(57)【要約】【課題】光出力を発生するためのレーザ制御方法を提供する。【解決手段】レーザに対する電気入力を変化させてレーザの光出力を目標周波数に向かって移動させるステップと、電気入力の変化又は光出力の移動との関連でレーザの温度を変化させるステップと、レーザの温度が変化されているとき、電気入力を更に変化させてレーザの光出力を目標周波数に維持するステップと、を含んでいる。【選択図】なし
2009521120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザに対する電気入力を変化させてレーザの光出力を目標周波数に向かって移動させるステップと、
前記電気入力の変化又は前記光出力の移動との関連でレーザの温度を変化させるステップと、
前記レーザの温度が変化されているとき、前記電気入力を更に変化させて前記レーザの光出力を前記目標周波数に維持するステップと、
を含むことを特徴とする光出力発生用レーザの制御方法。
【請求項２】
前記レーザの光出力の目標周波数からのずれを監視しながら前記レーザに対する電気入力を変化させて前記目標周波数からのずれを補正するステップと、
前記光出力の前記目標周波数からのずれとの関連で前記温度を変化させるステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の光出力発生用レーザの制御方法。
【請求項３】
レーザに対する電気入力を初期値から変化させてレーザの光出力の周波数を目標周波数に維持するステップと、
前記レーザの温度を変化させて前記電気入力と前記光出力の周波数との間の関係を変化させ、前記光出力の周波数を目標周波数に維持するように前記電気入力を更に変化させて前記電気入力を前記初期値に維持するステップと、
を含むことを特徴とする光出力発生用レーザの制御方法。
【請求項４】
前記レーザの温度を変化させるステップは、前記電気入力の現在の値の指示を監視し、該現在の値と前記初期値とを比較することを含むことを特徴とする請求項３に記載の光出力発生用レーザの制御方法。
【請求項５】
前記レーザの温度変化は、予め測定された関係に従って、前記電気入力の変化に応じて実行されることを特徴とする請求項３に記載の光出力発生用レーザの制御方法。
【請求項６】
レーザに対する電気入力を変化させてレーザの光出力を目標周波数に向かって移動させ、
前記電気入力の変化又は前記光出力の移動との関連でレーザの温度を変化させ、
前記レーザの温度が変化されているとき、前記電気入力を更に変化させて前記レーザの光出力を前記目標周波数に維持する、
ことを特徴とする光出力発生用レーザ制御装置。
【請求項７】
前記レーザの光出力の目標周波数からのずれを監視しながら前記レーザに対する電気入力を変化させて前記目標周波数からのずれを補正し、
前記光出力の前記目標周波数からのずれとの関連で前記温度を変化させる、
ことを特徴とする請求項６に記載の光出力発生用レーザ制御装置。
【請求項８】
レーザに対する電気入力を初期値から変化させてレーザの光出力の周波数を目標周波数に維持し、
前記レーザの温度を変化させて前記電気入力と前記光出力の周波数との間の関係を変化させ、前記光出力の周波数を目標周波数に維持するように前記電気入力を更に変化させて前記電気入力を前記初期値に維持する、
ことを特徴とする光出力発生用レーザ制御装置。
【請求項９】
前記レーザを制御する請求項６〜８のいずれか１つの光出力発生用レーザ及び制御装置を含む光学装置。
【請求項１０】
コンピュータにロードされたとき、請求項１〜３のいずれか１つの方法を実行するために前記コンピュータを制御するプログラムコード手段を含んで構成されたことを特徴とするコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項１１】
レーザに対する電気入力を変化させてレーザの光出力を目標周波数に向かって移動させ、
前記電気入力の変化又は前記光出力の移動との関連でレーザの温度を変化させ、
前記レーザの温度が変化されているとき、前記電気入力を更に変化させて前記レーザの光出力を前記目標周波数に維持する、
ことを特徴とする光出力発生用レーザ装置。
【請求項１２】
レーザに対する電気入力を初期値から変化させて光出力の周波数を目標周波数に維持し、
前記レーザの温度を変化させて前記電気入力と前記光出力の周波数との間の関係を変化させ、前記光出力の周波数を目標周波数に維持するように前記電気入力を更に変化させて前記電気入力を前記初期値に維持する、
ことを特徴とする光出力発生用レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザチューニング技術に関し、特に、これに限定されないが、分布ブラッグ反射器型（ＤＢＲ）レーザチューニング技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザは、光通信システムで広く使用されている光電子デバイスである。波長分割多重化（ＷＤＭ）や高密度波長分割多重化（ＤＷＤＭ）光電子デバイスは、それらの動作周波数が狭く、それらを一定の周波数に維持するためにはフィードバックループを必要とする。半導体レーザの２つのタイプは、一般に、ＷＤＭ（及びＤＷＤＭ）装置用の送信モジュールにおいて使用されている。これらは、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ及び分布ブラッグ反射器型（ＤＢＲ）レーザである。
【０００３】
レーザは、個別に符号化されたデータ信号を変調器によって光に重畳して有する連続波（ＣＷ）モードの動作か、又はレーザがデータ信号で直接駆動されるかのいずれか一方において使用される。一般に、ＤＦＢは、例えば直接変調レーザ（ＤＭＬ）のような直接変調を目的として使用され、ＤＢＲレーザは、ＣＷモードにおいて使用される。
【０００４】
代表的なＤＢＲレーザが図１に示されている。図１において、レーザ１００は、代表的なものとして活性領域１０２、位相チューニング領域１０４及び少なくとも１つのＤＢＲグレーティング領域１０６を含んで構成された複数の独立した領域を有している。代表的なＤＢＲレーザにおいては、増幅率と周波数選択関数とが実質的に独立しており、一般に、ＤＦＢレーザよりも遥かに広いチューニング範囲で動作可能である。ＤＢＲレーザ単体は、１つのＤＢＲ（分布ブラッグ反射器）と１つの部分反射面との間に画定されてレーザの光空洞共振器を備えた３つの領域を有してよい。３つの領域を有する代表的なＤＢＲレーザは、１０ｎｍ辺りの動作範囲を有している。光空洞共振器が２つのＤＢＲ間に画定されているＤＢＲレーザは、より広いチューニング範囲（即ち、４０ｎｍ超）を有している。２つのＤＢＲを有するＤＢＲレーザにおいて、各ＤＢＲからのピークは、波長が合わされて空洞共振が発振閾値を超える増強されたピークを提供する。
【０００５】
ＤＢＲレーザにおいて、光は、レーザ内の導光路に沿って光モードの形で進行し、グレーティングと部分的に重なる。グレーティングのピッチと光モードによって現れた実効屈折率との両方は、レーザの動作周波数を決定する。実効屈折率は、導光路の材料組成、レーザの温度及び導光路内部のキャリヤー密度、又は導光路を横断して適用されるバイアスのような電気的に引き起こされる光学的作用の関数である。
【０００６】
以下に述べるように、レーザの温度は、通常、データ伝送のためのレーザ動作中に制御される。したがって、レーザは、一般的に、例えばペルチェ冷却器のような熱電冷却器（ＴＥＣ）に取り付けられる。このレーザは、図２に示すように、一体的に集積化された４つの単位レーザと半導体光増幅器（ＳＯＡ）とを含んで構成された半導体チップ２０２を温度センサーとしてのサーミスタ２０４と一緒に、高い熱伝導性のセラミックタイル２０６上に取り付け、次に、それらをＴＥＣ２０８上に取り付けたものである。
【０００７】
ＤＢＲレーザ内のような光共振器内で唯一許容される光モードは、光空洞共振器の長さが半波長の整数倍に相当するものである。したがって、どの空胴共振器に対しても、縦モードと呼ばれるレーザ発振可能な周波数のコム（comb）がある。光空胴共振器がレーザを放出する周波数は、１つ又は複数のＤＢＲの反射ピークにより広く、そして空洞共振器の正確な光路長によってより細かく調整可能な広く決定されるが、これは、位相領域の光路長を合わせることにより細かく調整することが可能である。グレーティング領域及び位相領域の両方は、それらの電気駆動信号を変更することにより、それらの屈折率を変える手段によって調整される。
【０００８】
ＤＢＲレーザの波長チューニングとしての周知の技術は、（ａ）レーザを単独で一定温度に維持している間に反射スペクトルを合わせること、及び（ｂ）例えばＤＢＲ領域に駆動信号を適用しないＤＢＲレーザのように、ＤＢＲを電気的にチューニングすることなくレーザの温度を合わせることである。
【０００９】
図３ａは、「後部（rear section）」として知られるＤＢＲ領域と位相領域とのチューニング電流の関数として、図１におけるＤＢＲレーザ１００に近似した３領域ＤＢＲレーザの主たるレーザ発振モードの自由空間波長マップを示している。このマップは、空胴共振の１つのレーザ発振モードに夫々相当する複数のストライプパターンに分割されている。図３ａに示すように、レーザ発振波長は、例えば各モード内で右から左までの長さ及び各モードの幅の両方にわたって、また、あるモードから次のモードまでページが下がると異なる。また、各モードは、図３ａに示すマップと比較して異なった形及び大きさを有しているが、複数のＤＢＲを備えたＤＢＲレーザは、夫々出力する自由空間波長が電気入力に依存する複数のモードを含むマップを有している。
【００１０】
図３ｂは、複数のレーザ発振モード、それらの境界、及びこれらのモード境界から離れて動作チャネルが選択される位置の概要図を示し、較正マップと呼ばれるものである。動作チャネルの周波数は、通常、ＩＴＵ（国際電気通信連合）グリッドと呼ばれるものである。
【００１１】
図３ｂには、各モード境界がシンプルな線として示されている。 しかしながら、ＤＢＲレーザは、一般的に、チューニング中にヒステリシスが現れる。この場合、各モード境界の位置は、レーザが合わせられる方向に依存する。即ち、図３ａは、１つのチューニング方向に対する主たるモードの波長マップを示す。ヒステリシスの領域内でレーザを作動させることは、レーザ発振周波数の潜在的な不確実性により、一般的に望ましくない。したがって、モードの使用可能な割合は、図３ｂに示されたものよりも少ない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
幾つかの要因が、レーザの性能、特に、経年変化（ageing）やチップ及びパッケージングの温度変化によって引き起こされる応力のような熱機械的ストレスに影響する。これらの要因は、レーザの出力波長の変化をもたらし、また、図３ａ及び図３ｂに示す較正マップ上でＤＢＲ（又は後部）及び位相領域の電流に関してレーザ発振モードのドリフトをもたらす。経年変化の更なる影響は、駆動電流に生じた変化に対して１つのレーザチューニング部で合わせられるチューニング効率として知られる量が、一般に、経年と共に減少することである。さらに、これにより、経年的に較正マップ上のモード境界の位置の変化ももたらされる。
【００１３】
レーザの初期較正において、較正マップ内のチャネルの位置は、制御電子回路との共同操作により周波数ロッカー（frequency locker）がモード境界に達することなく、位相領域電流の調整を通じて周波数を安全に再調整可能な範囲を超えて最適化するために選択される。しかしながら、上記の性能効果の結果、チャネルの動作位置が、「モードホッピング」の危険を引き起こすモード境界に接近するという危険が発生することになる。特に、較正マップ上のモードのドリフトにより、チャネルは、モードの縁まで移動する。次に、周波数ロッカー装置からのフィードバックを使用して位相領域電流を調整することにより更なる波長ドリフトが是正されると、レーザは、境界を越えて次のモードへモードホップすることがあり得る。レーザ発振周波数における１つのモードから次のモードまでの突然のジャンプは、送信された信号に許容できない中断を生じさせるという好ましくないジャンプをもたらす。
【００１４】
これは、特に、電気通信用途においては有害である。この場合、図１に示すような波長可変レーザは、光学的送信機モジュール内部の構成要素として使用される。そのような用途は、代表的には多くの信号を異なった周波数で各光ファイバーに沿って行う同時伝送を含んでおり、複合化されたときには、通常、誤り訂正ビットを使用して回復されたデータにおいて、誤り率が１／１０１１未満であるような受信データの非常に高い信頼度を要求する。レーザの動作が境界を横断して別のモードへ移った場合には、データの接続は壊され、チャネル周波数にロックされない。さらに、チャネルとモード間隔の相対的な大きさを条件として、モードホップは、レーザを隣接チャンネルまで飛び越させ又は接近させて、更なる問題を引き起こす可能性がある。
【００１５】
更なる問題は、モードマップに対する変更がチャネル切り替えに有する影響である。代表的には、較正マップ上のチャネルの位置は、較正中にレーザの寿命初期に決定され、ルックアップテーブルに保存される。例えば、ある位置で主たるレーザ発振周波数が変わり、チャネル切り替えがその位置で発生したときには、レーザのフィードバック機構は、レーザ発振周波数の合った別の位置にレーザを再度合わせなければならない。モードマップに対する大きな変更として、チャネル切り替えは、チャネルをただ外すのではなく、正しいモードも完全に外してもよい。
【００１６】
また、単なる動作周波数に加えてさらに考慮すべき事項がある。それは、出射光のスペクトル純度である。出力ビームにおいて、出射光は、主たるレーザ発振モード（レーザ発振周波数）で最も強くなるが、さらに、それほど強くない好ましくない励振のサイドモードが発生する。共振器のモードの細かいコムが少なくとも１つのＤＢＲによって作られる主たる反射ピークにどのくらい正確に整合するかを条件として、主モードと最大のサイドモードとの強度比は、大きく変わるだろう。この特性は、通常測定され、「サイドモード抑圧比」（ＳＭＳＲ）と呼ばれる。主縦モードがＤＢＲの反射ピークの最大値に合わせられると、ＳＭＳＲは最大になり、これはその周波数に対する最適動作条件である。不整合が増加すると、ＳＭＳＲは減少する。そして、主にＤＢＲの駆動電流によって制御されるＤＢＲの反射ピークと、通常は、主に位相領域の駆動電流によって制御される許容された縦モードのコムとがある程度独立しているので、周波数が一定に維持されている間に不整合がさらに発生する可能性があることは理解されるであろう。不整合がさらに大きくなると、隣のモードが主モードになる条件に達する可能性が出てくる。また、上述したように、レーザは、レーザ発振周波数の変化に伴って、「モードホップ」を起こす。
【００１７】
同一の主たるレーザ発振周波数で発振させたときのモード内のＳＭＳＲ値の変化が、図４ａ及び図４ｂに示されている。図４ａは、モードの中心に近い位置におけるレーザ出力のスペクトルプロファイルを示しており、その位置ではサイドモードが小さいこと、即ちＳＭＳＲが大きいことを示している。図４ｂは、モード境界近くで測定された類似のスペクトルプロファイルを示しており、サイドモードがずっと大きいこと、即ちＳＭＳＲがより小さいことを示している。電気通信用途において、データ受信は、サイドモードがより大きくなるモードホップ境界近傍で作動するレーザによって危険にさらされることがある。即ち、サイドモードが受信された光信号の明瞭性を悪くするばかりでなく、クロストーク又は隣接チャネル妨害の可能性をももたらすということである。注目すべきは、ＳＭＳＲは、一般にモードの幅方向に対照でなく、そのような場合に、較正されたチャネルの位置は、モード境界に余りにも接近し過ぎるという懸念と、ＳＭＳＲが生涯、ずっと性能限界を上回るという懸念とをバランスさせるために通常選択されるということである。なお、この場合、結果的には、ＳＭＳＲが最大でない位置にてモードの中心から外れて存在する較正されたチャネルの位置を選択させるかもしれない。
【００１８】
ＧＢ２４１２２３０は、ＳＭＳＲが最大にされるレーザモード内の位置で所要の周波数を達成するように、レーザの温度を独立して維持している間、ＤＢＲグレーティング領域の電流及び位相領域の電流を調整することにより、ＤＢＲレーザをチューニングする技術について記載している。１つの技術は、ＳＭＳＲを元の位置で測定し、ＳＭＳＲが所要の周波数に対して最大となるようにグレーティング及び位相領域電流を調整することを含んでいる。この技術は、費用、複雑さ及び通信衛星の電波到達範囲の大きさの点から現在比較的難しいと考えられる。
【００１９】
本発明は、レーザモード内の望ましい位置で所要の周波数を達成するように光学素子を制御する代替技術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】
【００２０】
本発明の一態様によれば、光出力用レーザの制御方法が提供され、レーザに対する電気入力を変化させてレーザの光出力を目標周波数に向かって移動させるステップと、前記電気入力の変化又は前記光出力の移動との関連でレーザの温度を変化させるステップと、前記レーザの温度が変化されているとき、前記電気入力を更に変化させて前記レーザの光出力を前記目標周波数に維持するステップと、を含んでいる。
【００２１】
そのような方法の一実施形態は、前記レーザの光出力の目標周波数からのズレを監視し、前記レーザに対する電気入力を変化させて前記目標周波数からのずれを補正するステップと、前記光出力の前記目標周波数からのずれとの関連で前記温度を変化させるステップと、を含んでいる。
【００２２】
本発明の別の態様によれば、光出力発生用レーザの制御方法が提供され、レーザに対する電気入力を初期値から変化させてレーザの光出力の周波数を目標周波数に維持するステップと、更に前記レーザの温度を変化させて前記電気入力と前記光出力の周波数との間の関係を変化させ、前記光出力の周波数を目標周波数に維持するように前記電気入力を更に変化させて前記電気入力を前記初期値に維持するステップと、を含んでいる。
【００２３】
そのような方法の一実施形態において、前記レーザの温度を変化させるステップは、前記電気入力の現在の値の指示を監視し、該現在の値と前記初期値とを比較することを含んでいる。
【００２４】
そのような方法の別の実施形態において、前記レーザの温度変化は、予め測定された関係に従って、前記電気入力の変化に応じて実行される。
【００２５】
本発明の別の態様によれば、光出力用レーザ制御装置が提供され、前記制御装置は、レーザに対する電気入力を変化させてレーザの光出力を目標周波数に向かって移動させ、また前記電気入力の変化又は前記光出力の移動との関連でレーザの温度を変化させ、また前記レーザの温度が変化されているとき、前記電気入力を更に変化させて前記レーザの光出力を前記目標周波数に維持する。
【００２６】
そのような制御装置の一実施形態において、前記制御装置は、前記レーザの光出力の目標周波数からのずれを監視し、前記レーザに対する電気入力を変化させて前記目標周波数からのずれを補正する。また、前記制御装置は、前記光出力の前記目標周波数からのずれとの関連で前記温度を変化させるものである。
【００２７】
本発明の別の態様によれば、光出力発生用レーザ制御装置が提供され、前記制御装置は、レーザに対する電気入力を初期値から変化させてレーザの光出力の周波数を目標周波数に維持する。また、前記制御装置は、前記レーザの温度を変化させて前記電気入力と前記光出力の周波数との間の関係を変化させ、前記光出力の周波数を目標周波数に維持するように前記電気入力を更に変化させて前記電気入力を前記初期値に維持する。
【００２８】
本発明の別の態様によれば、前記レーザを制御するための光出力発生用レーザ及び上述の制御装置を含む光学装置が提供される。
【００２９】
本発明の別の態様によれば、コンピュータにロードされたとき、上述の方法を実行するために前記コンピュータを制御するプログラムコード手段を含んで構成されたコンピュータプログラムプロダクトが提供される。
【００３０】
本発明の別の態様によれば、光出力発生用レーザ装置が提供され、レーザに対する電気入力を変化させてレーザの光出力を目標周波数に向かって移動させ、また前記電気入力の変化又は前記光出力の移動との関連でレーザの温度を変化させ、また前記レーザの温度が変化されているとき、前記電気入力を更に変化させて前記レーザの光出力を前記目標周波数に維持する。
【００３１】
本発明の別の態様によれば、光出力発生用レーザ装置が提供され、レーザに対する電気入力を初期値から変化させて光出力の周波数を目標周波数に維持し、また前記レーザの温度を変化させて前記電気入力と前記光出力の周波数との間の関係を変化させ、前記光出力の周波数を目標周波数に維持するように前記電気入力を更に変化させて前記電気入力を前記初期値に維持する。
【００３２】
一実施形態においては、前記電気入力は前記レーザの位相領域に対して供給される。別の実施形態おいては、前記電気入力は前記レーザのＤＢＲ領域に対して供給される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明の第１の実施形態によれば、ＤＢＲレーザの動作温度を僅かな量だけ調整してレーザの主たるレーザ発振周波数（以下、「周波数又は動作周波数」という）の電気的チューニングを補足することでレーザの温度を一定に維持しながら位相領域駆動電流（又は電圧）を調整するだけで周波数をチューニングする従来技術と比較してＳＭＳＲをより高くし、モード境界に達する前のチューニング範囲を増加させる「モード内の」軌道に沿ったチューニングを可能にするものである。チップ全体の温度は、チップに対する電気的駆動電流に分類される電流、即ちＴＥＣ駆動電流を制御することにより調整される。したがって、電気的チューニングを急速に行なうことができるようにした設計のままでよい。
【００３４】
図５ａは、位相領域電流（ＩPhase）の関数５０２としてのレーザ発振周波数の変化の一例を示し、レーザが一定のＤＢＲ電流で２つのモード境界５０４，５０６間で調整されることを示している。これは、図３ｂの較正マップ中に示されている一定の後部領域電流のラインの部分に相当する。点５０８で示すように、図５ａ中のレーザは、位相領域電流ＩPhase,0に対して、「ＩＴＵ」と表示したＩＴＵチャネル周波数で出力波長を生成する。
【００３５】
図５ｂは、経年変化又は熱機械的ストレス等の影響により、レーザの周波数応答が変化する様子の一例を示すものである。図５ｂは、経年変化前の位相領域電流５０２及び経年変化後の位相領域電流５１０の関数としてのレーザ発振周波数の変化を示す。一般に、経年変化及び熱機械的ストレスによるレーザ発振周波数の変化は、モード境界の位置の変化を伴う。したがって、経年変化後のモード境界５１２，５１４は、一般に経年変化前のモード境界５０４，５０６と異なった位置になる。特に、モード境界のそのような移動は、位相電流及び後部電流に関して、一般に小さい。固定された位相領域電流に対して、経年変化又は熱機械的ストレスのような影響によるレーザの周波数応答の変化は、点５１６で示すようにレーザ発振周波数の変化をもたらす。この場合、位相電流ＩPhase,0に対するレーザの周波数は、もはやＩＴＵチャネル周波数ではない。
【００３６】
図５ｃに示すように、周波数ロッカーは、周波数の変化を検知し、位相領域電流によって元の正しいチャネル周波数にレーザ発振周波数を急速に合わせるべく動作する。しかしながら、これは、モード境界５１２，５１４の一方又は他方に近い新しい動作位置５１８をもたらす。それ故、残りの調整量が少なくなり、一般にＳＭＳＲも小さくなる。
【００３７】
本発明の実施形態において、フィードバックループのさらに別の態様は、位相領域電流の変化を監視し、ＴＥＣ駆動電流により相応してレーザチップの動作温度を調整することを含んでいる。このプロセスは、図５ｄ〜図５ｇを参照して説明される。図５ｄは、温度調整前５１０から部分的温度調整後５２０までの位相領域電流対レーザモード周波数プロファイルの変化を示し、これにより、レーザが目標周波数からずれることを示している。 
【００３８】
温度調整は、位相電流の調整と比較して遅い。また、温度が調整されているとき、周波数ロッカー及び制御電子回路は、その結果を継続的に追跡し、位相領域電流によってレーザ発振周波数を動作チャネルの周波数に維持することができる。これは、図５ｅに示されている。この場合、位相領域電流によって、レーザが点５２２から点５２４まで調整されて正しいＩＴＵ周波数に合わせられる。図５ｄ及び図５ｅに示す温度調整範囲は、明瞭にするために誇張して示されている。位相電流の調整は、温度調整と比較して非常に迅速に行われるため、温度調整が行なわれているとき、周波数は、ＩＴＵ周波数から大きくずれない。図５ｄ及び図５ｅに示す過程は、位相電流が元の位相電流であるＩPhase,0に戻るまで繰り返される。これは、図５ｆに示されている。即ち、図５ｆは、温度調整により位相電流がＩPhase,0まで戻され、位相領域電流によりレーザ発振周波数がＩＴＵ周波数に継続的に維持されることを示している。
【００３９】
図５ｇは、温度調整が完了した後の状態を示しており、点５０８がＩPhase,0に対してＩＴＵチャネル周波数であることを示している。この動作の仕組みは、容易に実施することができる。また、この仕組みは、フィードバックループを使用して位相電流のずれを監視し、位相領域電流を元の値に維持するようにレーザの温度に相応の変化を与える。
【００４０】
上記レーザは、必ずしもモードの中心に戻って動作するわけではないが、モードの中心からのどんなずれも、レーザの温度を一定に維持しながら位相領域電流を調整することにより周波数を合わせる従来技術の場合よりも少ない。これは、図５ｅを図５ｃと比較することにより分かる。したがって、上記レーザは、広いチューニング範囲、信頼性の高いチャネル切り替え及び改善されたＳＭＳＲを提供し、レーザの使用可能な寿命を伸ばすことができる。このチューニングの仕組みは、装置に使用する場合に特に好適である。この場合、一生を通じた変化は、モード境界の位置におけるより著しい変化でなく、主に位相領域電流対レーザモード周波数プロファイルの変化を伴う。
【００４１】
図５ａ〜図５ｇは、単なる実例であり、明瞭にするために誇張して示されているということは認識すべきである。本発明の実施形態による装置は、変化を継続的に監視している。そして、特に、上記図中に示されているずれ及び補正は非常に小さく、理想的には、それらは微小である。これは、レーザの温度を一定に維持しながら位相領域電流を調整することにより周波数を合わせる従来技術と対照的である。即ち、従来技術においては、位相領域電流の変化が比較的大きい。
【００４２】
本発明の第２の実施形態は、将来の経年変化や熱機械的ストレスに対して修正するのに有用なチューニング範囲（チューニング量（tuning budget））がまだ保存されている間に、レーザの「オフグリッド（off-grid）」動作を可能にすべく温度調整と位相領域調整とを組み合わせて使用することを含んでいる。レーザの幾らかの使用者は、ＩＴＵグリッドの各チャネルについて数ＧＨｚの範囲を超えてレーザを作動できることを望んでいる。
【００４３】
各ＩＴＵチャネル近傍の多数の動作可能周波数で見込まれる全ての駆動電流に関して、レーザを完全に較正するためには、多大な時間を必要とする。それよりは、対応するＩＴＵチャネルを較正した後、そのＩＴＵチャネルからのずれのようにオフグリッド動作範囲を越えて他のチャンネルに合わせる方が、望ましいかもしれない。しかしながら、レーザの温度を一定に維持しながら位相領域電流を調整することにより周波数を合わせる従来技術において、これは、図６ａに示すように、対応するＩＴＵチャネルよりモード境界により一層接近したオフグリッド動作範囲の端に動作点を生じるだろう。この場合、上記動作点においては、経年変化を補うことができるチューニング範囲はより小さくなり、素子はより低いＳＭＳＲ、即ち、より大きなサイドモードの領域で特に動作することになる。図６ａは、レーザが点６０２で示すように、オフグリッド周波数（ＦＯＧ）で動作するために、ＩPhase,0とは異なる位相電流で調整されている以外は、図５ａに関して前述したものと似た特性を示す。
【００４４】
本発明のこの第２の実施形態において、位相領域電流の調整は、モード境界から離れた動作点を維持しながら、ＩＴＵグリッドチャネルから離れた周波数でレーザを動作し、こうして局部的なチューニング範囲を実質的に保つ簡単な手段を提供するために、対応する温度調整と共に使用される。これは、図６ｂに示すように、温度調整後の位相領域電流対周波数プロファイル６０４が、オフグリッド周波数（ＦＯＧ）で、対応するＩＴＵグリッドチャネルに関しては同じレベルで戻されて位相領域電流ＩPhase,0でレーザを動作させることを示している。言いかえれば、点６０６は、モードの中心に戻る。 この実施形態においては、周波数プロファイルの勾配が寿命の最初に較正され、その後、温度が周波数における所要のずれに対応して調整される。
【００４５】
制御電子回路がオフグリッド周波数へ出力を切り替えるために再構成されると、最初に、レーザ周波数は、位相領域電流を調整することによりオフグリッド周波数に直ちに合わせられる。よりゆっくりと、温度調整は、ＴＥＣの制御によって達成することができる。温度調整中、位相領域電流は、動作点がモード境界から再び安全に離れた元のレベルＩPhase,0、即ち、対応するＩＴＵグリッドチャネルと同じレベルに戻るまで、それに対応して追跡し、選択されたオフグリッド動作周波数で出力波長を維持する。
【００４６】
次に、図７を参照して説明する。図７は、前述の２つの実施形態を実施するための制御系７００を示す概略図である。 制御電子回路７０２は、所要の動作周波数７１２を入力し、位相領域電流源７０４及びＴＥＣドライバ７０６の駆動信号を制御する。サーミスタ７０８及び周波数ロッカー７１０は、ＴＥＣ２０８の温度及び出力周波数を夫々監視し、制御回路７０２にフィードバックして制御電子回路７０２が所要の動作周波数７１２を維持し、夫々のレーザモード内の所要の動作位置でレーザ１００の出力を維持できるようにする。サーミスタ７０８によって監視され、制御電子回路７０２に供給されるＴＥＣ２０８の温度は、レーザ１００の温度に関連付けられる。制御電子回路７０２は、電気信号を通じて位相領域電流源７０４によってレーザ１００に供給される電流を制御する。また、制御電子回路７０２は、位相領域電流源７０４を制御する電気信号を検知して、温度調整によって相領域電流がＩPhase,0までいつ戻ったかを判定する。当業者に周知の他の電気部品は、図を明瞭にするために図７から省略されている。
【００４７】
制御電子回路７０２は、ハードウェアを含んで構成されてもよい。又は、ソフトウェアによって提供することもできる。位相領域電流源７０４は、例えば、寿命の初期の較正中に決定された一定電流を提供する第１の電流源と、位相領域のチューニングを規定する第２の電流源との２つの電流源を含んで構成されてもよい。
【００４８】
本発明は、以上記載された範囲のいずれにも限定されず、いくつかの特徴、又はここに暗示的に又は明示的に開示された特徴を組み合わせたもの、又はそのいくつかを一般化したものを含んでいるという事実に注意すべきである。以上の説明を考慮して、様々な改良が本発明の範囲内で実施してもよいことは当業者に明白であろう。
【００４９】
例えば、例証目的で示された上記２つの実施形態は、位相領域電流を調整すること及び対応する温度を調整することを含んでいる。しかしながら、代替例においては、位相領域電流の調整と共に又はその調整をすることなく、ＤＢＲ（又は後部）領域のようなレーザの他の領域に対する電気入力を調整してもよい。
【００５０】
さらに、動作の仕組みの代替例においては、位相電流がロッカーによって変化されると、温度も推測手法によって相当量だけ変化される。そのような推測手法においては、レーザの動作周波数のずれに応じて、先ず、位相領域電流がレーザの動作周波数を維持するために周波数ロッカーからの信号に応じて調整される。次に、温度が予め測定された関係及び周波数のずれの範囲に従って調整される。そして、前述のように、温度が調整されると、位相領域電流は、周波数ロッカーからの信号に応じて調整され、レーザの動作周波数が維持される。例えば、予め測定された関係とは、温度調整と、周波数のずれ又は位相電流の調整のいずれか一方との間の関係である。予め測定された関係は、寿命の初期に測定され、それは、寿命の初めから終わりまで実質的に変化しないと仮定される。
【００５１】
動作の仕組みの更なる例においては、予め測定された関係は、レーザの平均的な経年変化挙動を完全に又は部分的に説明する更なるパラメータを含んでいてもよい。
【００５２】
上述諸技法において、モードマップは、モード内の位置で、例えばモードの中心のような所望位置に近い動作チャネルの位置を決めるために再調整することができる。したがって、経年変化及び熱機械的ストレスにより、モードホップを生じる可能性を縮小し、正しいモードにさせるチャネル切り替えの可能性を増加させて、ＳＭＳＲを増加させる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】代表的な分布ブラッグ反射型レーザを示す図である。
【図２】熱電冷却機上に組みつけられたＤＢＲレーザ及びサーミスタを示す図である。
【図３ａ】代表的な３領域ＤＢＲレーザの較正マップを示す図である。
【図３ｂ】レーザ発振モード、モード境界及び動作チャネルの概要を示す図である。
【図４ａ】モードの中心に近い動作位置でのレーザ出力のスペクトルプロファイルを示す図である。
【図４ｂ】モード境界に近い動作位置でのレーザ出力のスペクトルプロファイルを示す図である。
【図５ａ】本発明の実施形態による方法を示す図であり、位相領域電流の関数としてのレーザ発振周波数の一変化例を示す。
【図５ｂ】本発明の実施形態による方法を示す図であり、経年変化前の位相領域電流及び経年変化後の位相領域電流の関数としてのレーザ発振周波数の変化を示す。
【図５ｃ】本発明の実施形態による方法を示す図であり、位相領域電流によって正しいチャンネル周波数にレーザ発振周波数を合わせる動作を示す。
【図５ｄ】本発明の実施形態による方法を示す図であり、温度調整前から部分的温度調整後までの位相領域電流対レーザモード周波数プロファイルの変化を示す。
【図５ｅ】本発明の実施形態による方法を示す図であり、位相領域電流によってレーザ発振周波数を動作チャンネルの周波数に維持する動作を示す。
【図５ｆ】本発明の実施形態による方法を示す図であり、図５ｄ及び図５ｅに示す過程が位相電流が元の位相電流であるＩPhase,0に戻るまで繰り返される動作を示す。
【図５ｇ】本発明の実施形態による方法を示す図であり、温度調整が完了した後の状態を示す。
【図６ａ】本発明の別の実施形態による方法を示す図であり、対応するＩＴＵチャンネルよりモード境界に最も接近したオフグリッド動作範囲の端に動作点を生じている例を示す。
【図６ｂ】本発明の別の実施形態による方法を示す図であり、動作点がモードの中心に戻される過程を示す。
【図７】本発明の技術を実施するための一制御系を示す概略構成図である。
【図１】
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【図２】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図５ｅ】
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【図５ｆ】
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【図５ｇ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図３ａ】
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【国際調査報告】
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