(57)【要約】【課題】  温度制御時間を短縮化することができる、半導体レーザの温度制御方法、半導体レーザの温度制御装置、および半導体レーザの温度制御プログラムを提供する。【解決手段】  半導体レーザの温度制御方法は、供給電流に応じた温度変化によって半導体レーザの温度を制御する温度制御素子の温度が目標温度になるように前記供給電流を制御する半導体レーザの温度制御方法であって、前記目標温度を実現するための前記供給電流を算出するデジタルフィルタの算出値の、前記デジタルフィルタの出力限界以下の閾値への到達が検出される場合に、前記デジタルフィルタの算出値を当該閾値に維持する制御を行う。【選択図】  図８
2014225583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給電流に応じた温度変化によって半導体レーザの温度を制御する温度制御素子の温度が目標温度になるように前記供給電流を制御する半導体レーザの温度制御方法であって、
前記目標温度を実現するための前記供給電流を算出するデジタルフィルタの算出値の、前記デジタルフィルタの出力限界以下の閾値への到達が検出される場合に、前記デジタルフィルタの算出値を当該閾値に維持する制御を行うことを特徴とする半導体レーザの温度制御方法。
【請求項２】
前記閾値は、前記デジタルフィルタの出力限界であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザの温度制御方法。
【請求項３】
前記デジタルフィルタの算出値が前記閾値を維持するように、前記デジタルフィルタへの入力値を制御することを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザの温度制御方法。
【請求項４】
前記デジタルフィルタの算出値が前記閾値を維持するように、前記デジタルフィルタの利得を制御することを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザの温度制御方法。
【請求項５】
前記デジタルフィルタの算出値が前記閾値を維持するように、前記デジタルフィルタに対してフィードフォワード制御することを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザの温度制御方法。
【請求項６】
供給電流に応じた温度変化によって半導体レーザの温度を制御する温度制御素子と、
前記温度制御素子の温度が目標温度になるように前記供給電流を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記目標温度を実現するための前記供給電流を算出するデジタルフィルタを備え、前記デジタルフィルタの算出値の、前記デジタルフィルタの出力限界以下の閾値への到達が検出される場合に、前記デジタルフィルタの算出値を当該閾値に維持する制御を行うことを特徴とする半導体レーザの温度制御装置。
【請求項７】
供給電流に応じた温度変化によって半導体レーザの温度を制御する温度制御素子の温度が目標温度になるように前記供給電流を制御する半導体レーザの温度制御プログラムであって、
コンピュータに、
前記目標温度を実現するための前記供給電流を算出するデジタルフィルタの算出値の、前記デジタルフィルタの出力限界以下の閾値への到達が検出される場合に、前記デジタルフィルタの算出値を当該閾値に維持する制御を行うステップを実行させることを特徴とする半導体レーザの温度制御プログラム。
【請求項８】
供給電流に応じた温度変化によって半導体レーザの温度を制御する温度制御素子の温度が目標温度になるように前記供給電流を制御する半導体レーザの温度制御方法であって、
前記目標温度を実現するための前記供給電流を算出するデジタルフィルタの算出値の、前記デジタルフィルタの出力限界への到達が検出される場合に、前記温度制御素子の制御方式を他の制御方式に切り替えることを特徴とする半導体レーザの温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件は、半導体レーザの温度制御方法、半導体レーザの温度制御装置、および半導体レーザの温度制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ペルチェ素子などの温度制御素子を用いて半導体レーザの温度を制御する技術が開示されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−３３５９５８号公報
【特許文献２】特開２００９−４３０８０号公報
【特許文献３】特開２００２−２９９７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１〜３の技術では、半導体レーザを所望の特性に変更するための温度制御に長時間を要することがある。
【０００５】
１つの側面では、本件は、温度制御時間を短縮化することができる、半導体レーザの温度制御方法、半導体レーザの温度制御装置、および半導体レーザの温度制御プログラム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】
【０００６】
１つの態様では、半導体レーザの温度制御方法は、供給電流に応じた温度変化によって半導体レーザの温度を制御する温度制御素子の温度が目標温度になるように前記供給電流を制御する半導体レーザの温度制御方法であって、前記目標温度を実現するための供給電流補正量を基に前記供給電流を算出するデジタルフィルタが算出する値が前記デジタルフィルタの出力限界以下の閾値への到達が検出される場合に、前記デジタルフィルタの算出値を当該閾値に維持する制御を行う。
【０００７】
１つの態様では、半導体レーザの温度制御方法は、供給電流に応じた温度変化によって半導体レーザの温度を制御する温度制御素子の温度が目標温度になるように前記供給電流を制御する半導体レーザの温度制御方法であって、前記目標温度を実現するための前記供給電流を算出するデジタルフィルタの算出値の、前記デジタルフィルタの出力限界への到達が検出される場合に、前記温度制御素子の制御方式を他の制御方式に切り替える。
【発明の効果】
【０００８】
温度制御時間を短縮化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】半導体レーザ装置の全体構成を説明するためのブロック図である。
【図２】比較例に係る温度制御装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図３】ＴＥＣの温度が目標温度に収束するまでの様子を、時間軸を導入して図式化して説明するための図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、ある条件において、温度収束が極端に遅くなってしまう現象を説明するための図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、Ｒｅｆ値を３ステップで段階設定したときの温度収束時間の時短効果を説明するための図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、Ｒｅｆ値を段階設定したときの新たな問題を説明するための図である。
【図７】実施例１に係る半導体レーザの温度制御装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図８】温度制御装置の動作の一例を表すフローチャートである。
【図９】温度制御装置が温度制御する様子を、時間軸を導入して説明するための図である。
【図１０】実施例２に係る半導体レーザの温度制御装置の全体構成を説明するためのブロック図である。
【図１１】実施例２に係る温度制御装置の動作の一例を表すフローチャートである。
【図１２】実施例２に係る温度制御装置が温度制御する様子を、時間軸を導入して説明するための図である。
【図１３】実施例３に係る半導体レーザの温度制御装置の全体構成を説明するためのブロック図である。
【図１４】実施例３に係る温度制御装置の動作の一例を表すフローチャートである。
【図１５】実施例３に係る温度制御装置が温度制御する様子を、時間軸を導入して説明するための図である。
【図１６】プログラムによって各部を実現するためのハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施例の説明に先立って、半導体レーザ装置の概略について説明する。図１は、半導体レーザ装置２００の全体構成を説明するためのブロック図である。半導体レーザ装置２００は、半導体レーザ１０、ＴＥＣ（Thermoelectric cooler）部２０、発振波長切替部３０、ＴＥＣ制御部４０、波長検知部５０などを備える。
【００１１】
半導体レーザ１０は、複数の発振波長から設定された波長を選択して発振することができる波長チューナブルレーザである。半導体レーザ１０の発振波長は、半導体レーザ１０の温度等によって決定される。ＴＥＣ部２０は、半導体レーザ１０の温度を制御する温度制御素子を含む。発振波長切替部３０は、半導体レーザ１０の発振波長を切り換えるための装置である。ＴＥＣ制御部４０は、発振波長切替部３０によって設定された波長が半導体レーザ１０によって発振されるように、ＴＥＣ部２０を制御するためのコントローラである。波長検知部５０は、半導体レーザ１０の発振波長を検知するための装置である。
【００１２】
ＴＥＣ制御部４０は、半導体レーザ１０の発振波長が発振波長切替部３０によって設定された波長となるようにＴＥＣ部２０を制御した後、波長検知部５０の検知結果に応じてＴＥＣ部２０を制御する。以下の説明における半導体レーザ１０の温度制御は、半導体レーザ１０の発振波長が発振波長切替部３０によって設定された波長となるようにＴＥＣ制御部４０が行う制御であり、波長検知部５０の検知結果に応じた制御が開始されるまでの制御である。
【００１３】
続いて、半導体レーザ装置２００に備わる半導体レーザの温度制御装置について説明する。図２は、比較例に係る温度制御装置３００の構成を説明するためのブロック図である。図２を参照して、ＴＥＣ部２０、発振波長切替部３０、およびＴＥＣ制御部４０が温度制御装置３００として機能する。
【００１４】
ＴＥＣ部２０は、ペルチェ素子などのＴＥＣ（Thermoelectric cooler）２１、サーミスタ２２などを備える。ＴＥＣ２１は、供給される電流に応じた温度変化によって半導体レーザ１０の温度を制御する温度制御素子である。サーミスタ２２は、ＴＥＣ２１の温度（ＴＥＣ温度）を検出するセンサであり、半導体レーザ１０の温度を間接的に検出する。サーミスタ２２は、検出したＴＥＣ温度を電圧に変換し、ＴＥＣ制御部４０に対して電位を出力する。ＴＥＣ制御部４０は、Ｒｅｆ値設定部４１、Ｒｅｆ値保存部４２、エラー算出部４３、ＤＦ（Digital Filter）部４４、電流出力部４５、ＴＥＣ温度モニタ部４６などを備える。
【００１５】
発振波長切替部３０は、発光させたい所望の波長（設定波長チャネル）をＴＥＣ制御部４０に送信する。Ｒｅｆ値保存部４２は、各設定波長チャネルを実現するための目標温度（Reference値、以下Ｒｅｆ値）を保存している。Ｒｅｆ値設定部４１は、発振波長切替部３０から受け取った設定波長チャネルに対応するＲｅｆ値をＲｅｆ値保存部４２から読み込み、エラー算出部４３に送信する。
【００１６】
エラー算出部４３は、Ｒｅｆ値設定部４１から受け取ったＲｅｆ値と、ＴＥＣ温度モニタ部４６から受け取ったモニタ温度とを比較し、エラー量（＝Ｒｅｆ値−モニタ温度）を算出する。ＤＦ部４４は、ＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタなどのデジタルフィルタであり、ＴＥＣ２１に供給するための電流出力量をエラー量（補正量）に応じて算出し、電流出力部４５にＤＦ出力として出力する。電流出力部４５は、ＴＥＣ部２０に対して、ＤＦ出力に対応する電流を出力する。ＴＥＣ温度モニタ部４６は、サーミスタ２２の出力電位に応じてＴＥＣ温度を検出し、エラー算出部４３に当該検出値をモニタ値として入力する。
【００１７】
半導体レーザ１０を所望の光出力および所望の波長で発光させ、維持する場合、半導体レーザ１０内部の温度と、光出力モニタ用フォトダイオードの温度とを一定に保つ必要がある。そこで、温度制御装置３００は、ＴＥＣ温度が目標温度になるように、サーミスタ２２などの温度モニタを用いたフィードバック制御を実施する。
【００１８】
図３は、ＴＥＣ２１の温度が目標温度に収束するまでの様子を、時間軸を導入して図式化して説明するための図である。図３において、横軸は時間を示し、上部グラフの縦軸は温度を示し、下部グラフの縦軸はＤＦ出力（ＤＦ部４４によって算出された電流出力量）である。図３を参照して、モニタ値がＴ１で安定している状態（＜ｔ１）で、Ｒｅｆ値がＴ２に変更されたとき（＝ｔ１）、エラー算出部４３がエラー量をＤＦ部４４に入力する。ＤＦ部４４は、エラー量に応じてＤＦ出力を出力する。それにより、電流出力部４５は、ＴＥＣ部２０に対してＤＦ出力を実現するための電流を出力する。その結果、それまでＴＥＣ２１に対して一定で流れていた電流が変化する。一方で、エラー算出部４３は、エラー量閾値（＋側閾値Ｔｄ＋，−側閾値Ｔｄ−）を設定し、温度収束判定を行う。図３の例では、ＴＥＣ２１の温度が温度収束判定範囲に到達したｔ２で温度収束完了と判定される。このとき［ｔ２−ｔ１］が温度収束時間である。すなわち、温度収束時間は、ＴＥＣ２１の温度制御がスタートした後、ＴＥＣ２１の温度が所定の温度に達する（温度収束完了と判定される）までの時間である。
【００１９】
半導体レーザ１０の発光には、一般的に出力波長が安定するまでの時間が仕様で定められており、その仕様に応じた温度収束設計を施すことが好ましい。近年、温度制御の高精度化だけでなく、起動時間（起動時間には、上記の「温度収束時間」が含まれる。）の時短化の需要が高まり、製品の品質向上を実現させる上で必要な要素となっている。ＴＥＣの温度制御においては、様々なフィードバック制御方式の中でも、起動時間の見積が容易なＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタのＰＩ（Proportional Integral）制御またはＰＩＤ（Proportional Integral Derivative）制御が一般的に用いられる。この制御方式はアナログモデルに変換することができ、ボーデ線図などの利用から、位相余裕などの設計が可能となるため、よく用いられる。
【００２０】
図４（ａ）および図４（ｂ）は、ある条件において、温度収束が極端に遅くなってしまう現象を説明するための図である。波長を精密に制御するためには、温度を精密に制御することが好ましい。温度を精密に制御するには、ループ利得を大きく設定することが好ましい。ループ利得を上げると、ＴＥＣ２１に流す電流が大きくなり、半導体レーザ１０の許容値を超えて半導体レーザが破壊されてしまう恐れがあるため、ＤＦ部４４のＤＦ出力に保護リミット（ＤＦ出力限界）が設けられる。
【００２１】
しかしながら、図４（ｂ）のように、温度制御の途中でＤＦ出力がＤＦ出力限界に達すると、ＩＩＲフィルタにおいては、ＤＦ出力がＤＦ出力限界に留まることはなく、ＤＦ出力限界に達した瞬間からＤＦ出力が急激に下がる現象が発生する。これは、ＤＦ出力が本来の値まで上がらないと同時に、エラー量に比例する成分は下がり続けるためである。結果として、フィードバックループの不整合が発生し、上記の和であるＤＦ出力が急激に下がり、利得が落ち込むという現象が生じる。
【００２２】
利得が落ち込むと、最適な温度制御ができず、温度収束時間が著しく遅くなってしまう（［ｔ２−ｔ１］＜＜［ｔ２´−ｔ１］）。ｔ２´は、ＴＥＣ２１の温度が温度収束判定範囲に到達した時点である。最適な温度制御を実施するためにデジタルフィルタをアナログモデルに変換し、温度収束時間が最短になるような設計値を定めるのは、ＤＦ出力がＤＦ出力限界に到達しない範囲でフィードバック制御を行うことが前提である（図４（ａ））。しかしながら、ＤＦ出力がＤＦ出力限界を超えると利得が落ち込むため、ＤＦ部４４のＤＦ出力がＤＦ出力限界以下の領域で工夫した制御を実施することが好ましい。
【００２３】
次に、ＤＦ出力をＤＦ出力限界以下の領域で制御するための構成について説明する。ＤＦ出力をＤＦ出力限界以下の領域で制御する方法の例として、Ｒｅｆ値を段階的に変更する方法がある。例えば、Ｒｅｆ値設定部４１は、設定波長を実現するためのレーザ温度を一度に最終目標値に切り替えるのでなく、一定の条件により、現在の値から最終目標値まで、段階的に設定する。
【００２４】
図５（ａ）および図５（ｂ）は、Ｒｅｆ値を３ステップで段階設定したときの温度収束時間の時短効果を説明するための図である。図５（ａ）では、１ステップで切り替えると、ＤＦ出力がＤＦ出力限界に到達し、到達した瞬間から温度収束が遅くなっている。これに対して、図５（ｂ）のようにＲｅｆ値を段階的に設定することにより（Ｔ１→Ｔｓ１→Ｔｓ２→Ｔｓ３＝Ｔ２´）、１ステップでＲｅｆ値を最終的な目標値に変更するよりもエラー量が小さくなる。瞬間的なＤＦ出力も小さくなり、ＤＦ出力がＤＦ出力限界に到達していない。その結果、温度収束の時短化に成功している（ｔ２´´＜ｔ２´）。
【００２５】
しかしながら、この場合、新たな問題が発生する。図６（ａ）および図６（ｂ）は、当該新たな問題を説明するための図である。図６（ａ）のように、Ｒｅｆ値の変更前と変更後との差分（ΔＲｅｆ値）が小さく、１ステップで変更してもＤＦ出力がＤＦ出力限界に到達しないような条件の場合、ＤＦ出力が限界に到達すること自体は回避されている。しかしながら、この条件においては、図６（ｂ）のように１ステップで変更することにより温度収束が早くなる。このことから、Ｒｅｆ値の変動幅や段階設定の条件などにより、Ｒｅｆ値の段階設定で必ずしも起動時間の時短化が実現できない場合もある。さらに、図５（ｂ）の場合においても、３ステップで段階的に設定しても、ΔＲｅｆ値が大きくＤＦ出力がＤＦ出力限界に到達する場合は、温度収束の時短化は実現できない。
【００２６】
以下の実施例においては、半導体レーザを所望の特性に変更するまでの時間を短縮化することができる、半導体レーザの起動方法および半導体レーザの起動装置について説明する。
【実施例１】
【００２７】
図７は、実施例１に係る半導体レーザの温度制御装置１００の構成を説明するためのブロック図である。温度制御装置１００が図２の温度制御装置３００と異なる点は、さらにＤＦ限界到達検出部６０およびＤＦ限界到達時制御部７０が備わっている点である。同一の構成については、同一の符号を付すことによって説明を省略する。
【００２８】
ＤＦ限界到達検出部６０は、ＤＦ部４４からＤＦ出力を受け取り、ＤＦ出力がＤＦ出力限界に到達した場合にＤＦ限界到達時制御部７０に対し検出信号を出力する。ＤＦ限界到達時制御部７０は、ＤＦ限界到達検出部６０からの検出信号と、ＤＦ部４４からのＤＦ出力と、Ｒｅｆ値設定部４１からのＲｅｆ値とに基づいて、Ｒｅｆ値設定部４１に対し新Ｒｅｆ値を出力する。この新Ｒｅｆ値は、ＤＦ出力がＤＦ出力限界を維持するための、ＤＦ出力を入力としたフィードバック制御出力である。Ｒｅｆ値設定部４１は、ＤＦ限界到達時制御部７０から新Ｒｅｆ値を受け取ると、新Ｒｅｆ値に基づくフィードバック制御を開始する。すなわち、ＴＥＣ制御部４０は、ＤＦ出力がＤＦ出力限界に到達すると、制御方式を切り替えることによって、ＤＦ出力をＤＦ出力限界に維持する制御を行う。
【００２９】
図８は、温度制御装置１００の動作の一例を表すフローチャートである。図８を参照して、発振波長切替部３０によって設定波長チャネルが変更されると、ＴＥＣ制御部４０によってＴＥＣ２１の温度制御が行われる（ステップＳ１）。この場合の温度制御は、Ｒｅｆ値を実現するためのフィードバック制御である。次に、ＤＦ限界到達検出部６０は、ＤＦ出力がＤＦ出力限界に到達したか否かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２で「Ｎｏ」と判定された場合、ステップＳ１が再度実行される。
【００３０】
ステップＳ２で「Ｙｅｓ」と判定された場合、ＤＦ限界到達検出部６０は検出信号を出力し、ＤＦ限界到達時制御部７０はＤＦ部４４が出力するＤＦ出力から新Ｒｅｆ値を算出する（ステップＳ３）。次に、ＤＦ限界到達時制御部７０は、ステップＳ３で算出された新Ｒｅｆ値をＲｅｆ値設定部４１に送信する（ステップＳ４）。それにより、新Ｒｅｆ値を実現するためのフィードバック制御が行われる。次に、Ｒｅｆ値設定部４１は、新Ｒｅｆ値が元のＲｅｆ値（ＤＦ出力がＤＦ出力限界に到達する前のＲｅｆ値）と等しいか否かを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ５で「Ｎｏ」と判定された場合、ステップＳ３が再度実行される。ステップＳ５で「Ｙｅｓ」と判定された場合、ＴＥＣ制御部４０は、温度制御を、元のＲｅｆ値に基づくフィードバック制御に戻す（ステップＳ６）。以上の動作により、新Ｒｅｆ値が元のＲｅｆ値に等しくなるように、フィードバック制御が行われる。
【００３１】
図９は、温度制御装置１００が温度制御する様子を、時間軸を導入して説明するための図である。図９を参照して、ｔ１で目標温度がＴ１からＴ２に変更されている。それにより、ＴＥＣ２１の温度がＴ２になるようにフィードバック制御される。ＤＦ出力がｔ２でＤＦ出力限界に到達するため、ＤＦ出力がＤＦ出力限界を維持するように新Ｒｅｆ値が設定される。その後、新Ｒｅｆ値は、ＤＦ出力がＤＦ出力限界を維持するように順次更新され、新Ｒｅｆ値が元のＲｅｆ値と等しくなると、元のＲｅｆ値に基づくフィードバック制御が行われる。
【００３２】
本実施例によれば、ＤＦ出力がＤＦ出力限界に到達した場合に当該ＤＦ出力限界で維持されるため、ＤＦ出力の落ち込みが抑制される。それにより、半導体レーザの温度制御時間が短縮化される。また、ＤＦ出力がＤＦ出力限界で維持されるため、半導体レーザを保護することができる。また、駆動回路を新たに設けなくてもよいため、コストアップ等の問題を抑制することができる。
【実施例２】
【００３３】
図１０は、実施例２に係る半導体レーザの温度制御装置１００ａの全体構成を説明するためのブロック図である。温度制御装置１００ａが図７の温度制御装置１００と異なる点は、ＤＦ限界到達時制御部７０がＲｅｆ値設定部４１のＲｅｆ値を変更するのではなく、ＤＦ部４４の利得を制御する点である。
【００３４】
図１０を参照して、ＤＦ限界到達検出部６０は、ＤＦ部４４からＤＦ出力を受け取り、ＤＦ出力がＤＦ出力限界に到達した場合にＤＦ限界到達時制御部７０に対し検出信号を出力する。ＤＦ限界到達時制御部７０は、ＤＦ限界到達検出部６０からの検出信号と、ＤＦ部４４からのＤＦ出力と、ＤＦ部４４の利得とに基づいて、ＤＦ部４４に対して新利得を送信する。この新利得は、ＤＦ出力がＤＦ出力限界を維持するための、ＤＦ部４４の利得を入力としたフィードバック制御出力である。ＤＦ部４４がＤＦ限界到達時制御部７０から新利得を受け取ると、新利得に基づくフィードバック制御が開始される。すなわち、ＴＥＣ制御部４０は、ＤＦ出力がＤＦ出力限界に到達すると、制御方式を切り替えることによって、ＤＦ出力をＤＦ出力限界に維持する制御を行う。
【００３５】
図１１は、温度制御装置１００ａの動作の一例を表すフローチャートである。図１１を参照して、発振波長切替部３０によって設定波長チャネルが変更されると、ＴＥＣ制御部４０によってＴＥＣ２１の温度制御が行われる（ステップＳ１１）。この場合の温度制御は、Ｒｅｆ値を実現するためのフィードバック制御である。次に、ＤＦ限界到達検出部６０は、ＤＦ出力がＤＦ出力限界に到達したか否かを判定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２で「Ｎｏ」と判定された場合、ステップＳ１１が再度実行される。
【００３６】
ステップＳ１２で「Ｙｅｓ」と判定された場合、ＤＦ限界到達検出部６０は検出信号を出力し、ＤＦ限界到達時制御部７０はＤＦ部４４が出力するＤＦ出力から新利得を算出する（ステップＳ１３）。次に、ＤＦ限界到達時制御部７０は、ステップＳ１３で算出された新利得をＤＦ部４４に送信する（ステップＳ１４）。それにより、新利得に基づくフィードバック制御が開始される。次に、ＤＦ部４４は、新利得が元の利得（ＤＦ出力がＤＦ出力限界に到達する前の利得）と等しいか否かを判定する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５で「Ｎｏ」と判定された場合、ステップＳ１３が再度実行される。ステップＳ１５で「Ｙｅｓ」と判定された場合、ＴＥＣ制御部４０は、温度制御を、元の利得に基づくフィードバック制御に戻す（ステップＳ１６）。以上の動作により、新利得が元の利得に等しくなるように、フィードバック制御が行われる。
【００３７】
図１２は、温度制御装置１００ａが温度制御する様子を、時間軸を導入して説明するための図である。図１２を参照して、ｔ１で目標温度がＴ１からＴ２に変更されている。それにより、ＴＥＣ２１の温度がＴ２になるようにフィードバック制御される。ＤＦ出力がｔ２でＤＦ出力限界に到達するため、ＤＦ出力がＤＦ出力限界を維持するように新利得が設定される。その後、新利得は、ＤＦ出力がＤＦ出力限界を維持するように順次更新され、新利得が元の利得と等しくなると、元の利得に基づくフィードバック制御が行われる。
【００３８】
本実施例によれば、ＤＦ出力がＤＦ出力限界に到達した場合に当該ＤＦ出力限界で維持されるため、ＤＦ出力の落ち込みが抑制される。それにより、半導体レーザの温度制御時間を短縮化することができる。また、ＤＦ出力がＤＦ出力限界で維持されるため、半導体レーザを保護することができる。また、駆動回路を新たに設けなくてもよいため、コストアップ等の問題を抑制することができる。
【実施例３】
【００３９】
図１３は、実施例３に係る半導体レーザの温度制御装置１００ｂの全体構成を説明するためのブロック図である。温度制御装置１００ｂが図７の温度制御装置１００と異なる点は、フィードフォワード制御を行う点である。図１３を参照して、ＤＦ限界到達検出部６０は、ＤＦ部４４からのＤＦ出力を受け取り、ＤＦ出力がＤＦ出力限界に到達した場合にＤＦ限界到達時制御部７０に対し検出信号を出力する。
【００４０】
ＤＦ限界到達時制御部７０は、検出信号を受け取ると、ＤＦ出力をＤＦ出力限界で維持するため、フィードバック制御を一旦停止し、ＤＦ出力をホールドし、フィードフォワード状態に切り替える。ＤＦ出力がホールドされている間、ＤＦ限界到達時制御部７０は、モニタ値を監視する。モニタ値がＲｅｆ値に近づき、あらかじめ設定している温度収束範囲内に到達したとき、フィードバック制御を再開する。上記のように、それまでの温度制御とは異なり、フィードバック制御からフィードフォワード制御に制御方式に切り替えることによって、ＤＦ出力をＤＦ出力限界に維持する制御を行う。
【００４１】
図１４は、温度制御装置１００ｂの動作の一例を表すフローチャートである。図１４を参照して、発振波長切替部３０によって設定波長チャネルが変更されると、ＴＥＣ制御部４０によってＴＥＣ２１の温度制御が行われる（ステップＳ２１）。この場合の温度制御は、Ｒｅｆ値を実現するためのフィードバック制御である。ＤＦ限界到達時制御部７０は、Ｒｅｆ値設定部４１からのＲｅｆ値に基づいて、ＴＥＣ温度モニタ部４６からのモニタ値が温度収束判定範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２で「Ｙｅｓ」と判定された場合、フローチャートの実行が終了する。
【００４２】
ステップＳ２２で「Ｎｏ」と判定された場合、ＤＦ限界到達検出部６０は、ＤＦ出力がＤＦ出力限界に到達したか否かを判定する（ステップＳ２３）。ステップＳ２３で「Ｎｏ」と判定された場合、ステップＳ２２が再度実行される。ステップＳ２３で「Ｙｅｓ」と判定された場合、ＤＦ限界到達検出部６０は検出信号を出力し、ＴＥＣ制御部４０は、フィードバックループを停止し、ＤＦ部４４によるＤＦ出力をホールドする（ステップＳ２４）。次に、ＤＦ限界到達時制御部７０は、ＴＥＣ温度モニタ部４６からのモニタ値がフィードバック再開閾値内であるか否かを判定する（ステップＳ２５）。−側のフィードバック再開閾値Ｔｒｓ−は、−側閾値Ｔｄ−よりも小さい値に設定され、＋側のフィードバック再開閾値Ｔｒｓ＋は、＋側閾値Ｔｄ＋よりも大きい値に設定されている。ステップＳ２５において「Ｎｏ」と判定された場合、ステップＳ２５が再度実行される。ステップＳ２５において「Ｙｅｓ」と判定された場合、ＴＥＣ制御部４０は、フィードバック制御を再開する（ステップＳ２６）。その後、ステップＳ２２が再度実行される。
【００４３】
図１５は、温度制御装置１００ｂが温度制御する様子を、時間軸を導入して説明するための図である。図１５を参照して、ｔ１で目標温度がＴ１からＴ２に変更されている。それにより、ＴＥＣ２１の温度がＴ２になるようにフィードバック制御される。ＤＦ出力がｔ２でＤＦ出力限界に到達するため、ＤＦ出力がＤＦ出力限界を維持するように制御方式がフィードフォワード制御に切り替えられる。ｔ３でＴＥＣ２１の温度がフィードバック再開閾値Ｔｒｓ−に到達するため、フィードバック制御が再開される。
【００４４】
本実施例によれば、ＤＦ出力がＤＦ出力限界に到達した場合に当該ＤＦ出力限界で維持されるため、ＤＦ出力の落ち込みが抑制される。それにより、半導体レーザの高速起動が可能となる。また、ＤＦ出力がＤＦ出力限界で維持されるため、半導体レーザを保護することができる。また、駆動回路を新たに設けなくてもよいため、コストアップ等の問題を抑制することができる。
【００４５】
上記各実施例においては、ＤＦ出力がＤＦ出力限界に到達した場合に、ＤＦ出力がＤＦ出力限界を維持するように制御しているが、それに限られない。例えば、ＤＦ出力限界以下の値を閾値とし、ＤＦ出力が当該閾値へ到達した場合に、ＤＦ出力が当該閾値を維持するような制御を行ってもよい。この場合においても、ＤＦ部４４の利得の落ち込みが回避されるため、半導体レーザ１０の温度制御を短縮化することができる。ただし、ＤＦ出力限界を閾値とすることによって温度収束時間がより短縮化されるため、ＤＦ出力限界を閾値とすることが好ましい。
【００４６】
また、上記各実施例においては、ＤＦ限界到達検出部６０は、ＤＦ出力がＤＦ出力限界に到達した場合にＤＦ限界到達時制御部７０に対し検出信号を出力しているが、それに限られない。例えば、ＤＦ限界到達検出部６０は、ＤＦ出力の変化速度（例えばサンプリング周期ごとの変化量）などに基づいて、ＤＦ出力がＤＦ出力限界に到達することを推定してもよい。ＤＦ限界到達検出部６０は、ＤＦ出力がＤＦ出力限界に到達することが推定される場合に、検出信号を出力してもよい。
【００４７】
また、上記各実施例におけるＴＥＣ制御部４０、ＤＦ限界到達検出部６０およびＤＦ限界到達時制御部７０は、専用の回路などによって構成されていてもよく、プログラムによって実現されてもよい。図１６は、プログラムによって各部を実現するためのハードウェア構成を説明するためのブロック図である。図１６を参照して、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１０１、ＲＡＭ１０２、記憶装置１０３、インタフェース１０４などが備わっていてもよい。これらの各機器は、バスなどによって接続されている。
【００４８】
ＣＰＵ１０１は、中央演算処理装置であり、１以上のコアを含む。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１０２は、ＣＰＵ１０１が実行する半導体レーザの温度制御プログラム、ＣＰＵ１０１が処理するデータなどを一時的に記憶する揮発性メモリである。記憶装置１０３は、不揮発性記憶装置であり、上記各実施例に係る半導体レーザの温度制御プログラムを格納する。記憶装置１０３として、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリなどのソリッド・ステート・ドライブ（ＳＳＤ）、ハードディスクドライブに駆動されるハードディスクなどを用いることができる。インタフェース１０４は、外部機器との間で信号を送受信する装置である。ＣＰＵ１０１が半導体レーザの温度制御プログラムを実行することによって、ＴＥＣ制御部４０、ＤＦ限界到達検出部６０およびＤＦ限界到達時制御部７０が実現されてもよい。
【００４９】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１０  半導体レーザ
２０  ＴＥＣ部
２１  ＴＥＣ
２２  サーミスタ
３０  発振波長切替部
４０  ＴＥＣ制御部
４１  Ｒｅｆ値設定部
４２  Ｒｅｆ値保存部
４３  エラー算出部
４４  ＤＦ部
４５  電流出力部
４６  ＴＥＣ温度モニタ部
５０  波長検知部
６０  ＤＦ限界到達検出部
７０  ＤＦ限界到達時制御部
１００  温度制御装置
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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