ｌ１の周波数の情報を含む。
　ＰＤ１５、１８からそれぞれ出力された電気信号は、制御部２による波長ロック制御（レーザ素子部７から出力されるレーザ光Ｌ１の波長を目標波長にするための制御）に用いられる。具体的には後述するが、ＰＤ１５が出力する電気信号の電流値に対するＰＤ１８が出力する電気信号の電流値の比（モニタＰＤ電流比）の値は、レーザ光Ｌ１の周波数に対応するモニタ値に相当する。すなわちモニタ部１９はレーザ光Ｌ１の周波数に対応するモニタ値を取得するために機能する。
　温度センサ１６は、たとえばサーミスタを用いて構成されており、エタロンフィルタ１７の温度を検出する。温度センサ１６は、検出した温度の情報を含む電気信号を制御部２に出力する。
　〔制御部の概略構成〕
　制御部２は、たとえばユーザインターフェースを備えた上位の制御装置（図示略）と接続されており、当該上位の制御装置を介したユーザからの指示にしたがって、レーザ部１の動作を制御する。
　なお、以下では、説明の便宜上、制御部２の構成として、波長ロック制御およびＦＴＦ制御を実行する構成を主に図示している。
　制御部２は、アナログ－デジタルコンバータ（ＡＤＣ）と、演算部と、記憶部と、電流源と、を備える。
　ＡＤＣは、温度センサ８、１６およびＰＤ１５、１８から入力されたアナログの電気信号をデジタル信号に変換して演算部に出力する。
　演算部は、制御部２が実行する制御のための各種演算処理を行うものであり、たとえばＣＰＵ（Central　Processing　Unit）やＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）で構成される。記憶部は、演算部が演算処理を行うために使用する各種プログラムやデータ等が格納される、たとえばＲＯＭ（Read　Only　Memory）で構成される部分と、演算部が演算処理を行う際の作業スペースや演算部の演算処理の結果等を記憶する等のために使用される、たとえばＲＡＭ（Random　Access　Memory）で構成される部分とを備えている。制御部２の制御機能は、演算部と記憶部との機能によりソフトウェア的に実現される。
　電流源は、演算部からの指示に基づいて、レーザ部１にレーザ光Ｌ１の出力のためや周波数の制御のための電力を供給する。本実施形態では、演算部は電流源に制御量として電流値を指示する。電流源は指示された電流値の電力をレーザ部１に供給する。
　〔周波数の調整〕
　レーザ素子部７では、バーニア効果を利用してレーザ光Ｌ１の周波数を変化させることができる。図３は、レーザ光の周波数の調整の説明図である。上段は、第１ＤＢＲ部７１３の反射スペクトルを示し、中段は、第２ＤＢＲ部７１６の反射スペクトルを示し、下段は、共振器モードのスペクトルを示す。共振器モード間隔は、たとえば約２０ＧＨｚである。レーザ光Ｌ１の狭スペクトル線幅化のためにはこの共振器モード間隔が小さい方が有利であるため、近年の波長可変レーザでは約２０ＧＨｚといった小さい値となる設計が用いられることがある。
　供給する電力を調整してマイクロヒータ７３（以下、第１ＤＢＲヒータと記載する場合がある）を制御すると、その反射スペクトルは、太矢線で示すように、実線で示す形状から破線で示す形状に周波数軸上でシフトする。同様に、マイクロヒータ７６（以下、第２ＤＢＲヒータと記載する場合がある）を制御すると、その反射スペクトルは実線で示す形状から破線で示す形状に周波数軸上でシフトする。同様に、マイクロヒータ７４（以下、Ｐｈａｓｅヒータと記載する場合がある）を制御すると、そのスペクトルは実線で示す形状から破線で示す形状に周波数軸上でシフトする。
　実線に示す状態では、第１ＤＢＲ部７１３の反射ピークと共振器モードと第２ＤＢＲ部７１６の反射ピークとが一致した周波数ｆ１でレーザ発振している。この状態にするために、第１ＤＢＲヒータおよび第２ＤＢＲヒータは、供給される電力に基づいて、第１ＤＢＲ部７１３、第２ＤＢＲ部７１６の反射スペクトルがピークとなる周波数位置を各々決定する。また、Ｐｈａｓｅヒータは、供給される電力に基づいて、共振器モードがピークとなる周波数位置を決定する。各ヒータの制御によって破線に示す状態にすると、第１ＤＢＲ部７１３の反射ピークと共振器モードと第２ＤＢＲ部７１６の反射ピークとが一致する周波数を周波数ｆ２とできるので、レーザ光Ｌ１の周波数を周波数ｆ２に調整できる。なお、各ヒータへ供給する電力は電流を制御量として制御することができる。すなわち、制御部２は、制御量である電流に対応する電力をレーザ素子部７に供給することによってレーザ光Ｌ１の周波数を制御する。電流または電力は制御量の一例である。
　このようにマイクロヒータでの加熱により屈折率を変化させて周波数を変化させる場合、必要な屈折率変化量（周波数変化量）が大きくなる程、マイクロヒータの消費電力は大きくなる。
　レーザ光Ｌ１の周波数を第１周波数から第２周波数に変更する場合には、たとえば、まず第１ＤＢＲ部７１３、第２ＤＢＲ部７１６の反射ピークが第２周波数において重なり合うように第１ＤＢＲヒータおよび第２ＤＢＲをフィードフォワード制御し、その後に共振器モードのいずれか一つが第２周波数と一致するようにＰｈａｓｅヒータをフィードバック制御する。ただし制御の方法はこれに限られない。
　〔レーザ装置の立ち上げ制御および波長ロック制御〕
　つぎに、レーザ装置１００の立ち上げ制御および波長ロック制御の実施方法の一例について説明する。波長ロック制御は第１制御モードまたは第１制御ステップの一例である。
　まず、制御部２は、たとえば上位の制御装置からの指示にしたがって、レーザ光Ｌ１の目標周波数を設定する。
　つづいて、制御部２は、レーザ素子部７が一定の温度になるようにＴＥＣ素子４を制御し、エタロンフィルタ１７が一定の温度になるようにＴＥＣ素子５を制御する。なお、エタロンフィルタ１７の温度は、目標周波数に応じて設定する。具体的には、エタロンフィルタ１７の透過特性が温度に応じて周波数軸方向にシフトすることを利用して、目標周波数においてエタロンフィルタ１７の透過率の周波数に対する傾きが比較的大きくなるように温度を設定する。目標周波数と、温度またはＴＥＣ素子５に与える電流との関係は、たとえば記憶部に、事前のキャリブレーションにより得たテーブルデータや関係式として記憶されている。なお、テーブルデータに無いデータについては、テーブルデータに有るデータを用いて補間により算出できる。
　つづいて、制御部２は、その目標周波数に対応した投入電力を与える電流をマイクロヒータ７３、７４、７６に供給する。目標周波数と投入電力との関係は、たとえば記憶部にテーブルデータや関係式として記憶されているものを参照したり、補間により算出したりできる。
　つづいて、制御部２は、利得部７１５に駆動電流を供給してレーザ発振させる。
　つづいて、制御部２は、ＳＯＡ部７１７に駆動電流を徐々に供給して、レーザ光Ｌ１のパワーが徐々に大きくなるように駆動させる。レーザ光Ｌ１のパワーがある所定の値に達したら駆動電流を固定する。
　つづいて、波長ロック制御を行う。具体的には、まず、制御部２は、目標周波数を目標周波数に対応する目標ＰＤ電流比に変換する。目標周波数と目標ＰＤ電流比との関係は、たとえば記憶部にテーブルデータや関係式として記憶されているものを参照したり、補間により算出したりできる。
　つづいて、制御部２は、ＰＤ１５、１８からそれぞれ出力された電気信号から、現在のレーザ光Ｌ１の周波数に対応するＰＤ電流比（モニタＰＤ電流比）を演算して取得する。
　つづいて、制御部２は、モニタＰＤ電流比が目標ＰＤ電流比になるようにマイクロヒータ７４（Ｐｈａｓｅヒータ）に与える電流を制御するフィードバック制御を行う。モニタＰＤ電流比が目標ＰＤ電流比になるようにするとは、具体的に例示すれば、目標ＰＤ電流比とモニタＰＤ電流比との差分の絶対値が許容の誤差範囲内になるようにすることである。このフィードバック制御は比例積分微分（ＰＩＤ）制御やＰＩ制御により実行される。目標ＰＤ電流比とモニタＰＤ電流比との差分の絶対値が許容の誤差範囲内になればレーザ素子部７は波長ロックの状態になる。この波長ロックでは、モニタＰＤ電流比はＰｈａｓｅヒータのフィードバック制御に用いられる。
　その後、ＰＤ１５が検出する受光強度が所望の値となるまでＳＯＡ部７１７に供給する駆動電流を上昇させる。これにより、レーザ装置１００は定常の駆動状態となる。
　波長ロック制御が終了した時点で、マイクロヒータ７３、７６（第１、第２ＤＢＲヒータ）への投入電力とＴＥＣ素子５の制御温度は、レーザ光Ｌ１の目標周波数に応じた固定の値となっており、利得部７１５の駆動電流とＴＥＣ素子４の制御温度は、目標周波数に関わらず固定の設定値となっている。ＳＯＡ部７１７の駆動電流はＰＤ１５の検出値を元にフィードバック制御されており、マイクロヒータ７４（Ｐｈａｓｅヒータ）への供給電力はモニタＰＤ電流比を元にフィードバック制御されている。
　〔ＦＴＦ制御〕
　つぎに、実施形態１に係るレーザ装置１００の制御部２によるＦＴＦ制御の実施方法の一例について、図４のフローチャートを参照して説明する。ＦＴＦ制御は第２制御モードまたは第２制御ステップの一例である。図４のフローは、たとえば上位の制御装置から、現在の周波数から目標の周波数までのＦＴＦ制御の実行の指示を受けたときに開始される。
　はじめに、ステップＳ１０１において、制御部２は、指示されたＦＴＦ制御の目標周波数と現在のレーザ光Ｌ１の周波数との周波数差を取得する。
　つづいて、ステップＳ１０２において、制御部２は、取得した周波数差を、目標周波数に対応するＴＥＣ素子５の制御温度と、現在のＴＥＣ素子５の制御温度との温度差、すなわち必要な温度変化量（ＴＥＣ２温度変化量）に変換して取得する。
　つづいて、ステップＳ１０３において、制御部２は、モニタＰＤ電流比を元にしたマイクロヒータ７４（Ｐｈａｓｅヒータ）のフィードバック制御を停止する。これにより、Ｐｈａｓｅヒータへの供給電力（電流）は停止時の値に固定される。
　つづいて、ステップＳ１０４において、制御部２は、ＴＥＣ素子５の制御温度（ＴＥＣ２温度）を変更する。なお、変更量は、ＴＥＣ２温度変化量を複数に分割した量とする。ＴＥＣ２温度を変更すると、エタロンフィルタ１７の温度が変化し、周波数に対する透過率またはＰＤ電流比の関係を示す弁別カーブは周波数軸方向にシフトする。
　図５は、ＴＥＣ温度の変更による弁別カーブの周波数特性の変化の説明図である。たとえば、ＴＥＣ２温度の変更前の弁別カーブは曲線Ｃ１で示される。ＴＥＣ温度を変更すると、弁別カーブは曲線Ｃ２のように周波数がΔｆだけシフトする。
　つづいて、ステップＳ１０５において、制御部２は、目標ＰＤ電流比を固定したままで、目標ＰＤ電流比とモニタＰＤ電流比の差の絶対値が所定の誤差範囲内かどうかを判定する。誤差範囲内で無い場合（ステップＳ１０５、Ｎｏ）、ステップＳ１０６において、ＴＥＣ素子４の制御温度（ＴＥＣ１温度）を変更し、フローはステップＳ１０５に戻る。誤差範囲内である場合（ステップＳ１０５、Ｙｅｓ）、フローはステップＳ１０７に進む。
　ＴＥＣ１温度を変更すると、それに伴ってレーザ素子部７の温度も変化するので、第１ＤＢＲヒータ、第２ＤＢＲヒータ、Ｐｈａｓｅヒータに供給する電流を変更しなくても、反射ピークや共振器モードの周波数がシフトする。
　図５に示すように、ＦＴＦ制御の開始前は、曲線Ｃ１の弁別カーブを用いて目標ＰＤ電流比とモニタＰＤ比との差分が誤差範囲内になるようにフィードバック制御が行われ、周波数はｆ３にロックされていた。一方、ステップＳ１０４～Ｓ１０６により、曲線Ｃ２の弁別カーブを用いて目標ＰＤ電流比とモニタＰＤ比との差分が誤差範囲内になるようにフィードバック制御が行われると、周波数はｆ４にロックされる。すなわち、この状態では、制御部２は、モニタＰＤ電流比を元にしたＴＥＣ素子４のフィードバック制御を実施している。
　つづいて、ステップＳ１０７において、制御部２は、ステップＳ１０４で変更した後のＴＥＣ２温度と目標周波数に対応するＴＥＣ２温度の差分ΔＴＥＣ２がゼロか否かを判定する。ΔＴＥＣ２がゼロでない場合（ステップＳ１０７、Ｎｏ）、フローはステップＳ１０４に戻り、制御部２は、さらにＴＥＣ２温度を変更する。ΔＴＥＣ２がゼロである場合（ステップＳ１０７、Ｙｅｓ）、ＦＴＦ制御は終了する。すなわち、制御部２は、ステップＳ１０８においてＰｈａｓｅヒータの制御を再開して通常の波長ロック制御を再開する。その後フローは終了する。
　フローを終了した時点で、第１ＤＢＲヒータ、第２ＤＢＲヒータへの供給電力は、ＦＦＴ制御の開始前と同じである。ＳＯＡ部７１７の駆動電流はＰＤ１５の検出値を元にフィードバック制御されている。Ｐｈａｓｅヒータへの供給電力はモニタＰＤ電流比を元にフィードバック制御されている。ＴＥＣ２温度は目標周波数に対応した温度であり、最初からＦＴＦ制御の目標周波数に設定した場合と同じ温度である。ＴＥＣ１温度はＦＴＦ制御により決定された温度である。
　以上のように構成されたレーザ装置１００では、ＦＴＦ制御における消費電力の増大を抑制できる。以下、その理由を説明する。
　たとえば、ＦＴＦ制御においては、レーザ光Ｌ１の周波数を、典型的には±８ＧＨｚの範囲で変更することが指示される場合がある。一方、位相調整部７１４では、光の位相を２πラジアンだけ変更できる必要があるが、共振器モード間隔が２０ＧＨであれば、光の位相を２πラジアン変更できることは共振器モードを２０ＧＨｚだけ周波数軸上にシフトさせることができることに相当する。
　ＦＴＦ制御において、位相調整部７１４による位相の変化が０ラジアンの状態からレーザ光Ｌ１の周波数をさらに－８ＧＨｚまで変更でき、かつ位相の変化が＋２πラジアンの状態からレーザ光Ｌ１の周波数をさらに＋８ＧＨｚまで変更できる状態を実現するためには、位相調整部７１４にて位相を１．８×２πラジアンだけ変更できる必要がある。この場合、位相調整部７１４による位相の変更が２πラジアンだけでよい場合と比較して、位相調整部７１４への供給電力が約二倍になるので、位相調整部７１４の消費電力が増大する。
　そこで、レーザ装置１００では、ＦＴＦ制御においてはレーザ光Ｌ１の周波数の変更を、ＴＥＣ素子４によるレーザ素子部７の温度制御によって実現している。ＴＥＣ素子４によってレーザ素子部７全体の温度を変更する場合には、温度を１ケルビン変更するだけでおよそ１０ＧＨｚだけレーザ光Ｌ１の周波数が変化する。この場合には、レーザ素子部７の第１、第２ＤＢＲヒータおよびＰｈａｓｅヒータへの供給電力は一定でよい。一方、ＴＥＣ素子４の温度制御による消費電力の増加は、１ケルビン程度であれば無視できる程に小さい。
　以上説明したように、レーザ装置１００は、ＦＴＦ制御における消費電力の増大を抑制できるという効果を奏する。
（実施形態２）
　〔レーザ装置の概略構成〕
　図６は、実施形態２に係るレーザ装置の構成を示す図である。レーザ装置１００Ａは、モジュール化されたレーザ部１Ａと、レーザ部１Ａの動作を制御する制御部２Ａと、を備える。なお、レーザ部１Ａと制御部２Ａとは一体にモジュール化してもよい。
　〔レーザ部の構成〕
　レーザ部１Ａは、レーザ部１の構成において、ＴＥＣ素子４、５をＴＥＣ素子４Ａに置き換え、ビームスプリッタ１４、ＰＤ１５、１８、温度センサ１６、エタロンフィルタ１７を削除し、筐体３に収容されるＰＤ２１、レンズ２２、平面光波回路（ＰＬＣ）２３、ＰＤアレイ２４を追加した構成を備える。ＰＬＣ２３、ＰＤアレイ２４はモニタ部２５を構成している。なお、以下では、レーザ部１Ａのレーザ部１と共通の構成要素については説明を適宜省略する。
　ＴＥＣ素子４Ａは、筐体３の底板に搭載されている。ＴＥＣ素子４Ａはたとえばペルチェ素子を用いて構成されている。サブマウント６、レーザ素子部７、温度センサ８、レンズ９、光アイソレータ１０、ビームスプリッタ１１、ＰＤ２１、レンズ２２、ＰＬＣ２３、ＰＤアレイ２４は、ＴＥＣ素子４Ａに搭載されている。ＴＥＣ素子４Ａは、レーザ素子部７およびモニタ部２５の温度を一括して制御する温度制御器の一例である。
　ＰＤ２１は、ＴＥＣ素子４Ａに搭載されており、レーザ装置１００のＰＤ１５と同様に、レーザ光Ｌ２を受光して、受光強度に応じた電気信号を制御部２に出力する。ＰＤ２１は、レーザ光Ｌ１の強度に対応するモニタ値を取得するために機能する。
　レンズ２２は、ＴＥＣ素子４Ａに搭載されており、レーザ素子部７の第１ＤＢＲ部７１３側から出力された、レーザ光Ｌ１と同様にレーザ素子部７でレーザ発振したレーザ光Ｌ４を集光し、ＰＬＣ２３に光学的に結合させる。
　ＰＬＣ２３は、透過導波路２３ａと、光フィルタ２３ｂ、２３ｃとを備えている。ＰＬＣ２３は、レーザ光Ｌ４をレーザ光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂ、Ｌ４ｃに３分岐して、それぞれを透過導波路２３ａと、光フィルタ２３ｂ、２３ｃのそれぞれに入力させる。透過導波路２３ａは、レーザ光Ｌ４ａをそのまま透過し、ＰＤアレイ２４に出力する。光フィルタ２３ｂ、２３ｃは、いずれも光の周波数に対して略同一周期で周期的に変化するが、互いに位相がπ／２だけずれた透過特性を有する。光フィルタ２３ｂ、２３ｃは、レーザ光Ｌ４ｂ、Ｌ４ｃを、その周波数（レーザ光Ｌ１の周波数に等しい）に応じた透過率で透過し、ＰＤアレイ２４に出力する。光フィルタ２３ｂ、２３ｃは、リング共振器型フィルタや非対称マッハツェンダ型フィルタを用いて構成できる。
　ＰＤアレイ２４は、３つのＰＤを含み、透過導波路２３ａと、光フィルタ２３ｂ、２３ｃのそれぞれから出力されたレーザ光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂ、Ｌ４ｃをそれぞれのＰＤで受光して、受光強度に応じた電気信号をそれぞれ制御部２Ａに出力する。これらの電気信号は、レーザ光Ｌ１の強度の情報または周波数の情報を含む。ＰＤアレイ２４から出力されたそれぞれの電気信号は、制御部２Ａによる波長ロック制御に用いられる。具体的には後述するが、光フィルタ２３ｂまたは２３ｃからのレーザ光Ｌ４ｂまたはＬ４ｃに対する電気信号の電流値に対する透過導波路２３ａからのレーザ光Ｌ４ａに対する電気信号の電流値の比（モニタＰＤ電流比）の値は、レーザ光Ｌ１の周波数に対応するモニタ値に相当する。すなわちモニタ部２５はレーザ光Ｌ１の周波数に対応するモニタ値を取得するために機能する。なお、光フィルタ２３ｂ、２３ｃのいずれからのレーザ光に対する電気信号を使用するかは、制御すべきレーザ光Ｌ１の周波数に応じて選択される。具体的には、光フィルタ２３ｂ、２３ｃのうち、制御すべき周波数において透過率の周波数に対する傾きが大きい方が選択される。これにより、周波数の変化に対する透過率の変化が大きいので、周波数の検出感度が高くなる。
　〔制御部の概略構成〕
　制御部２Ａは、制御部２と同様の構成を有するので説明を省略する。
　〔レーザ装置の立ち上げ制御および波長ロック制御〕
　レーザ装置１００Ａの立ち上げ制御および波長ロック制御は、レーザ装置１００の場合と同様の方法で実施できる。ただし、目標周波数に応じて光フィルタ２３ｂ、２３ｃのうちいずれからの出力を用いるかを選択する。また、レーザ素子部７の温度とモニタ部２５との温度はＴＥＣ素子４Ａで一括して制御する点に留意すべきである。モニタ部２５が光フィルタ２３ｂ、２３ｃを備え、いずれかを選択して用いることによって、モニタ部２５を個別に温度制御しなくてもよい。
　波長ロック制御が終了した時点で、マイクロヒータ７３、７６（第１、第２ＤＢＲヒータ）への投入電力は、レーザ光Ｌ１の目標周波数に応じた固定の値となっており、利得部７１５の駆動電流とＴＥＣ素子４Ａの制御温度は、目標周波数に関わらず固定の設定値となっている。ＳＯＡ部７１７の駆動電流はＰＤ２１の検出値を元にフィードバック制御されており、マイクロヒータ７４（Ｐｈａｓｅヒータ）への供給電力はモニタＰＤ電流比を元にフィードバック制御されている。
　〔ＦＴＦ制御〕
　つぎに、実施形態２に係るレーザ装置１００Ａの制御部２ＡによるＦＴＦ制御の実施方法の一例について、図７のフローチャートを参照して説明する。ＦＴＦ制御は第２制御モードまたは第２制御ステップの一例である。図７のフローは、たとえば上位の制御装置から、現在の周波数から目標の周波数までのＦＴＦ制御の実行の指示を受けたときに開始される。
　はじめに、ステップＳ２０１において、制御部２Ａは、指示されたＦＴＦ制御の目標周波数と現在のレーザ光Ｌ１の周波数との周波数差を取得する。
　つづいて、ステップＳ２０２において、制御部２Ａは、取得した周波数差を、目標周波数に対応する目標ＰＤ電流比と、現在のレーザ光Ｌ１の周波数に対応する目標ＰＤ電流比との差、すなわち目標ＰＤ電流比変化量に変換して取得する。周波数と目標ＰＤ電流比との関係は、たとえば記憶部にテーブルデータや関係式として記憶されているものを参照したり、補間により算出したりできる。
　ここで、レーザ装置１００Ａでは、レーザ素子部７の温度とモニタ部２５との温度とをＴＥＣ素子４Ａで一括して制御しているので、ＴＥＣ素子４Ａによりレーザ素子部７の温度を変更するとモニタ部２５の温度も変化する。モニタ部２５の温度が変化すると、光フィルタ２３ｂ、２３ｃの周波数に対する透過率（またはＰＤ電流比）の関係を示す弁別カーブは周波数軸方向にシフトする。
　そこで、本制御方法では、レーザ素子部７および光フィルタ２３ｂ、２３ｃのそれぞれの温度依存性を考慮して、記憶部に記憶された目標ＰＤ電流比を補正する補正ステップを行う。たとえば、温度Ｔの変化に対する光フィルタ２３ｂ、２３ｃの透過特性の周波数軸方向へのシフト量ｆをｄｆ／ｄＴで示し、温度Ｔの変化に対するレーザ素子部７のレーザ光Ｌ１の周波数Ｆの変化をｄＦ／ｄＴで示すと、記憶された目標ＰＤ電流比に｛１－（ｄｆ／ｄＴ）／（ｄＦ／ｄＴ）｝を積算して補正する。
　なお、ＦＴＦ制御において、目標周波数と、現在のレーザ光Ｌ１の周波数とで、波長ロック制御に用いる光フィルタが異なる場合は、ＦＴＦ制御の開始前に予め切り換えておいてもよいし、ＦＴＦ制御の途中で切り換えを行ってもよい。
　つづいて、ステップＳ２０３において、制御部２Ａは、モニタＰＤ電流比を元にしたマイクロヒータ７４（Ｐｈａｓｅヒータ）のフィードバック制御を停止する。これにより、Ｐｈａｓｅヒータへの供給電力（電流）は停止時の値に固定される。
　つづいて、ステップＳ２０４において、制御部２Ａは、目標ＰＤ電流比を現在の値から変更する。なお、変更量は、目標ＰＤ電流比変化量を複数に分割した量とする。
　つづいて、ステップＳ２０５において、制御部２Ａは、変更した目標ＰＤ電流比とモニタＰＤ電流比の差の絶対値が所定の誤差範囲内かどうかを判定する。誤差範囲内で無い場合（ステップＳ２０５、Ｎｏ）、ＴＥＣ素子４Ａの制御温度（ＴＥＣ温度）を変更し、フローはステップＳ２０５に戻る。ＴＥＣ温度の変更によってレーザ光Ｌ１の周波数が変化する。誤差範囲内である場合（ステップＳ２０５、Ｙｅｓ）、フローはステップＳ２０７に進む。
　ＴＥＣ温度を変更すると、それに伴ってレーザ素子部７の温度も変化するので、第１ＤＢＲヒータ、第２ＤＢＲヒータ、Ｐｈａｓｅヒータに供給する電流を制御しなくても、反射ピークや共振器モードの周波数がシフトする。
　この状態では、制御部２Ａは、変更した目標ＰＤ電流比とモニタＰＤ電流比とを元にしたＴＥＣ素子４Ａのフィードバック制御を実施している。
　つづいて、ステップＳ２０７において、制御部２Ａは、ステップ２０４で変更した後の目標ＰＤ電流比と目標周波数に対応する目標ＰＤ電流比の差分であるΔ（目標ＰＤ電流比）がゼロか否かを判定する。Δ（目標ＰＤ電流比）がゼロでない場合（ステップＳ２０７、Ｎｏ）、フローはステップＳ２０４に戻り、制御部２Ａは、さらに目標ＰＤ電流比を変更する。Δ（目標ＰＤ電流比）がゼロである場合（ステップＳ２０７、Ｙｅｓ）、ＦＴＦ制御は終了する。すなわち、制御部２Ａは、ステップＳ２０８においてＰｈａｓｅヒータの制御を再開して通常の波長ロック制御を再開する。その後フローは終了する。
　フローを終了した時点で、第１ＤＢＲヒータ、第２ＤＢＲヒータへの供給電力は、ＦＴＦ制御の開始前と同じである。ＳＯＡ部７１７の駆動電流はＰＤ２１の検出値を元にフィードバック制御されている。Ｐｈａｓｅヒータへの供給電力はモニタＰＤ電流比を元にフィードバック制御されている。目標ＰＤ比は目標周波数に対応した値であり、最初からＦＴＦ制御の目標周波数に設定した場合と同じ値である。ＴＥＣ温度はＦＴＦ制御により決定された温度である。
　以上のように構成されたレーザ装置１００Ａでは、レーザ装置１００と同様に、ＦＴＦ制御における消費電力の増大を抑制できる。
　なお、上記実施形態２では２つの光フィルタ２３ｂ、２３ｃをＰＬＣにより構成したが、エタロンフィルタと空間光学系とにより構成してもよい。また、実施形態２ではモニタ部２５をレーザ素子部７の後方に配置したが、モニタ部２５をレーザ素子部７のレーザ光Ｌ１が出力される側に配置してもよい。この場合はＰＤアレイ２４によってレーザ光Ｌ１の強度をモニタする構成にしてもよい。
　また、上記実施形態では、第１ＤＢＲ部７１３、位相調整部７１４、第２ＤＢＲ部７１６の屈折率を変化させるために、マイクロヒータ７３、７４、７６による温度変化を用いているが、屈折率を変化させる別の方法として、電流注入によって導波路にキャリアを注入する方法を用いてもよい。この方法の場合はキャリアプラズマ効果によって屈折率が低下する現象を用いる。この方法を用いても、上記実施形態と同様にＦＴＦ制御における消費電力の増大を抑制できる。ただし、温度変化を用いる方がレーザ光Ｌ１を狭スペクトル線幅にする点では有利である。
　また、上記実施形態では、バーニア型と呼ばれる方法によってレーザ光Ｌ１の周波数を粗調しているが、ディジタルスーパモード型などのバーニア型以外の方法を用いる構成であっても、位相調整部を有する構成であれば、上記実施形態と同様にＦＴＦ制御における消費電力の増大を抑制できる。
　また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
　本発明は、レーザ装置およびその制御方法に利用することができる。
１、１Ａ　レーザ部
２、２Ａ　制御部
３　　　筐体
４、４Ａ、５　ＴＥＣ素子
６　　　サブマウント
７　　　レーザ素子部
８、１６　温度センサ
９、１２　レンズ
１０　　光アイソレータ
１１、１４　ビームスプリッタ
１３　　光ファイバ
１５、１８、２１　ＰＤ
１７　　エタロンフィルタ
１９、２５　モニタ部
２３　　ＰＬＣ
２３ａ　　透過導波路
２３ｂ、２３ｃ　光フィルタ
２４　　ＰＤアレイ
７１　　半導体部
７２　　ｎ側電極
７３、７４、７６　マイクロヒータ
７５、７７　ｐ側電極
１００、１００Ａ　レーザ装置
７１３　　第１ＤＢＲ部
７１３ａ、７１４ａ、７１５ａ、７１６ａ　導波路
７１４　　位相調整部
７１５　　利得部
７１６　　第２ＤＢＲ部
７１７　　ＳＯＡ部
７１７ａ　導波路
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ４ａ、Ｌ４ｂ、Ｌ４ｃ　レーザ光

Claims (8)

  1. 　レーザ共振器の光学長を調整する位相調整部を有し、前記位相調整部の制御によって、出力するレーザ光の周波数を可変とするレーザ素子部と、前記レーザ光の周波数に対応するモニタ値を取得するモニタ部と、を備えるレーザ部と、
    　前記レーザ部の温度を制御する温度制御器と、
    　制御部と、
    　を備え、
    　前記制御部は、
    　前記温度制御器に対する設定温度を一定にしながら、前記モニタ値が、前記レーザ光の周波数として設定された目標周波数に対応する目標モニタ値となるように、前記位相調整部を制御する第１制御モードと、
    　前記レーザ光の周波数に対する連続微調整制御が指示された場合に、前記レーザ光の周波数が、前記レーザ光の周波数として設定された目標周波数となるように、前記温度制御器を制御する第２制御モードと、
    　を実行可能に構成されている
    　レーザ装置。
  2. 　前記制御部は、前記第２制御モードにおいて、前記モニタ値が、前記レーザ光の周波数として設定された目標周波数に対応する目標モニタ値となるように、前記温度制御器を制御する
    　請求項１に記載のレーザ装置。
  3. 　前記温度制御器は、前記レーザ素子部の温度を制御する第１温度制御器と、前記モニタ部の温度を制御する第２温度制御器を有し、
    　前記制御部は、前記第２制御モードにおいて、前記第２温度制御器を制御して前記モニタ部の温度を変更しながら、前記モニタ値が前記目標モニタ値となるように、前記第１温度制御器を制御する
    　請求項２に記載のレーザ装置。
  4. 　前記温度制御器は、前記レーザ素子部および前記モニタ部の温度を一括して制御し、
    　前記制御部は、前記第２制御モードにおいて、前記レーザ素子部における前記レーザ光の周波数の温度依存性と、前記モニタ部における前記レーザ光の周波数に対するモニタ値の温度依存性とに基づいて、前記目標モニタ値を補正し、補正後の前記目標モニタ値を変更しながら、前記モニタ値が前記補正後の目標モニタ値となるように、前記温度制御器を制御する
    　請求項２に記載のレーザ装置。
  5. 　レーザ共振器の光学長を調整する位相調整部を有し、前記位相調整部の制御によって、出力するレーザ光の周波数を可変とするレーザ素子部と、前記レーザ光の周波数に対応するモニタ値を取得するモニタ部と、を備えるレーザ部と、前記レーザ部の温度を制御する温度制御器と、を備え、前記温度制御器に対する設定温度を一定にしながら、前記モニタ値が、前記レーザ光の周波数として設定された目標周波数に対応する目標モニタ値となるように、前記位相調整部を制御する第１制御ステップを実行可能に構成されたレーザ装置の制御方法であって、
    　前記レーザ光の周波数に対して連続微調整制御が指定された場合に、前記レーザ光の周波数が、前記レーザ光の周波数として設定された目標周波数となるように、前記温度制御器を制御する第２制御ステップを含む
    　レーザ装置の制御方法。
  6. 　前記第２制御ステップにおいて、前記モニタ値が、前記レーザ光の周波数として設定された目標周波数に対応する目標モニタ値となるように、前記温度制御器を制御する
    　請求項５に記載のレーザ装置の制御方法。
  7. 　前記第２制御ステップにおいて、前記モニタ部の温度を変更しながら、前記モニタ値が前記目標モニタ値となるように、前記レーザ素子部の温度を制御する
    　請求項６に記載のレーザ装置の制御方法。
  8. 　前記第２制御ステップにおいて、前記レーザ素子部および前記モニタ部の温度を一括して制御し、
    　前記第２制御ステップは、
    　前記レーザ素子部における前記レーザ光の周波数の温度依存性と、前記モニタ部における前記レーザ光の周波数に対するモニタ値の温度依存性とに基づいて、前記目標モニタ値を補正する補正ステップと、
    　補正後の前記目標モニタ値を変更しながら、前記モニタ値が前記補正後の目標モニタ値となるように、前記温度制御器を制御する制御ステップと、
    　を含む
    　請求項６に記載のレーザ装置の制御方法。
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