(57)【要約】【課題】目的波長まで短時間で波長を変化させることができる波長可変レーザ装置を提供すること。【解決手段】波長可変レーザ装置は、出力するレーザ光の波長を可変とする波長可変光源部と、前記レーザ光の波長を周期的に時間変化させる変調信号を発生する変調信号発生部と、入射する光の波長に対して周期的に特性が変化する透過特性を有する波長フィルタと、前記波長可変光源部から出力される前記レーザ光の強度を取得する第１の受光素子と、前記波長可変光源部から出力され、前記波長フィルタを透過した前記レーザ光の強度を取得する第２の受光素子と、前記第１の受光素子及び前記第２の受光素子から取得した、波長に対して周期的に変化する前記レーザ光の強度比の前記変調信号に対する応答に基づいて、前記波長可変光源部から出力される前記レーザ光の波長を制御する制御部と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力するレーザ光の波長を可変とする波長可変光源部と、
前記レーザ光の波長を周期的に時間変化させる変調信号を発生する変調信号発生部と、
入射する光の波長に対して周期的に特性が変化する透過特性を有する波長フィルタと、
前記波長可変光源部から出力される前記レーザ光の強度を取得する第１の受光素子と、
前記波長可変光源部から出力され、前記波長フィルタを透過した前記レーザ光の強度を取得する第２の受光素子と、
前記第１の受光素子及び前記第２の受光素子から取得した、波長に対して周期的に変化する前記レーザ光の強度比の前記変調信号に対する応答に基づいて、前記波長可変光源部から出力される前記レーザ光の波長を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする波長可変レーザ装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記強度比が、前記変調信号に対して同位相で変化するか逆位相で変化するかを判定する位相判定部を有することを特徴とする請求項１に記載の波長可変レーザ装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記強度比の平均値と、前記位相判定部の判定結果に基づいて、前記レーザ光の波長を特定する波長特定部を有することを特徴とする請求項２に記載の波長可変レーザ装置。
【請求項４】
前記波長フィルタは、導波路型の光フィルタであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の波長可変レーザ装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記レーザ光の外部への出力を停止した状態で前記波長可変光源部から出力される前記レーザ光の波長を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の波長可変レーザ装置。
【請求項６】
出力するレーザ光の波長を可変とする波長可変光源部から出力される前記レーザ光の波長を周期的に時間変化させる変調信号を発生する変調信号発生ステップと、
前記波長可変光源部から出力される前記レーザ光の強度を取得する第１の受光ステップと、
前記波長可変光源部から出力され、入射する光の波長に対して周期的に特性が変化する透過特性を有する波長フィルタを透過した前記レーザ光の強度を取得する第２の受光ステップと、
前記第１の受光ステップ及び前記第２の受光ステップにおいて取得した、波長に対して周期的に変化する前記レーザ光の強度比の前記変調信号に対する応答に基づいて、前記波長可変光源部から出力される前記レーザ光の波長を制御する波長制御ステップと、
を含むことを特徴とする波長可変レーザ装置の波長制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長可変レーザ装置およびその波長制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、波長可変レーザ装置において、入射する光の波長に対して周期的な透過特性を有する波長フィルタを用いて、出力するレーザ光の波長を制御する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の波長可変レーザ装置は、出力するレーザ光の波長を可変とする波長可変光源部と、波長可変光源部から出力されたレーザ光の強度を取得する第１の受光素子と、エタロン等の波長フィルタと、波長フィルタを透過したレーザ光の強度を取得する第２の受光素子と、波長可変光源部の動作を制御する制御部（演算回路）と、を備える。
【０００４】
ここで、制御部は、第１，第２の受光素子がそれぞれ取得したレーザ光の強度に基づいて、レーザ光の波長を制御するためのモニタ値を算出する。また、制御部は、波長フィルタにおける所定の温度（以下、基準温度と記載）での透過特性を用いて、レーザ光の目標波長に対応し、当該モニタ値の目標となる制御目標値を設定する。そして、制御部は、モニタ値が制御目標値に合致するように、波長可変光源部が出力するレーザ光の波長を変化させるよう波長可変光源部の動作を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−６０９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、第１，第２の受光素子がそれぞれ取得したレーザ光の強度に対して、目標波長と、波長可変光源部が出力するレーザ光の波長との差が一意に対応しないため、波長可変光源部の適切な動作を特定することができず、目的波長まで波長を変化させるのに時間がかかってしまう虞があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、目的波長まで短時間で波長を変化させることができる波長可変レーザ装置およびその波長制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る波長可変レーザ装置は、出力するレーザ光の波長を可変とする波長可変光源部と、前記レーザ光の波長を周期的に時間変化させる変調信号を発生する変調信号発生部と、入射する光の波長に対して周期的に特性が変化する透過特性を有する波長フィルタと、前記波長可変光源部から出力される前記レーザ光の強度を取得する第１の受光素子と、前記波長可変光源部から出力され、前記波長フィルタを透過した前記レーザ光の強度を取得する第２の受光素子と、前記第１の受光素子及び前記第２の受光素子から取得した、波長に対して周期的に変化する前記レーザ光の強度比の前記変調信号に対する応答に基づいて、前記波長可変光源部から出力される前記レーザ光の波長を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る波長可変レーザ装置では、上記発明において、前記制御部は、前記強度比が、前記変調信号に対して同位相で変化するか逆位相で変化するかを判定する位相判定部を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る波長可変レーザ装置では、上記発明において、前記制御部は、前記強度比の平均値と、前記位相判定部の判定結果に基づいて、前記レーザ光の波長を特定する波長特定部を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る波長可変レーザ装置では、上記発明において、前記波長フィルタは、導波路型の光フィルタであることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る波長可変レーザ装置では、上記発明において、前記制御部は、前記レーザ光の外部への出力を停止した状態で前記波長可変光源部から出力される前記レーザ光の波長を制御することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る波長可変レーザ装置の波長制御方法は、出力するレーザ光の波長を可変とする波長可変光源部から出力される前記レーザ光の波長を周期的に時間変化させる変調信号を発生する変調信号発生ステップと、前記波長可変光源部から出力される前記レーザ光の強度を取得する第１の受光ステップと、前記波長可変光源部から出力され、入射する光の波長に対して周期的に特性が変化する透過特性を有する波長フィルタを透過した前記レーザ光の強度を取得する第２の受光ステップと、前記第１の受光ステップ及び前記第２の受光ステップにおいて取得した、波長に対して周期的に変化する前記レーザ光の強度比の前記変調信号に対する応答に基づいて、前記波長可変光源部から出力される前記レーザ光の波長を制御する波長制御ステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、目的波長まで短時間で波長を変化させることができる波長可変レーザ装置およびその波長制御方法を実現できる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本実施の形態に係る波長可変レーザ装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、波長可変光源部の構成を示す図である。
【図３】図３は、制御部の構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、変調信号に対するＰＤ比の応答を説明するための図である。
【図５】図５は、波長Ｗ１の場合のＰＤ比の応答を表す図である。
【図６】図６は、波長Ｗ２の場合のＰＤ比の応答を表す図である。
【図７】図７は、制御部による波長制御方法を示すフローチャートである。
【図８】図８は、変調信号とモニタ値とを関連づけて記憶する様子を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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、実施の形態）について説明する。なお、以下に説明する実施の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。また、図中で適宜ｘｙｚ座標軸を示し、これにより方向を説明する。
【００１７】
（実施の形態）
〔波長可変レーザ装置の概略構成〕
図１は、本実施の形態に係る波長可変レーザ装置の構成を示す図である。
波長可変レーザ装置１は、モジュール化された波長可変レーザ部２と、当該波長可変レーザ部２の動作を制御する制御部３と、を備える。
なお、図１では、波長可変レーザ部２と制御部３とを別体で構成しているが、当該各部材２，３を一体にモジュール化しても構わない。
【００１８】
〔波長可変レーザ部の構成〕
波長可変レーザ部２は、制御部３による制御の下、出力するレーザ光の波長を複数の波長のうちいずれか一波長のレーザ光に可変とし、当該一波長のレーザ光を出力する。この波長可変レーザ部２は、波長可変光源部４と、半導体光増幅器(Semiconductor Optical Amplifier：ＳＯＡ）５と、平面光波回路（Planar Lightwave Circuit：ＰＬＣ）６と、光検出部７と、温度センサ８と、温度調節器９と、を備える。
【００１９】
図２は、波長可変光源部の構成を示す図である。
波長可変光源部４は、例えばバーニア効果を利用した波長可変レーザであり、制御部３による制御の下、レーザ光Ｌ１を出力する。この波長可変光源部４は、出力するレーザ光Ｌ１の波長を可変とする光源部４１と、制御部３から供給される電力に応じて発熱する３つのマイクロヒータ４２１〜４２３を有し、光源部４１を局所的に加熱することで、光源部４１から出力されるレーザ光Ｌ１の波長を変更する波長可変部４２と、を備える。
【００２０】
光源部４１は、共通の基部Ｂ１上にそれぞれ形成された第１，第２の導波路部４３，４４を備える。ここで、基部Ｂ１は、例えばｎ型ＩｎＰからなる。そして、基部Ｂ１の裏面には、例えばＡｕＧｅＮｉを含んで構成され、当該基部Ｂ１とオーミック接触するｎ側電極４５が形成されている。
【００２１】
第１の導波路部４３は、埋め込み導波路構造を有している。この第１の導波路部４３は、導波路部４３１と、半導体積層部４３２と、ｐ側電極４３３と、を備える。
導波路部４３１は、半導体積層部４３２内にｚ方向に延伸するように形成されている。
また、第１の導波路部４３内には、利得部４３１ａと、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）型の回折格子層４３１ｂとが配置されている。
【００２２】
ここで、利得部４３１ａは、ＩｎＧａＡｓＰからなる多重量子井戸構造と光閉じ込め層とを有する活性層である。また、回折格子層４３１ｂは、ＩｎＧａＡｓＰとＩｎＰとからなる標本化回折格子で構成されている。
【００２３】
半導体積層部４３２は、ＩｎＰ系半導体層が積層して構成されており、導波路部４３１に対してクラッド部の機能等を備える。
【００２４】
ｐ側電極４３３は、半導体積層部４３２上において、利得部４３１ａに沿うように配置されている。なお、半導体積層部４３２上には、ＳｉＮ保護膜（図示略）が形成されている。そして、ｐ側電極４３３は、当該ＳｉＮ保護膜に形成された開口部（図示略）を介して半導体積層部４３２に接触している。
【００２５】
ここで、マイクロヒータ４２１は、半導体積層部４３２のＳｉＮ保護膜上において、回折格子層４３１ｂに沿うように配置されている。そして、マイクロヒータ４２１は、制御部３から供給される電力に応じて発熱し、回折格子層４３１ｂを加熱する。また、制御部３がマイクロヒータ４２１に供給する電力を制御することによって回折格子層４３１ｂの温度が変化し、その屈折率が変化する。
【００２６】
第２の導波路部４４は、２分岐部４４１と、２つのアーム部４４２，４４３と、リング状導波路４４４と、を備える。
【００２７】
２分岐部４４１は、１×２型の多モード干渉型（ＭＭＩ）導波路４４１ａを含む１×２型の分岐型導波路で構成され、２ポート側が２つのアーム部４４２，４４３のそれぞれに接続されるとともに１ポート側が第１の導波路部４３側に接続されている。すなわち、２分岐部４４１により、２つのアーム部４４２，４４３は、その一端が統合され、回折格子層４３１ｂと光学的に結合される。
【００２８】
アーム部４４２，４４３は、いずれもｚ方向に延伸し、リング状導波路４４４を挟むように配置されている。これらアーム部４４２，４４３は、リング状導波路４４４といずれも同一の結合係数κでリング状導波路４４４と光学的に結合している。κの値は、例えば０．２である。そして、アーム部４４２，４４３とリング状導波路４４４とは、リング共振器フィルタＲＦ１を構成している。また、リング共振器フィルタＲＦ１と２分岐部４４１とは、反射ミラーＭ１を構成している。
【００２９】
ここで、マイクロヒータ４２２は、リング状であり、リング状導波路４４４を覆うように形成されたＳｉＮ保護膜（図示略）上に配置されている。そして、マイクロヒータ４２２は、制御部３から供給される電力に応じて発熱し、リング状導波路４４４を加熱する。また、制御部３がマイクロヒータ４２２に供給する電力を制御することによってリング状導波路４４４の温度が変化し、その屈折率が変化する。
【００３０】
上述した２分岐部４４１、アーム部４４２，４４３、及びリング状導波路４４４は、いずれも、ＩｎＧａＡｓＰからなる光導波層４４ａがＩｎＰからなるクラッド層によって挟まれたハイメサ導波路構造を有している。
【００３１】
ここで、マイクロヒータ４２３は、アーム部４４３の一部のＳｉＮ保護膜（図示略）上に配置されている。当該アーム部４４３のうちマイクロヒータ４２３の下方の領域は、光の位相を変化させる位相調整部４４５として機能する。そして、マイクロヒータ４２３は、制御部３から供給される電力に応じて発熱し、位相調整部４４５を加熱する。また、制御部３がマイクロヒータ４２３に供給する電力を制御することによって位相調整部４４５の温度が変化し、その屈折率が変化する。
【００３２】
以上説明した第１，第２の導波路部４３，４４は、互いに光学的に接続された回折格子層４３１ｂと反射ミラーＭ１とにより構成される光共振器Ｃ１を構成している。また、利得部４３１ａと位相調整部４４５とは、光共振器Ｃ１内に配置される。
【００３３】
回折格子層４３１ｂは、略所定の波長間隔で略周期的な反射特性を有する第１の櫛状反射スペクトルを生成する。一方、リング共振器フィルタＲＦ１は、略所定の波長間隔で略周期的な反射特性を有する第２の櫛状反射スペクトルを生成する。
【００３４】
ここで、第２の櫛状反射スペクトルは、第１の櫛状反射スペクトルのピークの半値全幅よりも狭い半値全幅のピークを有し、第１の櫛状反射スペクトルの波長間隔とは異なる波長間隔で略周期的な反射特性を有する。但し、屈折率の波長分散を考慮すると、スペクトル成分は厳密には等波長間隔になっていないことに注意が必要である。
【００３５】
各櫛状反射スペクトルの特性について例示すると、第１の櫛状反射スペクトルのピーク間の波長間隔（自由スペクトル領域：ＦＳＲ）は、光の周波数で表すと３７３ＧＨｚである。また、各ピークの半値全幅は、光の周波数で表すと４３ＧＨｚである。一方、第２の櫛状反射スペクトルのピーク間の波長間隔（ＦＳＲ）は、光の周波数で表すと４００ＧＨｚである。また、各ピークの半値全幅は、光の周波数で表すと２５ＧＨｚである。すなわち、第２の櫛状反射スペクトルの各ピークの半値全幅（２５ＧＨｚ）は、第１の櫛状反射スペクトルの各ピークの半値全幅（４３ＧＨｚ）より狭い。
【００３６】
波長可変光源部４では、レーザ発振を実現するために、第１の櫛状反射スペクトルのピークの一つと第２の櫛状反射スペクトルのピークの一つとを波長軸上で重ね合わせ可能に構成されている。このような重ね合わせは、マイクロヒータ４２１，４２２の少なくとも一つを用いて、マイクロヒータ４２１により回折格子層４３１ｂを加熱して熱光学効果によりその屈折率を変化させて第１の櫛状反射スペクトルを波長軸上で全体的に移動させて変化させる、及び、マイクロヒータ４２２によりリング状導波路４４４を加熱してその屈折率を変化させて第２の櫛状反射スペクトルを波長軸上で全体的に移動させて変化させる、の少なくともいずれか一つを行うことにより、実現することができる。
【００３７】
一方、波長可変光源部４において、光共振器Ｃ１による共振器モードが存在する。そして、波長可変光源部４において、共振器モードの間隔（縦モード間隔）は、２５ＧＨｚ以下となるように光共振器Ｃ１の共振器長が設定されている。この設定の場合、光共振器Ｃ１の共振器長は、１８００μｍ以上となり、発振するレーザ光の狭線幅化を期待することができる。なお、光共振器Ｃ１の共振器モードの波長は、マイクロヒータ４２３を用いて位相調整部４４５を加熱してその屈折率を変化させて共振器モードの波長を波長軸上で全体的に移動させることにより微調整することができる。すなわち、位相調整部４４５は、光共振器Ｃ１の光路長を能動的に制御するための部分である。
【００３８】
波長可変光源部４は、制御部３により、ｎ側電極４５及びｐ側電極４３３から利得部４３１ａへ電流を注入し、利得部４３１ａａを発光させると、第１の櫛状反射スペクトルのスペクトル成分のピーク、第２の櫛状反射スペクトルのスペクトル成分のピーク、及び光共振器Ｃ１の共振器モードの一つが一致した波長、例えば１５５０ｎｍでレーザ発振し、レーザ光Ｌ１を出力するように構成されている。
【００３９】
また、波長可変光源部４では、バーニア効果を利用してレーザ光Ｌ１の波長を変化させることができる。例えば、回折格子層４３１ｂをマイクロヒータ４２１で加熱すると、熱光学効果により回折格子層４３１ｂの屈折率が上昇し、回折格子層４３１ｂの第１の櫛状反射スペクトルは、全体的に長波側にシフトする。その結果、１５５０ｎｍ付近における第１の櫛状反射スペクトルのピークは、リング共振器フィルタＲＦ１の第２の櫛状反射スペクトルのピークとの重なりが解かれ、長波側に存在する第２の櫛状反射スペクトルの別のピーク（例えば１５５６ｎｍ付近）に重なる。さらに、位相調整部４４５をチューニングして共振器モードを微調し、共振器モードの一つを二つの櫛状反射スペクトルに重ねることで、１５５６ｎｍ付近でのレーザ発振を実現することができる。すなわち、波長可変光源部４では、回折格子層４３１ｂに対するマイクロヒータ４２１とリング共振器フィルタＲＦ１に対するマイクロヒータ４２２とにより第１，第２の櫛状反射スペクトルをそれぞれチューニングすることで粗調、位相調整部４４５に対するマイクロヒータ４２３により共振器長をチューニングすることで微調を行う波長可変動作が実現される。
【００４０】
半導体光増幅器５は、具体的な図示は省略したが、第１の導波路部４３と同様の材料及び構造からなる活性コア層を備える埋め込み導波路構造を有する。但し、回折格子層４３１ｂは設けられていない。この半導体光増幅器５は、空間結合光学系（図示略）により波長可変光源部４に対して光学的に結合している。そして、波長可変光源部４から出力されたレーザ光Ｌ１は、半導体光増幅器５に入力される。また、半導体光増幅器５は、レーザ光Ｌ１を増幅してレーザ光Ｌ２として出力する。なお、半導体光増幅器５は、基部Ｂ１上に、波長可変光源部４とモノリシックに構成されていてもよい。
【００４１】
平面光波回路６は、空間結合光学系（図示略）によりアーム部４４２に光学的に結合している。そして、レーザ光Ｌ１と同様に波長可変光源部４におけるレーザ発振により発生したレーザ光Ｌ３の一部は、アーム部４４２を介して平面光波回路６に入力される。なお、レーザ光Ｌ３は、レーザ光Ｌ１の波長と同一の波長を有する。この平面光波回路６は、光分岐部６１と、光導波路６２と、リング共振器型光フィルタ６３ａを有する光導波路６３と、を備える。
【００４２】
光分岐部６１は、入力したレーザ光Ｌ３を２つのレーザ光Ｌ４，Ｌ５に分岐する。
そして、光導波路６２は、レーザ光Ｌ４を光検出部７における後述するＰＤ（Photo Diode）７１に導波する。また、光導波路６３は、レーザ光Ｌ５を光検出部７における後述するＰＤ７２に導波する。
【００４３】
ここで、リング共振器型光フィルタ６３ａは、入射する光の波長に対して周期的な透過特性を有し、当該透過特性に応じた透過率でレーザ光Ｌ５を透過する。そして、リング共振器型光フィルタ６３ａを透過したレーザ光Ｌ５は、ＰＤ７２に入力する。すなわち、リング共振器型光フィルタ６３ａは、導波路型の波長フィルタで構成され、本発明に係る波長フィルタに相当する。以下では、説明の便宜上、リング共振器型光フィルタ６３ａを波長フィルタ６３ａと記載する。なお、波長フィルタ６３ａとして、入射する光の波長に対して周期的な透過特性を有するエタロンフィルタを用いてもよい。
【００４４】
光検出部７は、ＰＤ７１，７２を備える。
ＰＤ７１は、レーザ光Ｌ４（波長可変光源部４から出力されたレーザ光Ｌ１と同一）を受光し、当該レーザ光Ｌ４の強度に応じた電気信号を制御部３に出力する。すなわち、ＰＤ７１は、本発明に係る第１の受光素子に相当する。
ＰＤ７２は、波長フィルタ６３ａを透過したレーザ光Ｌ５を受光し、当該レーザ光Ｌ５の強度に応じた電気信号を制御部３に出力する。すなわち、ＰＤ７２は、本発明に係る第２の受光素子に相当する。
そして、ＰＤ７１，７２からそれぞれ出力された電気信号は、制御部３による波長ロック制御（波長可変光源部４から出力されるレーザ光Ｌ１を目標波長にするための制御）に用いられる。
【００４５】
温度センサ８は、例えばサーミスタ等で構成され、平面光波回路６の周囲温度を検出する。なお、温度センサ８としては、温度調節器９の外部に設置し、波長可変レーザ装置１が配置される環境の温度を周囲温度として検出しても構わない。
【００４６】
温度調節器９は、例えばペルチェ素子を含むＴＥＣ（Thermo Electric Cooler）等で構成されている。この温度調節器９には、波長可変光源部４、半導体光増幅器５、平面光波回路６、光検出部７、及び温度センサ８が載置される。そして、温度調節器９は、供給された電力に応じて当該各部材４〜８の温度を調節する。
なお、温度調節器９において、当該各部材４〜８が載置される設置面９１を波長可変光源部４及び半導体光増幅器５が載置される第１の領域Ａｒ１と、平面光波回路６及び光検出部７が載置される第２の領域Ａｒ２の２つの領域に区画した場合には、温度センサ８は、第２の領域Ａｒ２に載置される。すなわち、温度センサ８は、平面光波回路６に近接して配置されている。
【００４７】
〔制御部の構成〕
次に、制御部３の構成について説明する。
図３は、制御部の構成を示すブロック図である。
制御部３は、例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、波長可変レーザ部２の動作を制御する。
なお、以下では、本発明の要部である制御部３による波長ロック制御を主に説明する。また、図３では、説明の便宜上、制御部３の構成として、波長ロック制御を実行する構成のみを図示している。
【００４８】
この制御部３は、波長可変レーザ装置１全体を制御する演算部３１と、レーザ光Ｌ１の波長を周期的に時間変化させる変調信号を発生する変調信号発生部３２と、波長可変レーザ装置１を制御するプログラム等を記憶する記憶部３３と、を備える。
【００４９】
演算部３１は、ＣＰＵ等を用いて構成されている。この演算部３１は、モニタ値算出部３１１と、平均値算出部３１２と、位相判定部３１３と、波長特定部３１４と、操作量算出部３１５と、を備える。
【００５０】
モニタ値算出部３１１は、ＰＤ７１，７２からそれぞれ出力された電気信号の出力値に基づいて、レーザ光Ｌ１の波長を制御するためのモニタ値を算出する。具体的に、モニタ値算出部３１１は、ＰＤ７１から出力された電気信号の出力値に対するＰＤ７２から出力された電気信号の出力値の比率をモニタ値（以下、ＰＤ比と記載）として算出する。
【００５１】
平均値算出部３１２は、ＰＤ比の平均値を算出する。平均値算出部３１２は、後述する変調信号発生部３２による周期的変調を少なくとも１または複数の周期分含むようにＰＤ比を取得し、その平均値を算出する。ただし、平均値算出部３１２は、変調信号発生部３２による変調がかけられていない状態でＰＤ比を取得して平均値を算出してもよい。
【００５２】
位相判定部３１３は、ＰＤ比の後述する変調信号に対する応答に基づいて、レーザ光の波長と波長フィルタの透過特性との対応関係を判定する。図４は、変調信号に対するＰＤ比の応答を説明するための図である。図４の横軸は波長であり、縦軸はＰＤ比である。図４に示すＰＤ比を表す曲線ＣＬは、波長フィルタ６３ａの周期的な透過特性に応じた周期的特性を有する。
【００５３】
まず、レーザ光Ｌ１の波長を目標波長ＴＷにするために、変調信号を重畳しない状態でレーザ光Ｌ１の波長の粗調を行う。具体的には、例えばレーザ光Ｌ１の波長が、目標波長ＴＷ以下であり、かつ目標波長ＴＷから波長フィルタ６３ａの周期的な透過特性の１周期分より離れていない波長となるように粗調する。このとき、モニタ値算出部３１１が算出したＰＤ比が値Ａになったとすると、レーザ光Ｌ１の波長は、波長Ｗ１又は波長Ｗ２である。
【００５４】
ここで、レーザ光Ｌ１の波長が増減するように、波長可変光源部４に変調信号を重畳する。具体的には、マイクロヒータ４２１〜４２３に印加する電圧を周期的に増減させる。特に、マイクロヒータ４２３に印加する電圧を周期的に増減させることにより、波長可変光源部４が出射するレーザ光Ｌ１を微少かつ高速に変調させることができる。なお、図４において、説明のためレーザ光Ｌ１の波長の変調を誇張して図示しているが、実際には波長の変調は微少でよい。一例としては、波長フィルタ６３ａが略８０ＧＨｚの周波数幅に対応する波長間隔で周期的であれば、変調は〜１ＧＨｚの周波数幅でよい。
【００５５】
レーザ光Ｌ１の波長が波長Ｗ１である場合、変調信号ＭＳによりレーザ光Ｌ１の波長が増大すると、点Ｐ１の状態から点Ｐ１１の状態に遷移する。すなわち、ＰＤ比が増大する。その後、変調信号ＭＳに応じて、点Ｐ１１と点Ｐ１２との間で状態が周期的に変化する。
【００５６】
図５は、波長Ｗ１の場合のＰＤ比の応答を表す図である。図５に示す横軸は時間である。図５において、曲線ＣＬ１は、マイクロヒータ４２１〜４２３に印加する変調電圧を表し、曲線ＣＬ２は、ＰＤ比を表す。図５に示すように、曲線ＣＬ１が増大すると、ＰＤ比を表す曲線ＣＬ２も増大し、曲線ＣＬ１と曲線ＣＬ２とは、同じ波形で変化する。換言すると、レーザ光Ｌ１の波長が、図４に示す曲線ＣＬにおいて傾きが正の波長に対応する場合、変調信号ＭＳとＰＤ比とが同位相で変化する。
【００５７】
一方、レーザ光Ｌ１の波長が波長Ｗ２である場合、変調信号ＭＳによりレーザ光Ｌ１の波長が増大すると、点Ｐ２の状態から点Ｐ２１の状態に遷移する。すなわち、ＰＤ比が減少する。その後、変調信号ＭＳに応じて、点Ｐ２１と点Ｐ２２との間で状態が周期的に変化する。
【００５８】
図６は、波長Ｗ２の場合のＰＤ比の応答を表す図である。図５と同様に、図６に示す横軸は時間であり、曲線ＣＬ１は、マイクロヒータ４２１〜４２３に印加する変調電圧を表し、曲線ＣＬ３は、ＰＤ比を表す。図６に示すように、曲線ＣＬ１が増大すると、ＰＤ比を表す曲線ＣＬ３は減少し、曲線ＣＬ１と曲線ＣＬ３とは、逆の波形で変化する。換言すると、レーザ光Ｌ１の波長が、図４に示す曲線ＣＬにおいて傾きが負の波長に対応する場合、変調信号ＭＳとＰＤ比とが逆位相で変化する。
【００５９】
位相判定部３１３は、ＰＤ比が、変調信号に対して同位相で変化するか逆位相で変化するかを判定する。なお、図５及び図６には、説明のため変調電圧及びＰＤ比の一部を図示した。
【００６０】
波長特定部３１４は、平均値算出部３１２が算出したＰＤ比の平均値と、位相判定部３１３の判定結果とに基づいて、レーザ光Ｌ１の波長を特定する。具体的には、波長特定部３１４は、ＰＤ比の平均値が図４に示す値Ａであり、変調信号ＭＳとＰＤ比とが同位相である場合、レーザ光Ｌ１の波長が波長Ｗ１であると特定する。また、波長特定部３１４は、ＰＤ比の平均値が図４に示す値Ａであり、変調信号ＭＳとＰＤ比とが逆位相である場合、レーザ光Ｌ１の波長が波長Ｗ２であると特定する。
【００６１】
操作量算出部３１５は、上位の制御装置（図示略）から取得した目標波長ＴＷと、波長特定部３１４が特定した波長とに基づいて、波長可変光源部４に対する操作量を算出する。具体的には、操作量算出部３１５は、レーザ光Ｌ１の波長を目標波長ＴＷに制御するために、マイクロヒータ４２１〜４２３にそれぞれ供給する電圧の量である操作量を算出する。
【００６２】
変調信号発生部３２は、レーザ光Ｌ１の波長を周期的に時間変化させる変調信号を発生する。変調信号は、波長可変光源部４が出射する波長を周期的に変調させる信号であり、ここでは、マイクロヒータ４２１〜４２３に印加する変調電圧である。なお、例えば波長可変光源部４がＴＥＣの温度によって波長を変化させる波長可変光源である場合、ＴＥＣの温度を高速で変調させることは困難である。この場合には、波長可変光源部４に印加する電力を変調させることにより、波長可変光源部４内部の温度を微少に変化させて出力波長を変調させればよい。また、波長可変光源がレーザダイオードである場合、レーザダイオードに印加する電流を直接変調することにより、波長を変調してもよい。
【００６３】
記憶部３３は、演算部３１にて実行されるプログラムや、演算部３１の処理に必要な情報（例えば、透過特性情報及び波長電力情報等）等を記憶する。また、記憶部３３は、変調信号発生部３２が出力した変調信号や、モニタ値算出部３１１が算出したモニタ値等を記憶する。
【００６４】
〔波長制御方法〕
次に、上述した制御部３による波長制御方法（波長ロック制御）について説明する。
図７は、制御部による波長制御方法を示すフローチャートである。
【００６５】
始めに、演算部３１は、ユーザインターフェースを介して上位の制御装置（図示略）に入力された目標波長ＴＷを当該上位の制御装置から取得する（ステップＳ１）。
【００６６】
ステップＳ１の後、演算部３１は、記憶部３３を参照し、目標ＰＤ比及び目標誤差を取得する（ステップＳ２）。具体的には、演算部３１は、記憶部３３に記憶された図４に示すＰＤ比の周期的特性を参照し、目標波長ＴＷに対応するＰＤ比である目標ＰＤ比（図４の値Ｂ）を取得する。また、演算部３１は、記憶部３３に記憶された目標誤差を取得する。目標誤差は、波長制御を行った後におけるレーザ光Ｌ１の波長の目標波長ＴＷからの誤差の許容量である。
【００６７】
変調信号発生部３２は、変調信号を発生させる（ステップＳ３）。なお、変調信号発生部３２は、波長可変レーザ装置１の電源がＯＮである間、常に変調信号を発生させていてもよい。
【００６８】
ステップＳ３の後、制御部３は、変調信号発生部３２が発生する変調信号により、レーザ光Ｌ１の波長を変調させる（ステップＳ４）。具体的には、制御部３は、マイクロヒータ４２１〜４２３に印加する電圧に変調信号を重畳することにより、レーザ光Ｌ１の波長を周期的に変調させる。
【００６９】
ステップＳ４の後、演算部３１は、操作量の初期値を設定する（ステップＳ５）。具体的には、現在のレーザ光Ｌ１の波長と目標波長ＴＷとの差から、目標波長ＴＷとの差が波長フィルタ６３ａの周期的な透過特性の１周期以内となるように、マイクロヒータ４２１〜４２３に印加する電圧の量を操作量として算出する。
【００７０】
ステップＳ５の後、制御部３は、設定した操作量に応じて波長可変光源部４を制御し、レーザ光Ｌ１の波長を変更する（ステップＳ６）。
【００７１】
ステップＳ６の後、制御部３は、変調信号発生部３２が発生する変調信号と、モニタ値算出部３１１が算出するモニタ値（ＰＤ比）とを同期する（ステップＳ７）。具体的には、制御部３は、基準クロックに合わせて、変調信号発生部３２が変調信号を発生させるタイミングと、モニタ値算出部３１１がＰＤ７１，７２から計測値を取得してＰＤ比を算出するタイミングとを同期させる。
【００７２】
ステップＳ７の後、変調信号発生部３２が発生した変調信号は、順次記憶部３３に記憶される（ステップＳ８）。そして、変調信号に同期して、モニタ値算出部３１１は、順次モニタ値（ＰＤ比）を算出する（ステップＳ９）。図８は、変調信号とモニタ値とを関連づけて記憶する様子を表す図である。図８に示すように、時間ｔ＝ｔ１，ｔ２，ｔ３・・・に対応して、変調信号発生部３２は、順次変調電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３・・・を発生させる。記憶部３３は、変調電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３・・・を順次記憶するとともに、変調電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３・・・に同期して算出されたＰＤ比Ａ１，Ａ２，Ａ３を順次記憶する。
【００７３】
ステップＳ９の後、平均値算出部３１２は、ＰＤ比の平均値を算出する（ステップＳ１０）。具体的には、平均値算出部３１２は、ＰＤ比Ａ１〜Ａｎの和をｎで除算し、ＰＤ比の平均値を算出する。
【００７４】
ステップＳ１０の後、位相判定部３１３は、変調信号に対するＰＤ比の応答を判定する（ステップＳ１１）。具体的には、位相判定部３１３は、変調信号に対して、ＰＤ比が同位相で変化するか、逆位相で変化するかを判定する。
【００７５】
ステップＳ１１の後、波長特定部３１４は、平均値算出部３１２が算出したＰＤ比の平均値と、位相判定部３１３の判定結果とに基づいて、レーザ光の波長を特定する（ステップＳ１２）。
【００７６】
ステップＳ１２の後、演算部３１は、目標ＰＤ比とＰＤ比の平均値とを比較する（ステップＳ１３）。具体的には、演算部３１は、目標ＰＤ比とＰＤ比の平均値との差を算出する。
【００７７】
ステップＳ１３の後、演算部３１は、算出した目標ＰＤ比とＰＤ比の平均値との差が目標誤差より小さいか否かを判定する（ステップＳ１４）。
【００７８】
演算部３１が、目標ＰＤ比とＰＤ比の平均値との差が目標誤差より小さいと判定した場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、変調信号発生部３２は、変調信号の発生を停止し（ステップＳ１５）、一連の処理は終了する。
【００７９】
一方、演算部３１が、目標ＰＤ比とＰＤ比の平均値との差が目標誤差以上であると判定した場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、演算部３１は、操作量を算出する（ステップＳ１６）。具体的には、現在のレーザ光Ｌ１の波長と目標波長ＴＷとの差に応じて、レーザ光Ｌ１の波長を目標波長ＴＷにするために、マイクロヒータ４２１〜４２３に印加する電圧を操作量として算出する。その後、ステップＳ５に戻り、繰り返しフィードバック制御を行う。その結果、レーザ光Ｌ１の波長は、目標波長ＴＷからの誤差が確実に目標誤差より小さくなる。
【００８０】
以上説明した本実施の形態１によれば、以下の効果を奏する。
本実施の形態に係る波長可変レーザ装置１では、変調信号に対するＰＤ比の応答に基づいてレーザ光Ｌ１の波長を特定することができる。その結果、波長可変光源部４が出射するレーザ光Ｌ１の波長を変化させる際に、適切な操作量（マイクロヒータ４２１〜４２３に印加する電圧の変化量）を特定することができる。従って、波長可変レーザ装置１によれば、目的波長までより短時間で波長を変化させることができる。
【００８１】
また、変調信号発生部３２は、変調信号を数周期分発生した後、それとは逆位相の変調信号を発生させてもよい。位相判定部３１３が双方の変調信号において、ＰＤ比の応答を判定することによって、より確実にレーザ光Ｌ１の波長を特定できるようにしてもよい。
【００８２】
また、制御部３は、レーザ光Ｌ２の外部への出力を停止した状態で波長可変光源部４から出力されるレーザ光Ｌ１の波長を目標波長ＴＷに制御してもよい。具体的には、制御部３は、利得部４３１ａに対する電力の供給を停止する、又は半導体光増幅器５等の出力を停止することによりレーザ光Ｌ２の外部への出力を停止した状態で、レーザ光Ｌ１の波長を制御する。また、制御部３は、電子シャッタによりレーザ光Ｌ２を遮光した状態で、レーザ光Ｌ１の波長を制御してもよい。
【００８３】
また、変調信号発生部３２は、ＰＤ比に応じて変調する大きさを変えてもよい。図４に示すように、ＰＤ比が周期的特性の極値付近に位置する場合には、変調に対してＰＤ比の変化が小さい。そのため、極値付近では、変調の大きさを大きくしてもよい。
【符号の説明】
【００８４】
１  波長可変レーザ装置
２  波長可変レーザ部
３  制御部
４  波長可変光源部
５  半導体光増幅器
６  平面光波回路
７  光検出部
８  温度センサ
９  温度調節器
３１  演算部
３２  変調信号発生部
３３  記憶部
４１  光源部
４２  波長可変部
４３  第１の導波路部
４４  第２の導波路部
４４ａ  光導波層
４５  ｎ側電極
６１  光分岐部
６２，６３  光導波路
６３ａ  リング共振器型光フィルタ（波長フィルタ）
７１，７２  ＰＤ
９１  設置面
３１１  モニタ値算出部
３１２  平均値算出部
３１３  位相判定部
３１４  波長特定部
３１５  操作量算出部
４２１〜４２３  マイクロヒータ
４３１  導波路部
４３１ａ  利得部
４３１ｂ  回折格子層
４３２  半導体積層部
４３３  ｐ側電極
４４１  ２分岐部
４４１ａ  多モード干渉型導波路
４４２，４４３  アーム部
４４４  リング状導波路
４４５  位相調整部
Ａｒ１  第１の領域
Ａｒ２  第２の領域
Ｂ１  基部
Ｃ１  光共振器
ＣＬ，ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３  曲線
Ｌ１〜Ｌ５  レーザ光
Ｍ１  反射ミラー
ＲＦ１  リング共振器フィルタ
ＴＷ  目標波長
【図１】
2020136359.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020136359.tif 000009
【図８】
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