(57)【要約】【課題】発振波長を安定して目標波長に制御することができる波長可変半導体レーザの制御方法を提供すること。【解決手段】この波長可変半導体レーザの制御方法は、第１の波長選択部と第２の波長選択部であるＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２及びＳＧ−ＤＦＢ領域２４を有する波長可変半導体レーザを制御する方法であって、目標発振波長と現在の発振波長との差分を検出する第１の帰還ループＬ１を構成する第１の制御ステップと、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２及びＳＧ−ＤＦＢ領域２４に設けられた複数のヒータ２８のそれぞれに関して当該差分を補償する差分電力量を算出し、当該差分電力量を初期電力量に加算した値を複数のヒータ２８のそれぞれに供給する電力の目標量とする第２の帰還ループＬ２を構成する第２の制御ステップと、を備える。【選択図】図１
2014013823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒータに印加する電力によって利得波長特性が変化する第１の波長選択部と、ヒータに印加する電力によって反射波長特性が変化する第２の波長選択部を有する波長可変半導体レーザを制御する方法であって、
目標発振波長と現在の発振波長との差分を検出する第１の帰還ループを構成する第１の制御ステップと、
前記第１の波長選択部及び前記第２の波長選択部に設けられた複数のヒータのそれぞれに関して当該差分を補償する差分電力量を算出し、当該差分電力量を初期電力量に加算した値を前記複数のヒータのそれぞれに供給する電力の目標量とする第２の帰還ループを構成する第２の制御ステップと、
を備えることを特徴とする波長可変半導体レーザの制御方法。
【請求項２】
ヒータに印加する電力によって利得波長特性が変化する第１の波長選択部と、ヒータに印加する電力によって反射波長特性が変化する第２の波長選択部を有する波長可変半導体レーザを制御する方法であって、
目標発振波長と現在の発振波長との差分を検出する第１の帰還ループを構成する第１の制御ステップと、
当該差分を補償する差分電力量を共通に算出し、前記第１の波長選択部及び前記第２の波長選択部に設けられた複数のヒータのそれぞれに関して当該差分電力量を初期電力量に加算し、当該加算した値を前記複数のヒータのそれぞれに供給する電力の目標量とする第２の帰還ループを構成する第２の制御ステップと、
を備えることを特徴とする波長可変半導体レーザの制御方法。
【請求項３】
前記差分電力量は、前記第１及び第２の波長選択部における印加電力量に対する波長変化の逆数に前記差分を乗じて算出される、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の波長可変半導体レーザの制御方法。
【請求項４】
前記第１及び第２の波長選択部のそれぞれにおける第２の制御ステップに対応する前記第２の帰還ループの時定数が可変とされている、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の波長可変半導体レーザの制御方法。
【請求項５】
前記第２の帰還ループにおける前記差分電力量を初期電力量に加算する処理は離散的に行われ、当該処理の間隔を変更することで前記時定数が可変とされる、
ことを特徴とする請求項４に記載の波長可変半導体レーザの制御方法。
【請求項６】
前記第２の帰還ループにおける利得を変更することで前記時定数が可変とされる、
ことを特徴とする請求項４に記載の波長可変半導体レーザの制御方法。
【請求項７】
前記第２の帰還ループの時定数は、前記第１の帰還ループの時定数よりも短い、
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の波長可変半導体レーザの制御方法。
【請求項８】
前記第１の帰還ループの利得は、前記第２の帰還ループの利得よりも小さい、
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の波長可変半導体レーザの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長可変半導体レーザの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＷＤＭ（波長分割多重）通信技術の発展に伴い、レーザの発振波長を高精度に制御することが要請されている。このような要請に応え得るデバイスとして、複数の波長の中から１つの波長を選択する波長可変半導体レーザが注目されている。波長可変半導体レーザでは、互いに回折波長の異なる２つの回折格子の間に光子を発生することのできる活性層を挟んだ構造を有し、回折波長を可変にすることで発振波長を調整することができるように構成されたものが提案されている（下記特許文献１〜３参照。）。
【０００３】
波長可変半導体レーザにおいて回折波長を変化させる方法には二つの方法が知られている。一つの方法は、フリーキャリアを増減させ、回折格子領域の屈折率を変化させる方法であり、他の方法は、回折格子の温度を上下させることにより屈折率を変化させる方法である。いずれの方法も回折格子領域の屈折率を調整してその回折波長を変化させる方法である。
【０００４】
下記特許文献１〜３に記載の装置においては、一方の回折格子についてはヒータを設けてその局所的な温度を調整することにより、他方の回折格子については波長可変半導体レーザ全体の温度を調整することにより、それらの屈折率を変化させて発信波長を調整している。詳細には、一方の回折格子領域に設けられたヒータにより反射スペクトルの波長を調整して、他方の回折格子領域の利得ピークの一つに一致させる。さらに、一致した波長を所望の目標波長に一致させるために、波長可変半導体レーザ全体の温度を変化させてこの一致波長を目標波長に合致させる。
【０００５】
ここで、目標波長は、例えば、波長分割多重方式（ＤＷＤＭ：Dense Wavelength Division Multiplex）で規定されている192〜197THzの範囲で50GHzのスパンで設定されたグリッド波長の１つに設定される。また、上記の一方の回折格子には、種類の異なる複数の標本化回折格子領域を有している。この場合、各標本化回折格子における回折格子の最小間隔は全て同じであり、標本化の間隔を違えている。これにより、可変とされる波長領域の範囲を広げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２７３８８３号公報
【特許文献２】特開２００７−２７３６９４号公報
【特許文献３】特開２００７−２７３７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来の波長可変半導体レーザでは、最終的な発振波長を目標波長（グリッド波長）に合致させるのに、波長可変半導体レーザ全体の温度を調整していた。しかしながら、波長可変半導体レーザ全体の温度はそれが搭載される熱電冷却素子（ＴＥＣ：Thermoelectric Controller）等の外部温度調整素子によって制御されるので、この一連の手順はその応答速度が外部温度調整素子の応答速度によって律速され、必ずしも迅速な応答とは言い難い。回折格子領域に備えられるヒータによる当該領域の温度制御に要する時間（応答速度）は、温度制御の対象とする回折格子領域の熱容量が小さいために数十μ秒程度の速度を得ることができる。系全体の応答速度は温度コントローラの応答（波長可変半導体レーザ全体の温度制御）時間に依存する。また、その時の消費電力は、系全体の温度制御のために大きい値となってしまう。
【０００８】
これに対して、一方の回折格子領域に加えて他方の回折格子領域にもヒータを設け、このヒータによって他方の回折格子領域の一部の温度を可変にして、当該一部の領域の屈折率を調整して、当該他方の回折格子領域の利得ピークの波長を変化させる方法も考えられる。この新たな方法では、系全体の温度を一定に保つことから消費電力を抑えることができ、また応答速度の速いヒータで波長を制御することができれば、波長の応答速度を速めることが可能となる。
【０００９】
しかしながら、非常に複雑な系であるため、発振波長の制御は難しくなる。従来の方法では、素子全体の温度によって波長を制御することで利得スペクトルと反射スペクトルの波長を同時に変化できていたため、制御が容易であった。しかし、新たな方法では、新たに追加したヒータを含め、複数のヒータ全てに対して制御を行なわなければならず、パラメータの設定、及び個々の制御ループの時定数の設定によっては、系の収束が得られずに発振状態（不安定状態）に陥ることもある。
【００１０】
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、発振波長を安定して目標波長に制御することができる波長可変半導体レーザの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】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の波長可変半導体レーザの制御方法は、ヒータに印加する電力によって利得波長特性が変化する第１の波長選択部と、ヒータに印加する電力によって反射波長特性が変化する第２の波長選択部を有する波長可変半導体レーザを制御する方法であって、目標発振波長と現在の発振波長との差分を検出する第１の帰還ループを構成する第１の制御ステップと、第１の波長選択部及び第２の波長選択部に設けられた複数のヒータのそれぞれに関して当該差分を補償する差分電力量を算出し、当該差分電力量を初期電力量に加算した値を複数のヒータのそれぞれに供給する電力の目標量とする第２の帰還ループを構成する第２の制御ステップと、を備える。
【００１２】
或いは、本発明の波長可変半導体レーザの制御方法は、ヒータに印加する電力によって利得波長特性が変化する第１の波長選択部と、ヒータに印加する電力によって反射波長特性が変化する第２の波長選択部を有する波長可変半導体レーザを制御する方法であって、目標発振波長と現在の発振波長との差分を検出する第１の帰還ループを構成する第１の制御ステップと、当該差分を補償する差分電力量を共通に算出し、第１の波長選択部及び第２の波長選択部に設けられた複数のヒータのそれぞれに関して当該差分電力量を初期電力量に加算し、当該加算した値を複数のヒータのそれぞれに供給する電力の目標量とする第２の帰還ループを構成する第２の制御ステップと、を備える。
【００１３】
このような波長可変半導体レーザの制御方法によれば、第１及び第２の波長選択部を有する波長可変半導体レーザを対象にして、第１の帰還ループによって目標発振波長と現在の発振波長との差分が繰り返し検出され、当該差分が差分電力量に換算され、第２の帰還ループによって第１及び第２の波長選択部に設けられた複数のヒータそれぞれに対して初期電力量に差分電力量を加算した電力が供給されるように繰り返し制御される。これにより、第１及び第２の帰還ループの時定数を適切に設定することで、発振波長を安定して目標波長に一致するように制御することができる。
【００１４】
ここで、差分電力量は、第１及び第２の波長選択部における印加電力量に対する波長変化の逆数に差分を乗じて算出される、ことが好ましい。この場合、目標発振波長からの発振波長のずれを解消するようなヒータ印加電力量を算出することができ、発振波長を適切に制御することができる。
【００１５】
また、第１及び第２の波長選択部のそれぞれにおける第２の制御ステップに対応する第２の帰還ループの時定数が可変とされている、ことも好ましい。そうすれば、第１及び第２の帰還ループの時定数を適切に調整することで、発振波長をより安定して目標波長に一致させることができる。
【００１６】
さらに、第２の帰還ループにおける差分電力量を初期電力量に加算する処理は離散的に行われ、当該処理の間隔を変更することで時定数が可変とされる、ことも好ましい。このようにすれば、第２の帰還ループの時定数を簡易に変更することができる。
【００１７】
またさらに、第２の帰還ループにおける利得を変更することで時定数が可変とされる、ことも好ましい。このようにすれば、第２の帰還ループの時定数を簡易に変更することができる。
【００１８】
さらにまた、第２の帰還ループの時定数は、第１の帰還ループの時定数よりも短い、ことも好ましい。この場合、発振波長を確実に安定化させることができる。
【００１９】
また、第１の帰還ループの利得は、第２の帰還ループの利得よりも小さい、ことも好ましい。そうすれば、発振波長を確実に安定化させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の波長可変半導体レーザの制御方法によれば、発振波長を安定して目標波長に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の好適な一実施形態に係る波長可変半導体レーザの駆動装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】図１の波長可変半導体ＬＤ１０において、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２の反射スペクトルとＳＧ−ＤＦＢ領域２４の利得スペクトルに対する波長可変半導体ＬＤ１０の発振波長の関係を示す図である。
【図３】図１のコントローラ１８の機能構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の変形例にかかるコントローラ１８の機能構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照しながら本発明による波長可変半導体レーザの制御方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２３】
図１は、本発明の好適な一実施形態に係る波長可変半導体レーザ用駆動装置の基本構成を示すブロック図である。この駆動装置１は、波長可変半導体レーザ（以下、「波長可変半導体ＬＤ」ともいう。）１０が載置されたペルチェ素子などの熱電冷却素子（ＴＥＣ：Thermoelectric Cooler）１２と、波長可変半導体ＬＤ１０の周辺温度を検出するサーミスタ等の温度センサ１４と、波長可変半導体ＬＤ１０の出力光の強度及び発振波長を検出する波長モニタ１６と、波長可変半導体ＬＤ１０の光出力動作を制御するコントローラ（制御回路）１８を含んで構成されている。なお、波長モニタ１６は、本実施の形態では波長可変ＬＤ１０の光の出射端面側に配置されているが、光反射端面側に配置されてもよい。
【００２４】
波長モニタ１６は、波長可変ＬＤ１０の出力光の強度を直接検出する（波長特性を有する光学素子を介することなく検出する）受光素子と、当該出力光を、エタロンフィルタ等の波長特性を有する光学素子を経由させた後に検出する受光素子とを含む。エタロンフィルタは周期的な波長透過特性を有し、出力光の波長がシフトすると、その透過光強度が変化するため、出力光の波長を間接的に検知することができる。２つの受光素子の出力信号はコントローラ１８に提供される。
【００２５】
次に、本実施形態の駆動装置１の制御対象である波長可変半導体ＬＤ１０について説明する。この波長可変半導体ＬＤ１０は、反射領域（ＣＳＧ−ＤＢＲ（Chirped Sampled Grating Distributed Bragg Reflector）領域）２２、活性領域（ＳＧ−ＤＦＢ（SampledGrating Distributed Feedback）領域）２４、及び光増幅領域（ＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）領域）２６が順に連結された構造を持つ。ここで、波長可変に寄与し、波長選択部に相当する領域はＳＧ−ＤＦＢ領域（第１の波長選択部）２４とＣＳＧ−ＤＢＲ領域（第２の波長選択部）２２の二つである。
【００２６】
ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２は、回折格子が形成された領域が一方向の光軸に沿って所定の間隔で設けられた光導波路を含み、所定の間隔の複数のピークを有する反射スペクトルを示す。ここで、後述するＳＧ−ＤＦＢ領域２４による複数の利得ピークに係る所定の間隔と、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２の反射ピーク間隔は僅かに異なっている。そして、ＳＧ−ＤＦＢ領域２４に係る複数の利得ピークのうちの一と、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２に係る複数の反射ピークのうちの一とが一致する波長で、この波長可変半導体ＬＤ１０が発振する。ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２には、この領域上にモノリシックに集積された三分割されたヒータ２８が設けられており、ヒータ２８に与える熱量によってＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２の温度を上昇或いは下降させて光導波路の屈折率を変化させることでこの領域２２の反射スペクトルのピーク波長を調整する。すなわち、ヒータ２８に設けられた電極に印加する電力により、反射ピーク波長がシフトし、その一のピーク波長をＳＧ−ＤＦＢ領域２４の複数の利得ピークのうちの一に一致させることが可能となる。さらに、この反射スペクトル及び利得スペクトルは波長可変半導体ＬＤ１０の動作温度によっても変化する。
【００２７】
ＳＧ−ＤＦＢ領域２４をさらに説明する。当該領域にはＣＳＧ−ＤＢＲ領域と同様に回折格子が形成された領域が光軸に沿って所定の間隔で設けられ、かつ上記回折格子が形成された領域に対応する利得領域と、回折格子が形成されていない領域に対応する屈折率調整領域が交互に配置された光導波路を含む。このＳＧ−ＤＦＢ領域２４は全体として所定の間隔で配置された複数のピークを有する利得スペクトルを示す。ＳＧ−ＤＦＢ領域２４には、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２と同様に二分割されたヒータ２８が設けられており、ヒータ２８に設けられた電極に印加する電力によって当該領域の温度を上昇或いは下降させて利得ピーク波長をシフトさせる。さらに、この利得ピーク波長は、レーザの動作温度によっても変化する。また、ＳＧ−ＤＦＢ領域２４には、利得領域に対して駆動電流を注入するための電極３２をさらに備える。
【００２８】
ＳＯＡ領域２６は、光導波路を含んでおり、その光導波路での光増幅率を制御するための電極３４を有している。この電極３４へのキャリア（電流）注入量を変更することにより、光増幅率を調整することができる。なお、これらのＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２、ＳＧ−ＤＦＢ領域２４、及びＳＯＡ領域２６は、それらの光導波路が互いに光結合されている。
【００２９】
波長可変半導体ＬＤ１０は、上記のような構造を有することで、レーザの動作温度を一定に保った状態で各ヒータ２８に供給する電力によってその発振波長を制御できる。図２は、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２の反射スペクトルとＳＧ−ＤＦＢ領域２４の利得スペクトルに対する波長可変半導体ＬＤ１０の発振波長の関係を示すグラフである。図２（ａ）に示すように、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２のヒータ２８とＳＧ−ＤＦＢ領域２４のヒータ２８に所定の電力を与えると、反射ピークと利得ピークの重なる波長でレーザ発振が生じる。図２（ｂ）に示すように、レーザ温度を一定に保った状態で、レーザの発振波長を波長飛び無く目標発振波長に近づけるには、反射ピーク波長と利得ピーク波長の波長変化量を同じにした状態で、発振波長をシフトさせる必要がある。もし、反射ピーク波長と利得ピーク波長の波長変化量が大きく異なる場合、発振波長を決める反射スペクトルの一ピークと利得スペクトルの一ピークの組み合わせが変わり、波長飛びが生じてしまうからである。
【００３０】
ここで、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２の反射スペクトルの波長及びＳＧ−ＤＦＢ領域２４の利得スペクトルの波長は、各々が持つヒータ２８の供給電力によって変化する。各ヒータ２８の供給電力ＰＨＴｘ（ｘ＝１〜５）に対する波長λの変化率ａＨＴｘ＝Δλ／ΔＰＨＴｘは、レーザの物理的性質（材料、幾何学的寸法）によって決まる係数であり、ヒータごとに異なる値を持つ。反射ピーク波長と利得ピーク波長を同じ波長Δλだけ変化させるには、各ヒータ２８の供給電力をΔλ／ａＨＴｘ、すなわち、波長変化量に変化率ａＨＴｘの逆数を乗じた値だけ変化させればよい。そして、この制御を繰り返すことでレーザの発振波長を目標発振波長に近づけることができる。
【００３１】
コントローラ１８は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）等の演算回路と、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶手段と、電源回路と、Ａ／Ｄコンバータを含むモニタ回路とを含んで構成されている。あるいは、これら各機能ブロックを個別に設けてもよい。記憶手段は、波長可変半導体ＬＤ１０の各設定波長に対応する各種制御パラメータの初期設定値、制御目標値を格納しているルックアップテーブル(LUT：Look up table)を含む。このコントローラ１８の出力は、電極３２，３４、及びヒータ２８に設けられた電極を介して、波長可変半導体ＬＤ１０の各領域２２，２４，２６に提供されている。
【００３２】
まず、駆動装置１を起動した後の動作として、コントローラ１８は、温度センサ１４のモニタ値を用いて、波長可変半導体ＬＤ１０の動作温度が目標値になるようにＴＥＣ１２を制御し、設定波長に寄らずレーザ動作温度を常に一定温度に維持する。次いで、コントローラ１８は、各電極にそれぞれＬＵＴに保持されている所定のバイアス信号を設定することにより、波長可変半導体ＬＤ１０の出力光の波長を所定の波長付近に設定する。それぞれの信号は、波長可変半導体ＬＤ１０を所定の波長で動作させた時のバイアス条件として予め求めておいたものである。
【００３３】
しかしながら、動作時の環境温度、波長可変半導体ＬＤ１０の経時変化（劣化）等で、上記所定のバイアス信号を与えたとしても、波長可変半導体ＬＤ１０の発振波長は、所定波長付近に設定はされるが、たとえば、波長分割多重通信システムの仕様で要求される誤差内に収斂している補償は無い。そこで、コントローラ１８は、波長可変半導体ＬＤ１０の発振波長が許容される誤差内で所定の波長に一致するように負帰還制御を施して微調整を行う。図３は、この負帰還制御の制御ブロック図を示す。
【００３４】
図３に示すように、制御ループは第１の帰還ループＬ１とヒータ２８の分割数に応じた数の第２帰還ループＬ２を含む。すなわち、図１に示した波長可変半導体ＬＤ１０には、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２に対しては３つ、ＳＧ−ＤＦＢ領域２４に対しては２つのヒータ２８が設けられており、このような波長可変半導体ＬＤ１０の合計５つのヒータ２８のそれぞれに対応して第２の帰還ループＬ２が設けられている。第１の帰還ループＬ１は、波長モニタ１６から出力される２つの受光素子の出力信号の比ＩＰＤ２／ＩＰＤ１を算出する除算器４０と、発振波長の目標値に相当する上記出力信号比ｔ＿ｌａｍｂｄａと上記出力信号の比ＩＰＤ２／ＩＰＤ１との差を出力する減算器４２と、この差（ｔ＿ｌａｍｂｄａ−ＩＰＤ２／ＩＰＤ１）を利得Ｇ１で増幅する増幅器４４と、ヒータ２８の数に対応して増幅器４４の出力から分岐する第２の帰還ループＬ２とを含む。ここで、ＩＰＤ１は波長可変半導体ＬＤ１０の出力光強度をモニタする受光素子が出力する信号、ＩＰＤ２はエタロンフィルタを通過させた後の光強度をモニタする受光素子が出力する信号である。目標値ｔ＿ｌａｍｂｄａはこの二つの信号の比（ＩＰＤ２／ＩＰＤ１）について、波長可変半導体ＬＤ１０が所定の波長の光を出力している時の比に相当する。従って、減算器４２は、目標の発振波長（所定の発振波長）と波長可変半導体ＬＤ１０の現在の発振波長との差分を算出することになる。ただし、波長可変半導体ＬＤ１０の初期動作時には、ＬＤ１０の発光は微弱な光信号を検知しているにすぎず、その出力信号は不定となり意味を持たないものとなるため、制御信号ＣＴＲＬ１により減算器４２はゼロを出力する。増幅器４４は、その利得Ｇ１が十分大きな増幅器もしくは積分器とすることもできる。初期動作時には減算器４２の出力がゼロとなるので、この増幅器４４の出力もゼロに設定され、以下に説明する第２の帰還ループＬ２の電力目標値に対する加算値はゼロとなる。
【００３５】
波長可変半導体ＬＤ１０の各電極に所定の制御信号が設定されて実際に光出力を生ずると、制御信号ＣＴＲＬ１を解除して減算器４２を動作させる。すると第１の帰還ループＬ１が動作し、その出力である各ヒータ２８供給される電力は、二つの受光素子の出力信号の比（ＩＰＤ２／ＩＰＤ１）が所定の発振波長に対する値ｔ＿ｌａｍｂｄａに収斂する様な値に設定されてＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２及びＳＧ−ＤＦＢ領域２４の各ヒータ２８に印加される。第１の帰還ループＬ１内で第２の帰還ループＬ２に転送される値は、ＣＴＲＬ１解除時の初期発振波長に対する発振波長の変化量である。発振波長の変化量に対応するヒータ印加電力の変化の関係ＡＨＴＸは予めＬＵＴ等に保持されており、各第２の帰還ループＬ２内において、目標発振波長に対するその波長ずれ量から初期発振波長に対する波長変化量が与えられたときに、その関係から、波長ずれ量を補償する初期電力量からの差分電力量が第２の帰還ループＬ２に与えられる。そして、各第２の帰還ループＬ２内において、当該差分電力量を初期電力量に加算した目標電力値が導かれる。
【００３６】
第２の帰還ループＬ２は、現在各ヒータに供給されている電流ＩＨＴＸ及びその時の印加電圧ＶＨＴＸ（Ｘ＝１〜５の整数）をモニタしてヒータに供給している電力（ヒータ電力）を算出する乗算器４８と、ヒータ電力の目標値と乗算器４８から出力される現在のヒータ電力との差をとる減算器５０と、減算器５０の出力を利得ＧＨＴＸで増幅する増幅器５２と、増幅器５２の出力に応じてヒータに供給するヒータ電流値ＩＨＴＸをその初期値ＩＨＴＸ＿ｉｎｉを基準として増減する加算器５４を含む。さらに、第２の帰還ループＬ２には、第１の帰還ループＬ１の増幅器４４の出力を利得ＡＨＴＸで増幅する増幅器５６と、増幅器５６の出力を各ヒータの初期電力目標値ｔ＿ＰＨＴＸを基準にして加算する加算器５８も設けられ、この加算器５８の出力がヒータ電力の目標値として減算器５０に与えられる。ここで、増幅器５２は、その利得ＧＨＴＸが十分大きな増幅器もしくは積分器とすることもできる。第２の帰還ループＬ２が最初に動作する初期応答時には、制御信号ＣＴＲＬ２を減算器５０に提供しその出力をゼロに設定する。この場合、増幅器５２の出力もゼロとなるため、ヒータ電流初期値（ＩＨＴＸ＿ｉｎｉ）がヒータ電流（ＩＨＴＸ）として出力される。
【００３７】
ヒータに対する初期電流を設定後、制御信号ＣＴＲＬ２を解除して減算器５０による減算を実行し、第２の帰還ループＬ２によるヒータ電力についての負帰還制御を実行する。すなわち、現在のヒータ電力について目標電力との差に基づくヒータ印加電流が増幅器５２により設定され、その初期値（ＩＨＴＸ＿ｉｎｉ）に対して偏差として加減された後、ヒータ印加電流（ＩＨＴＸ）として、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２及びＳＧ−ＤＦＢ領域２４の上の各ヒータ２８に印加される。ヒータ印加電力を基準とするのは、当該ヒータに印加する電流もしくは電圧の一方のみの制御では、ヒータそれ自体の経年変化を補償できないためである。
【００３８】
制御フローについて説明する。コントローラ１８はまず、ＬＵＴから取得した、設定波長に対応する初期電流値ＩＤＦＢ＿ｉｎｉ、初期電流値ＩＳＯＡ＿ｉｎｉ、及び初期電流値ＩＨＴＸ＿ｉｎｉを、波長可変半導体ＬＤ１０に供給しレーザ発振させる。この初期電流値ＩＤＦＢ＿ｉｎｉは、ＳＧ−ＤＦＢ領域２４の利得領域に注入する電流値であり、初期電流値ＩＳＯＡ＿ｉｎｉは、ＳＯＡ領域２６に注入する電流値であり、初期電流値ＩＨＴＸ＿ｉｎｉは、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２及びＳＧ−ＤＦＢ領域２４内の各ヒータ２８に供給する初期電流値である。この時、各ヒータ電流については、図３中の制御信号ＣＴＲＬ１、ＣＴＲＬ２をセットし、第１の帰還ループＬ１、第２の帰還ループＬ２の帰還動作を遮断しておく。また、コントローラ１８は、二つのＰＤの出力信号の比ＩＰＤ２／ＩＰＤ１についての目標値ｔ＿ｌａｍｂｄａと、ヒータ２８に与える初期電力目標値ｔ＿ＰＨＴＸも同時に取得する。
【００３９】
このように、設定波長に対応する初期電流値が設定されると、波長可変半導体ＬＤ１０の発振波長が所定の波長の近傍に設定される。このとき、波長モニタ１６から出力される２つの受光素子の検出電流信号の比ＩＰＤ２／ＩＰＤ１は、発振波長の変化状態を示し、目標値ｔ＿ｌａｍｂｄａに近い値となっている。
【００４０】
この初期動作完了後に制御信号ＣＴＲＬ１、ＣＴＲＬ２を解除し、第１、第２の帰還ループＬ１、Ｌ２を動作させ波長制御を開始する。第２の帰還ループＬ２において、増幅器５６には、ＬＵＴから取得される利得ＡＨＴＸが予め設定され、この利得は、各ヒータ２８の印加電力量に対する波長変化ａＨＴＸの逆数１／ａＨＴＸに相当する値に設定されている。増幅器５６で第１の帰還ループＬ１で算出した波長ずれに利得ＡＨＴＸを乗じ、加算器５８で第２の帰還ループＬ２の初期電力目標値ｔ＿ＰＨＴＸを加えることにより、各ヒータ２８に対する電力目標値は、波長変化が等しくなるように設定される。これらの帰還ループＬ１，Ｌ２の演算を繰り返すことで、レーザの発振波長は波長飛び無く安定した状態で目標発振波長に集束する。
【００４１】
上記構成のコントローラ１８では、各ヒータ２８に対する第２の帰還ループＬ２に関して、制御時時定数を可変に設定する調整機能を備えている。これは、発振波長を安定制御するため、全ての領域に対して波長変化の応答時間を等しくする必要があるためである。例えば、第２の帰還ループＬ２に対するサンプリング周期を調整する機能が挙げられる。より具体的には、第２の帰還ループＬ２における加算器５８による差分電力量を初期電力量に加算する離散的な処理の時間間隔を調整する機能が備えられる。また、第２の帰還ループＬ２の利得を調整することによって時定数を可変とする機能であってもよい。
【００４２】
さらに、コントローラ１８においては、第１の帰還ループＬ１を利用した帰還制御の時定数が、第２の帰還ループＬ２を利用した帰還制御の時定数よりも長くなるように設定されている。これは、ヒータ電力が目標値に収束するように複数の第２の帰還ループＬ２が実行されるため、実際にヒータ電力が設定された電力目標値に収束するまでの時間において時間差が生じるためである。本実施の形態にかかる波長可変半導体ＬＤ１０に設けられたヒータ２８は、そのサイズが小さいことから、印加電力によって波長が安定化するまでの応答は速く、帰還ループの時定数に対して影響を与えない。よって、波長制御の安定化には、第２の帰還ループＬ２に対して第１の帰還ループＬ１の時定数が長くなるように設定するだけでよい。第１の帰還ループＬ１の時定数を短く（応答を速く）設定すると、第２の帰還ループＬ２が安定化する前に第１の帰還ループＬ１から提供される目標値が変動することになり、第２の帰還ループが不安定になるために好ましくない。
【００４３】
具体的には、第１の帰還ループＬ１の利得が、第２の帰還ループＬ２の利得よりも小さく設定されている。第１の帰還ループＬ１の応答速度は、増幅器４４の利得Ｇ１によって大きく左右され、一方、第２の帰還ループＬ２の応答速度は増幅器５２の利得ＧＨＴＸによって大きく左右される。従って、それぞれの応答速度は、第１の帰還ループＬ１に関しては増幅器４４の利得Ｇ１、第２の帰還ループＬ２に関しては増幅器５２の利得ＧＨＴＸにより容易に調整することができる。第１の帰還ループＬ１では、増幅器４４から出力された値が、各ヒータ２８に対する第２の帰還ループＬ２を介してレーザの波長に変換されるが、各ヒータ２８に対する第２の帰還ループＬ２による波長変化量が全てのヒータ２８に対して等しくなるようＧＨＴＸが調整されているうえ、増幅器５６の利得値ＡＨＴＸがヒータ電力に対する波長変化の逆数であることから、第１の帰還ループＬ１の増幅器４４の出力から波長変化までの利得は全てのヒータに対して同じになるため、発振波長は安定した状態で制御できる。
【００４４】
また、帰還ループの利得は、サンプリング周期の調整によって行なうこともできる。例えば、第１の帰還ループＬ１に対して第２の帰還ループＬ２のサンプリング周期を速めれば、第１の帰還ループＬ１によって、各ヒータの電力目標値が新たに設定されてから次に変化するまでの間に、第２の帰還ループＬ２によってヒータに供給する電力を、第１の帰還ループＬ１で新たに設定した電力目標値まで近づけることができるため、安定制御が可能となる。
【００４５】
以下の第２の帰還ループＬ２の利得を決定する利得ＧＨＴＸ（増幅器５２の利得）の決定方法について説明する。
【００４６】
第２の帰還ループＬ２の出力であるヒータ印加電流I(z)は、利得をGとすると、下記式；
I(z)=G×Σ{P(k)−a(k−1)} ＋I0  ,
a(z)={I(z)}2×R
で制御される。ここで、I0は初期電流値、a(z)はヒータに印加する電力値、I(z)はヒータ電流値である。今、初期電流I0=0、初期目標電力Pとしてデジタル帰還ループを考えると、ループ回数kに対するヒータ電流値I(k)及びヒータ印加電力値a(z)は以下のように決定される。
k=0では,  I(k)=0,  a(k)=0
k=1では,  I(k) = PG-a(0) = PG,  a(k) = I(1)2・R = P2G2R
k=2では,   I(k)= G・(P-a(1)+P-a(0))= G・(P-P2G2R)+PG= PG・(2-PG2R),
a(k)= I(2)2・R= {PG・(2-PG2R)}2・R= (2-PG2R)2・P2G2R
…
k=nでは,   I(k)= A(α)・PG,  a(k)= I(n)2・R= A2(α)・P2G2R= A2(α)・αP  (α=PG2R)
k=n+1では,   I(k)= (P-A2(α)・αP)・G+A(α)・PG= (1+A(α)-A2(α)・α)・PG,
a(k)= {(1+A(α)-A2(α)・α)}2・αP
故に、a(k)（ヒータに印加する電力）と目標電力Pの比a(k)/Pは
a(k)/P={(1+A(α)-A2(α)・α)}2・α
で与えられ、α（=PG2R）のみの関数となる。つまり、第２の帰還ループＬ２のそれぞれ（各ヒータ２８に対応する）の応答を一様にするには、αの値を共通にする様に各ループでのGの値を調整すれば良い。
すなわち、
t_PHT1GHT12RHT1=t_PHT2GHT22RHT2= t_PHT3GHT32RHT3=
t_PHT4GHT42RHT4=t_PHT5GHT52RHT5=α
ここでRは各グループで異なる値でかつヒータはモノリシックに形成されているので調整は不可能である。従って、同一の目標電力に対して各ヒータに係る波長を一様に（波長を連続的に変化させる）は、各第２の帰還ループＬ２の利得Giを
Gi = √(α/P/Ri)
に設定する必要がある。
ここで、αとしてはα<１、好ましくはα<0.9となる。αを小さい値に設定すれば系の不安定（何れかの第２の帰還ループＬ２が目標値を越えてしまう）を解消する割合は大きくなるが、安定までの時間を要する。0.8~0.9程度が不安定を解消しつつ安定迄の時間を短くできる値となる。
【００４７】
上記の帰還ループ応答解析ではヒータ初期電流I0をゼロとしていた。現実により近づけるためにはヒータ初期電流を有意な値I0に設定する必要がある。初期電流値により収束時間は当然に異なってくる（特に帰還を施した時の第１回のループ）。この場合には、
I0_HT12・RHT1/PHT1=I0_HT22・RHT2/PHT2
= I0_HT32・RHT3/PHT3=I0_HT42・RHT4/PHT4= I0_HT52・RHT5/PHT5=α
で与えられる様に各初期電流I0_HTiを設定しておけば、系の安定化を図ることができる。
【００４８】
以上の説明では複数の第２の帰還ループＬ２の応答を一致させるための設定について説明したが、厳密な一致は必ずしも必要をしない。同程度の応答速度が得られれば本発明に係る効果を十分に発揮される。また、第１の帰還ループＬ１の応答速度が、以上のメカニズムにより達成される複数の第２の帰還ループＬ２の応答速度に比較して遅くなっていることが肝要である。
【００４９】
以上説明した波長可変半導体レーザの制御方法によれば、第１及び第２の波長選択部としてＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２及びＳＧ−ＤＦＢ領域２４を有する波長可変半導体レーザを対象にして、第１の帰還ループＬ１によって目標発振波長と現在の発振波長との差分が繰り返し検出され、当該差分が差分電力量に換算され、第２の帰還ループＬ２によってＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２及びＳＧ−ＤＦＢ領域２４に設けられた複数のヒータ２８それぞれに対して初期電力量に差分電力量を加算した電力が供給されるように繰り返し制御される。これにより、第１及び第２の帰還ループＬ１，Ｌ２の時定数を適切に設定することで、発振波長を安定して目標波長に一致するように制御することができる。
【００５０】
上記差分電力量は、各ヒータ２８における印加電力量に対する波長変化の逆数に差分を乗じて算出されるので、目標発振波長からの発振波長のずれを解消するようなヒータ印加電力量を算出することができ、発振波長を適切に制御することができる。
【００５１】
また、第２の帰還ループＬ２の時定数が可変とされているので、第１及び第２の帰還ループＬ１，Ｌ２の時定数の関係を適切に調整することで、発振波長をより安定して目標波長に一致させることができる。さらには、第２の帰還ループＬ２の時定数が第１の帰還ループＬ１の時定数よりも短く設定されているので、発振波長を確実に安定化させることができる。
【００５２】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。
【００５３】
図３に示した第１及び第２の帰還ループＬ１，Ｌ２では、目標発振波長と初期発振波長とのずれ量を補償する差分電力量を算出する増幅器５６を複数のヒータ２８に対応した第２の帰還ループＬ２のそれぞれに設けていた。しかしながら、全ヒータ２８に関して印加電力量に対する波長変化ａＨＴＸの特性にそれほど差がない場合には、全ての帰還ループＬ２に共通に１つの増幅器５６を設けてもよい。図４には、このような場合の本発明の変形例にかかるコントローラ１８の機能構成を示している。
【符号の説明】
【００５４】
１…波長可変半導体レーザ用駆動装置、１０…波長可変半導体レーザ、１６…波長モニタ、１８…コントローラ、２２…ＣＳＧ−ＤＢＲ領域（第２の波長選択部）、２４…ＳＧ−ＤＦＢ領域（第１の波長選択部）、２８…ヒータ、４０…除算器、４２…減算器、４４…増幅器、４８…乗算器、５０…減算器、５２…増幅器、５４…加算器、５６…増幅器、５８…加算器、Ｌ１…第１の帰還ループ、Ｌ２…第２の帰還ループ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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