(57)【要約】【課題】２つの反射要素における反射ピークを高精度に一致させる集積型レーザ素子の制御方法およびレーザモジュールを提供すること。【解決手段】屈折率に依存して光学特性が変化する第１の櫛状反射スペクトルを生成する第１の波長選択部と、前記第１の櫛状反射スペクトルのスペクトル間隔とは異なるスペクトル間隔を有し、屈折率に依存して光学特性が変化する第２の櫛状反射スペクトルを生成する第２の波長選択部と、を少なくとも備える集積型レーザ素子の制御方法であって、前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部とのそれぞれの屈折率を独立に変化させ、前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部との間の共振によって出力されるレーザ光の光出力パワーが前記変化の範囲内で最大となる屈折率の組に、前記第１の波長選択部および前記第２の波長選択部の屈折率を制御する第１の制御シーケンスと、を有する集積型レーザ素子の制御方法。【選択図】図８
2019021791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率に依存して光学特性が変化する第１の櫛状反射スペクトルを生成する第１の波長選択部と、
前記第１の櫛状反射スペクトルのスペクトル間隔とは異なるスペクトル間隔を有し、屈折率に依存して光学特性が変化する第２の櫛状反射スペクトルを生成する第２の波長選択部と、
を少なくとも備える集積型レーザ素子の制御方法であって、
前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部とのそれぞれの屈折率を独立に変化させ、前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部との間の共振によって出力されるレーザ光の光出力パワーが前記変化の範囲内で最大となる屈折率の組に、前記第１の波長選択部および前記第２の波長選択部の屈折率を制御する第１の制御シーケンスと、
を有することを特徴とする集積型レーザ素子の制御方法。
【請求項２】
前記第１の制御シーケンスの後に、前記レーザ光の波長の測定結果と目標波長との差分から、前記第１の波長選択部の屈折率と前記第２の波長選択部の屈折率のいずれか一方をフィードバック制御し、前記フィードバック制御で変化した屈折率の変化量に基づいて他方の屈折率を変更する第２の制御シーケンスを有することを特徴とする請求項１に記載の集積型レーザ素子の制御方法。
【請求項３】
屈折率に依存して光学特性が変化する第１の櫛状反射スペクトルを生成する第１の波長選択部と、
前記第１の櫛状反射スペクトルのスペクトル間隔とは異なるスペクトル間隔を有し、屈折率に依存して光学特性が変化する第２の櫛状反射スペクトルを生成する第２の波長選択部と、
屈折率に依存して前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部との対で構成されるレーザ共振器の共振器長を調整する位相調整部と、
を備える集積型レーザ素子の制御方法であって、
前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部と前記位相調整部のうち２つを選択し、それぞれの屈折率を独立に変化させ、前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部との間の共振によって出力されるレーザ光の光出力パワーが前記変化の範囲内で最大となる屈折率の組に、前記選択した２つの屈折率を制御する第１の制御シーケンスと、
を有することを特徴とする集積型レーザ素子の制御方法。
【請求項４】
前記選択する２つは、前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部であることを特徴とする請求項３に記載の集積型レーザ素子の制御方法。
【請求項５】
屈折率に依存して光学特性が変化する第１の櫛状反射スペクトルを生成する第１の波長選択部と、
前記第１の櫛状反射スペクトルのスペクトル間隔とは異なるスペクトル間隔を有し、屈折率に依存して光学特性が変化する第２の櫛状反射スペクトルを生成する第２の波長選択部と、
屈折率に依存して前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部との対で構成されるレーザ共振器の共振器長を調整する位相調整部と、
を備える集積型レーザ素子の制御方法であって、
前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部と前記位相調整部のうち１つを選択し、前記選択したものの屈折率を変化させた際の、前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部との間の共振によって出力されるレーザ光の光出力パワーの極大を取得し、当該極大が最大となるように、前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部と前記位相調整部のうち他の１つの屈折率を制御する第１の制御シーケンスと、
を有することを特徴とする集積型レーザ素子の制御方法。
【請求項６】
前記選択する１つは、前記位相調整部であることを特徴とする請求項５に記載の集積型レーザ素子の制御方法。
【請求項７】
前記第１の制御シーケンスの後に、前記レーザ光の波長の測定結果と目標波長との差分から、前記第１の波長選択部の屈折率と前記第２の波長選択部の屈折率のいずれか一方をフィードバック制御し、前記フィードバック制御で変化した屈折率の変化量を基づいて他方の屈折率を変更する第２の制御シーケンスを有することを特徴とする請求項４または請求項６に記載の集積型レーザ素子の制御方法。
【請求項８】
前記第２の制御シーケンスの後に、前記位相調整部の屈折率を変化させて、前記レーザ光の光出力パワーがその変化の範囲内で極大となるように前記位相調整部の屈折率を変更する第３の制御シーケンスを有することを特徴とする請求項７に記載の集積型レーザ素子の制御方法。
【請求項９】
屈折率を変化させる第１の屈折率変化器を備え、該屈折率に依存して光学特性が変化する第１の櫛状反射スペクトルを生成する第１の波長選択部と、
屈折率を変化させる第２の屈折率変化器を備え、前記第１の櫛状反射スペクトルのスペクトル間隔とは異なるスペクトル間隔を有し、該屈折率に依存して光学特性が変化する第２の櫛状反射スペクトルを生成する第２の波長選択部と、
前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部との間の共振によって出力されるレーザ光の光出力パワーを検出する第１の光検出器と、
前記第１の屈折率変化器と前記第２の屈折率変化器とのそれぞれを独立に制御する電流制御部と、前記第１の光検出器で検出された光出力パワーが前記変化の範囲内で最大となる前記第１の屈折率変化器および前記第２の屈折率変化器の調整量を算出する最大パワー算出部とを有し、該算出された調整量を用いて前記第１の屈折率変化器および前記第２の屈折率変化器を制御する制御部と、
を少なくとも備えることを特徴とするレーザモジュール。
【請求項１０】
光の周波数に関して周期的な透過特性を有する光フィルタを透過した前記レーザ光の光出力パワーを検出する第２の光検出器をさらに備え、
前記制御部は、前記第１の光検出器で得られる光出力パワーと前記第２の光検出器で得られる光出力パワーの比から前記レーザ光の波長を算出する波長モニタ算出部と、前記算出した波長と目標波長との差分から、前記第１の屈折率変化器および前記第２の屈折率変化器の調整量のいずれか一方をフィードバック制御する帰還制御部と、前記一方の調整量を基づいて他方の調整量を変更する制御比率算出部とを有する、
ことを特徴とする請求項９に記載のレーザモジュール。
【請求項１１】
屈折率を変化させる第１の屈折率変化器を備え、該屈折率に依存して光学特性が変化する第１の櫛状反射スペクトルを生成する第１の波長選択部と、
屈折率を変化させる第２の屈折率変化器を備え、前記第１の櫛状反射スペクトルのスペクトル間隔とは異なるスペクトル間隔を有し、該屈折率に依存して光学特性が変化する第２の櫛状反射スペクトルを生成する第２の波長選択部と、
屈折率を変化させる第３の屈折率変化器を備え、該屈折率に依存して前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部との対で構成されるレーザ共振器の共振器長を調整する位相調整部と、
前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部との間の共振によって出力されるレーザ光の光出力パワーを検出する第１の光検出器と、
前記第１の屈折率変化器と前記第２の屈折率変化器と前記第３の屈折率変化器とのうち２つを選択し、それぞれを独立に制御する電流制御部と、前記第１の光検出器で検出された光出力パワーが前記変化の範囲内で最大となる前記選択した２つの屈折率変化器の調整量を算出する最大パワー算出部とを有し、該算出された調整量を用いて前記選択した２つの屈折率変化器を制御する制御部と、
を備えることを特徴とするレーザモジュール。
【請求項１２】
前記選択する２つは、前記第１の屈折率変化器と前記第２の屈折率変化器であることを特徴とする請求項１１に記載のレーザモジュール。
【請求項１３】
屈折率を変化させる第１の屈折率変化器を備え、該屈折率に依存して光学特性が変化する第１の櫛状反射スペクトルを生成する第１の波長選択部と、
屈折率を変化させる第２の屈折率変化器を備え、前記第１の櫛状反射スペクトルのスペクトル間隔とは異なるスペクトル間隔を有し、該屈折率に依存して光学特性が変化する第２の櫛状反射スペクトルを生成する第２の波長選択部と、
屈折率を変化させる第３の屈折率変化器を備え、該屈折率に依存して前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部との対で構成されるレーザ共振器の共振器長を調整する位相調整部と、
前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部との間の共振によって出力されるレーザ光の光出力パワーを検出する第１の光検出器と、
前記第１の屈折率変化器と前記第２の屈折率変化器と前記第３の屈折率変化器とのうち１つを選択して調整量を変化させた際の極大を記憶するデータ記憶部と、該極大が最大となるように、前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部と前記位相調整部のうち他の１つの調整量を制御する極大値比較部とを有する制御部と、
を備えることを特徴とするレーザモジュール。
【請求項１４】
前記選択する１つは、前記第３の屈折率変化器であることを特徴とする請求項１３に記載のレーザモジュール。
【請求項１５】
光の周波数に関して周期的な透過特性を有する光フィルタを透過した前記レーザ光の光出力パワーを検出する第２の光検出器をさらに備え、
前記制御部は、前記第１の光検出器で得られる光出力パワーと前記第２の光検出器で得られる光出力パワーの比から前記レーザ光の波長を算出する波長モニタ算出部と、前記算出した波長と目標波長との差分から、前記第１の屈折率変化器および前記第２の屈折率変化器の調整量のいずれか一方をフィードバック制御する帰還制御部と、前記一方の調整量を基づいて他方の調整量を変更する制御比率算出部とを有する、
ことを特徴とする請求項１２または請求項１４に記載のレーザモジュール。
【請求項１６】
前記制御部は、前記第１の屈折率変化器の調整量を変化させて、前記第１の光検出器で検出された光出力パワーがその変化の範囲内で極大となるように前記第１の屈折率変化器の調整量を変更する極値算出部を有することを特徴とする請求項１５に記載のレーザモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積型レーザ素子の制御方法およびレーザモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
波長に関して略周期的に反射ピークが形成された櫛状反射スペクトルを有する２つの反射要素を組み合わせた集積型レーザ素子が知られている。この集積型レーザ素子では、櫛状反射スペクトルにおける反射ピーク間隔が互いに僅かに異なるように構成し、広い帯域の波長可変を実現する。この手法の原理は、一般にバーニア効果と呼ばれており、その概要は以下のとおりである。
【０００３】
２つの反射要素における櫛状反射スペクトルは反射ピーク間隔が僅かに異なるので、２つの反射要素で反射ピークの波長が一致するのは１つの波長のみである。そして、２つの反射要素の間では、当該一致した波長に関するレーザ共振器が形成され、狭線幅のレーザ発振が起こることになる。また、２つの反射要素のうち一方または両方の屈折率を変更させると櫛状反射スペクトルがシフトし、２つの反射要素で反射ピークが一致する波長も変化する。このように、バーニア効果を用いた集積型レーザ素子では、発振波長の狭線幅と可変波長の広帯域との両立を実現している（例えば特許文献１および２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２６９６８号公報
【特許文献２】特開２０１６−１７８２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、バーニア効果を用いた集積型レーザ素子では、２つの反射要素における反射ピークを高精度に一致させることが重要である。しかしながら、事前の測定に基いた制御パラメータを用いて制御を行っても、実際には２つの反射要素における反射ピークが一致しているとは限らない。このことは、２つの反射要素における反射ピークをより高精度に一致させることができれば、レーザ発振の効率の向上（消費電力の削減）を達成できることを意味する。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、２つの反射要素における反射ピークを高精度に一致させる集積型レーザ素子の制御方法およびレーザモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る集積型レーザ素子の制御方法は、屈折率に依存して光学特性が変化する第１の櫛状反射スペクトルを生成する第１の波長選択部と、前記第１の櫛状反射スペクトルのスペクトル間隔とは異なるスペクトル間隔を有し、屈折率に依存して光学特性が変化する第２の櫛状反射スペクトルを生成する第２の波長選択部と、を少なくとも備える集積型レーザ素子の制御方法であって、前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部とのそれぞれの屈折率を独立に変化させ、前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部との間の共振によって出力されるレーザ光の光出力パワーが前記変化の範囲内で最大となる屈折率の組に、前記第１の波長選択部および前記第２の波長選択部の屈折率を制御する第１の制御シーケンスと、を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の一態様に係る集積型レーザ素子の制御方法は、前記第１の制御シーケンスの後に、前記レーザ光の波長の測定結果と目標波長との差分から、前記第１の波長選択部の屈折率と前記第２の波長選択部の屈折率のいずれか一方をフィードバック制御し、前記フィードバック制御で変化した屈折率の変化量に基づいて他方の屈折率を変更する第２の制御シーケンスを有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の一態様に係る集積型レーザ素子の制御方法は、屈折率に依存して光学特性が変化する第１の櫛状反射スペクトルを生成する第１の波長選択部と、前記第１の櫛状反射スペクトルのスペクトル間隔とは異なるスペクトル間隔を有し、屈折率に依存して光学特性が変化する第２の櫛状反射スペクトルを生成する第２の波長選択部と、屈折率に依存して前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部との対で構成されるレーザ共振器の共振器長を調整する位相調整部と、を備える集積型レーザ素子の制御方法であって、前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部と前記位相調整部のうち２つを選択し、それぞれの屈折率を独立に変化させ、前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部との間の共振によって出力されるレーザ光の光出力パワーが前記変化の範囲内で最大となる屈折率の組に、前記選択した２つの屈折率を制御する第１の制御シーケンスと、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の一態様に係る集積型レーザ素子の制御方法は、前記選択する２つは、前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の一態様に係る集積型レーザ素子の制御方法は、屈折率に依存して光学特性が変化する第１の櫛状反射スペクトルを生成する第１の波長選択部と、前記第１の櫛状反射スペクトルのスペクトル間隔とは異なるスペクトル間隔を有し、屈折率に依存して光学特性が変化する第２の櫛状反射スペクトルを生成する第２の波長選択部と、屈折率に依存して前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部との対で構成されるレーザ共振器の共振器長を調整する位相調整部と、を備える集積型レーザ素子の制御方法であって、前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部と前記位相調整部のうち１つを選択し、前記選択したものの屈折率を変化させた際の、前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部との間の共振によって出力されるレーザ光の光出力パワーの極大を取得し、当該極大が最大となるように、前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部と前記位相調整部のうち他の１つの屈折率を制御する第１の制御シーケンスと、を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の一態様に係る集積型レーザ素子の制御方法は、前記選択する１つは、前記位相調整部であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の一態様に係る集積型レーザ素子の制御方法は、前記第１の制御シーケンスの後に、前記レーザ光の波長の測定結果と目標波長との差分から、前記第１の波長選択部の屈折率と前記第２の波長選択部の屈折率のいずれか一方をフィードバック制御し、前記フィードバック制御で変化した屈折率の変化量に基づいて他方の屈折率を変更する第２の制御シーケンスを有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の一態様に係る集積型レーザ素子の制御方法は、前記第２の制御シーケンスの後に、前記位相調整部の屈折率を変化させて、前記レーザ光の光出力パワーがその変化の範囲内で極大となるように前記位相調整部の屈折率を変更する第３の制御シーケンスを有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の一態様に係るレーザモジュールは、屈折率を変化させる第１の屈折率変化器を備え、該屈折率に依存して光学特性が変化する第１の櫛状反射スペクトルを生成する第１の波長選択部と、屈折率を変化させる第２の屈折率変化器を備え、前記第１の櫛状反射スペクトルのスペクトル間隔とは異なるスペクトル間隔を有し、該屈折率に依存して光学特性が変化する第２の櫛状反射スペクトルを生成する第２の波長選択部と、前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部との間の共振によって出力されるレーザ光の光出力パワーを検出する第１の光検出器と、前記第１の屈折率変化器と前記第２の屈折率変化器とのそれぞれを独立に制御する電流制御部と、前記第１の光検出器で検出された光出力パワーが前記変化の範囲内で最大となる前記第１の屈折率変化器および前記第２の屈折率変化器の調整量を算出する最大パワー算出部とを有し、該算出された調整量を用いて前記第１の屈折率変化器および前記第２の屈折率変化器を制御する制御部と、を少なくとも備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の一態様に係るレーザモジュールは、光の周波数に関して周期的な透過特性を有する光フィルタを透過した前記レーザ光の光出力パワーを検出する第２の光検出器をさらに備え、前記制御部は、前記第１の光検出器で得られる光出力パワーと前記第２の光検出器で得られる光出力パワーの比から前記レーザ光の波長を算出する波長モニタ算出部と、前記算出した波長と目標波長との差分から、前記第１の屈折率変化器および前記第２の屈折率変化器の調整量のいずれか一方をフィードバック制御する帰還制御部と、前記一方の調整量を基づいて他方の調整量を変更する制御比率算出部とを有する、ことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の一態様に係るレーザモジュールは、屈折率を変化させる第１の屈折率変化器を備え、該屈折率に依存して光学特性が変化する第１の櫛状反射スペクトルを生成する第１の波長選択部と、屈折率を変化させる第２の屈折率変化器を備え、前記第１の櫛状反射スペクトルのスペクトル間隔とは異なるスペクトル間隔を有し、該屈折率に依存して光学特性が変化する第２の櫛状反射スペクトルを生成する第２の波長選択部と、屈折率を変化させる第３の屈折率変化器を備え、該屈折率に依存して前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部との対で構成されるレーザ共振器の共振器長を調整する位相調整部と、前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部との間の共振によって出力されるレーザ光の光出力パワーを検出する第１の光検出器と、前記第１の屈折率変化器と前記第２の屈折率変化器と前記第３の屈折率変化器とのうち２つを選択し、それぞれを独立に制御する電流制御部と、前記第１の光検出器で検出された光出力パワーが前記変化の範囲内で最大となる前記選択した２つの屈折率変化器の調整量を算出する最大パワー算出部とを有し、該算出された調整量を用いて前記選択した２つの屈折率変化器を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の一態様に係るレーザモジュールは、前記選択する２つは、前記第１の屈折率変化器と前記第２の屈折率変化器であることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の一態様に係るレーザモジュールは、屈折率を変化させる第１の屈折率変化器を備え、該屈折率に依存して光学特性が変化する第１の櫛状反射スペクトルを生成する第１の波長選択部と、屈折率を変化させる第２の屈折率変化器を備え、前記第１の櫛状反射スペクトルのスペクトル間隔とは異なるスペクトル間隔を有し、該屈折率に依存して光学特性が変化する第２の櫛状反射スペクトルを生成する第２の波長選択部と、屈折率を変化させる第３の屈折率変化器を備え、該屈折率に依存して前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部との対で構成されるレーザ共振器の共振器長を調整する位相調整部と、前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部との間の共振によって出力されるレーザ光の光出力パワーを検出する第１の光検出器と、前記第１の屈折率変化器と前記第２の屈折率変化器と前記第３の屈折率変化器とのうち１つを選択して調整量を変化させた際の極大を記憶するデータ記憶部と、該極大が最大となるように、前記第１の波長選択部と前記第２の波長選択部と前記位相調整部のうち他の１つの調整量を制御する極大値比較部とを有する制御部と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の一態様に係るレーザモジュールは、前記選択する１つは、前記第３の屈折率変化器であることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の一態様に係るレーザモジュールは、光の周波数に関して周期的な透過特性を有する光フィルタを透過した前記レーザ光の光出力パワーを検出する第２の光検出器をさらに備え、前記制御部は、前記第１の光検出器で得られる光出力パワーと前記第２の光検出器で得られる光出力パワーの比から前記レーザ光の波長を算出する波長モニタ算出部と、前記算出した波長と目標波長との差分から、前記第１の屈折率変化器および前記第２の屈折率変化器の調整量のいずれか一方をフィードバック制御する帰還制御部と、前記一方の調整量を基づいて他方の調整量を変更する制御比率算出部とを有する、ことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の一態様に係るレーザモジュールは、前記制御部は、前記第１の屈折率変化器の調整量を変化させて、前記第１の光検出器で検出された光出力パワーがその変化の範囲内で極大となるように前記第１の屈折率変化器の調整量を変更する極値算出部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る集積型レーザ素子の制御方法およびレーザモジュールは、２つの反射要素における反射ピークを高精度に一致させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、第１実施形態に係るレーザモジュールの模式図である。
【図２】図２は、第２の光検出器における検出結果を第１の光検出器における検出結果で除したものを模式的に表した図である。
【図３】図３は、第２実施形態に係るレーザモジュールの模式図である。
【図４】図４は、第１の波長選択部と第２の波長選択部の反射特性を示す図である。
【図５】図５は、第１の櫛状反射スペクトルと第２の櫛状反射スペクトルとの重なりを示す図である。
【図６】図６は、バーニア効果を用いた集積型レーザ素子の制御方法に起こり得る問題を説明する図である。
【図７】図７は、第１の屈折率変化器と第２の屈折率変化器とを独立に一定範囲変化させたときの光出力パワーの変化を示す図である。
【図８】図８は、第１実施形態に係る第１の制御シーケンスの例を示す図である。
【図９】図９は、第１実施形態に係る集積型レーザ素子の制御方法を実施するための制御部の制御ブロックの例を示す図である。
【図１０】図１０は、第１実施形態に係る制御方法を実施するための制御部の制御ブロックの変形例を示す図である。
【図１１】図１１は、位相調整部の屈折率を変化させた場合の光出力パワーの変化の様子を示す図である。
【図１２】図１２は、第２実施形態に係る第１の制御シーケンスの例を示す図である。
【図１３】図１３は、第２実施形態に係る制御方法を実施するための制御部の制御ブロックの例を示す図である。
【図１４】図１４は、集積型レーザ素子の制御方法の第１発展例を示す図である。
【図１５】図１５は、集積型レーザ素子の制御方法の第２発展例を示す図である。
【図１６】図１６は、集積型レーザ素子の制御方法の第３発展例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態に係る集積型レーザ素子の制御方法およびレーザモジュールを、図面を参照しながら説明する。ただし、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。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。
【００２６】
（構成の第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るレーザモジュールの模式図である。図１に示すように、レーザモジュール１０は、主要構成として集積型レーザ素子１１と制御部１０１とを備え、制御部１０１によって集積型レーザ素子１１が制御される構成である。また、集積型レーザ素子１１は、第１の波長選択部１０７と位相調整部１０８と利得部１０９と第２の波長選択部１１０とを備えている。
【００２７】
なお、集積型レーザ素子１１は、モノリシック集積型レーザ素子とすることができるが、これに限らず、Ｓｉ導波路とゲインチップを組み合わせたハイブリッド集積型レーザ素子とすることも可能である。また、集積型レーザ素子１１は、電子冷却素子に載置されており、制御部１０１によって温度制御されることが好ましい。
【００２８】
第１の波長選択部１０７は、屈折率に依存して光学特性が変化する第１の櫛状反射スペクトルを生成する反射要素である。第１の波長選択部１０７には、第１の屈折率変化器１０４が設けられており、制御部１０１は、第１の屈折率変化器１０４を制御することにより、第１の波長選択部１０７における第１の櫛状反射スペクトルの光学特性を変化させることが可能であり、より具体的には、反射ピークを波長に関してシフトさせることができる。第１の屈折率変化器１０４は、例えばマイクロヒータであり、制御部１０１から供給される電流によって第１の波長選択部１０７の温度を変化させ、第１の波長選択部１０７の物性的性質を利用して屈折率を変化させる。
【００２９】
一方、第２の波長選択部１１０も、屈折率に依存して光学特性が変化する第２の櫛状反射スペクトルを生成する反射要素であるが、第１の波長選択部１０７における第１の櫛状反射スペクトルのスペクトル間隔とは異なるスペクトル間隔を有している。同様に、第２の波長選択部１１０には、第２の屈折率変化器１０６が設けられており、制御部１０１は、第２の屈折率変化器１０６を制御することにより、第２の波長選択部１１０における第２の櫛状反射スペクトルの光学特性を変化させることが可能であり、より具体的には、反射ピークを波長に関してシフトさせることができる。第２の屈折率変化器１０６は、例えばマイクロヒータであり、制御部１０１から供給される電流によって第２の波長選択部１１０の温度を変化させ、第２の波長選択部１１０の物性的性質を利用して屈折率を変化させる。
【００３０】
ここで、第１の屈折率変化器１０４および第２の屈折率変化器１０６にマイクロヒータを用いた場合の温度変化量と波長シフト量の関係について説明する。第１の波長選択部１０７の屈折率をｎ１、温度をＴ１、温度変化量をΔＴ１、屈折率変化量をΔｎ１とし、第２の波長選択部１１０の屈折率をｎ２、温度をＴ２、温度変化量をΔＴ２、屈折率変化量をΔｎ２とすると、温度変化と屈折率変化の間には以下の関係が成り立つ。
【００３１】
【数１】
2019021791.tif 000003
【００３２】
そして、波長λの状態からの波長シフト量Δλは、上記関係式を用いて以下のように求めることができる。
【００３３】
【数２】
2019021791.tif 000004
【００３４】
上記式から解るように、所望の波長シフト量Δλを実現する場合、温度変化量ΔＴ１またはΔＴ２の一方が決まると、もう一方の温度変化量も決まることになる。このことは、後に詳述する制御方法に関して補足説明すると、第１の波長選択部１０７と第２の波長選択部１１０の屈折率（つまり温度）のいずれか一方をフィードバック制御し、フィードバック制御で変化した屈折率の変化量に基づいて他方の屈折率を変更すればよいことを意味する。
【００３５】
なお、材料の熱膨張やバンドギャップ変化などを考慮すると上記式（３）の代わりに下記関係式を用いればよい。材料が熱膨張を起こすと材料密度が疎かになり、その分の屈折率が低下する。一方、バンドギャップの変化では、バンドギャップが小さくなると屈折率は増加する。
【００３６】
【数３】
2019021791.tif 000005
【００３７】
第１の波長選択部１０７と第２の波長選択部１１０とは、対となってレーザ共振器を構成する。第１の波長選択部１０７および第２の波長選択部１１０は、共に櫛状反射スペクトルを有し、波長に関して略周期的に反射ピークが形成されている。一方で、第１の波長選択部１０７と第２の波長選択部１１０とでは、櫛状反射スペクトルの反射ピーク間隔が僅かに異なるので、第１の波長選択部１０７と第２の波長選択部１１０とで反射ピークの波長が一致するのは１つの波長のみである。従って、第１の波長選択部１０７と第２の波長選択部１１０との対で構成されるレーザ共振器は、当該一致した波長に関して狭線幅のレーザ発振をすることになる。
【００３８】
また、第１の波長選択部１０７には第１の屈折率変化器１０４が設けられ、第２の波長選択部１１０には、第２の屈折率変化器１０６が設けられ、独立に反射ピークをシフトさせることができる。これにより反射ピークが一致する波長も変化し、第１の波長選択部１０７と第２の波長選択部１１０との対で構成されるレーザ共振器は、広い帯域でレーザ発振をすることが可能である。
【００３９】
第１の波長選択部１０７と第２の波長選択部１１０との対で構成されるレーザ共振器は、位相調整部１０８と利得部１０９とを備えている。
【００４０】
位相調整部１０８は、屈折率を変更することにより、第１の波長選択部１０７と第２の波長選択部１１０との対で構成されるレーザ共振器の共振器長を調整するためのものである。位相調整部１０８には、例えばマイクロヒータである第３の屈折率変化器１０５が設けられ、制御部１０１から供給される電流によって位相調整部１０８の温度を変化させ、物性的性質を利用して屈折率を変化させる。
【００４１】
利得部１０９は、制御部１０１から供給される電流によって、第１の波長選択部１０７と第２の波長選択部１１０との対で構成されるレーザ共振器にエネルギーを供給し、光増幅利得を発生させる。すなわち、制御部１０１は、利得部１０９に供給する電流を制御することによって、集積型レーザ素子１１が出力するレーザ光のパワーを制御することが可能である。
【００４２】
図１に示すように、レーザモジュール１０は、第１の光検出器１０２と第２の光検出器１０３と光フィルタ１１１とを備えている。これらは、集積型レーザ素子１１が出力するレーザ光のパワーおよび波長を検出するためのものである。
【００４３】
第１の光検出器１０２は、集積型レーザ素子１１が出力するレーザ光のパワーを直接的に測定するためのものであり、第２の波長選択部１１０から出力されるレーザ光を典型的には所定割合で分岐して、当該分岐されたレーザ光のパワーを検出する。
【００４４】
一方、第２の光検出器１０３は、集積型レーザ素子１１が出力するレーザ光のパワーを、光フィルタ１１１を介して測定するためのものであり、第２の波長選択部１１０から出力されるレーザ光を、光フィルタ１１１を透過させた後に検出する。光フィルタ１１１は、光の波長に関して略周期的な透過率を有する光フィルタであり、例えばエタロンフィルタを用いることができる。
【００４５】
制御部１０１は、第１の光検出器１０２における検出結果と第２の光検出器１０３における検出結果とに基いて、集積型レーザ素子１１が出力するレーザ光の波長を得ることができる。図２を参照しながら、その仕組みを説明する。
【００４６】
第２の光検出器１０３における検出結果は、光フィルタ１１１の透過率で減衰したレーザ光のパワーであるので、第１の光検出器１０２における検出結果で除したものは、光フィルタ１１１の透過率を示すことになる。図２は、第２の光検出器における検出結果を第１の光検出器における検出結果で除したものを模式的に表した図である。
【００４７】
図２に示すように、目標波長λｔに対応した第２の光検出器における検出結果を第１の光検出器における検出結果で除した値Ｐｔを予め取得しておくと、実際に測定された第２の光検出器における検出結果を第１の光検出器における検出結果で除した値Ｐｘが値Ｐｔに一致するように帰還制御することで、集積型レーザ素子１１が出力するレーザ光の波長を制御することができる。なお、具体的な制御方法は後に詳述する。
【００４８】
（構成の第２実施形態）
図３は、第２実施形態に係るレーザモジュールの模式図である。図３に示すように、レーザモジュール２０も、第１実施形態と同様に、主要構成として集積型レーザ素子１１と制御部１０１とを備え、制御部１０１によって集積型レーザ素子１１が制御される構成である。また、集積型レーザ素子１１は、第１の波長選択部１０７と位相調整部１０８と利得部１０９と第２の波長選択部１１０とを備えている。
【００４９】
一方、レーザモジュール２０は、第１の光検出器１０２と第２の光検出器１０３と光フィルタ１１１とを備えているが、これらの配置は第１実施形態とは異なる。第１の光検出器１０２は、集積型レーザ素子１１が出力するレーザ光のパワーを直接的に測定するためのものであり、第２の光検出器１０３は、集積型レーザ素子１１が出力するレーザ光のパワーを、光フィルタ１１１を介して測定するためのものであり、この機能自体は変わりがない。しかしながら、第１の光検出器１０２は、第２の波長選択部１１０から出力されるレーザ光を典型的には所定割合で分岐して、当該分岐されたレーザ光のパワーを検出する一方で、第２の光検出器１０３は、第１の波長選択部１０７から出力されるレーザ光を、光フィルタ１１１を透過させた後に検出する。なお、光フィルタ１１１は、光の波長に関して略周期的な透過率を有する光フィルタであり、例えばエタロンフィルタを用いることができる。
【００５０】
上記のように配置しても、レーザモジュール２０は、第１の光検出器１０２における検出結果と第２の光検出器１０３における検出結果とに基いて、集積型レーザ素子１１が出力するレーザ光の目標波長と測定波長との差分を検知することが可能である。
【００５１】
（制御方法の一般論）
ここで、上記説明した構成を例にして、バーニア効果を用いた集積型レーザ素子の制御方法の一般論について説明し、その後に実施形態に係る集積型レーザ素子の制御方法について詳細に説明する。図４は、第１の波長選択部と第２の波長選択部の反射特性を示す図である。なお、図４（ｂ）は、図４（ａ）における反射スペクトルの波長１５５０ｎｍ付近を拡大した図である。両図に示されるグラフに共通して、横軸は波長（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）であり、縦軸は反射率（Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）を示している。また、点線（ＳＣ１）は、第１の波長選択部１０７における第１の櫛状反射スペクトルを示し、一点鎖線（ＳＣ２）は、第２の波長選択部１１０における第２の櫛状反射スペクトルを示している。また、図４（ｂ）のグラフに示される、実線（Ｍｏｄｅ）は、第１の波長選択部１０７と第２の波長選択部１１０との対で構成されるレーザ共振器の共振器モードを示している。共振器モードは少なくとも波長１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍの波長範囲に亘って存在している。
【００５２】
図５は、第１の櫛状反射スペクトルと第２の櫛状反射スペクトルとの重なりを示す図である。図５に示されるグラフは、図４と同様に、横軸は波長（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）であり、縦軸は反射率（Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）を示している。また、点線（ＳＣ１）は、第１の波長選択部１０７における第１の櫛状反射スペクトルを示し、一点鎖線（ＳＣ２）は、第２の波長選択部１１０における第２の櫛状反射スペクトルを示している。これに加え、図５に示されるグラフには、第１の櫛状反射スペクトル（ＳＣ１）と第２の櫛状反射スペクトル（ＳＣ２）とを重ねた（積をとる）スペクトルが実線（Ｏｖｅｒｌａｐ）で記載されている。
【００５３】
図４から読み取れるように、第１の波長選択部１０７における第１の櫛状反射スペクトル（ＳＣ１）と第２の波長選択部１１０における第２の櫛状反射スペクトル（ＳＣ２）とでは、反射ピークの間隔が僅かに異なる。従って、第１の波長選択部１０７と第２の波長選択部１１０とで反射ピークの波長が一致するのは１つの波長のみであり、同図に示される例では、波長１５５０ｎｍのみである。結果、図５から読み取れるように、第１の櫛状反射スペクトル（ＳＣ１）と第２の櫛状反射スペクトル（ＳＣ２）とを重ねたスペクトル（Ｏｖｅｒｌａｐ）は、波長１５５０ｎｍで重なりが最も大きくなる。
【００５４】
なお、図４に示すように、第１の櫛状反射スペクトル（ＳＣ１）の方が第２の櫛状反射スペクトル（ＳＣ２）よりも、反射ピークが急峻であり、かつ、間隔が広い。このように、反射ピークが急峻である方の反射ピークの間隔の方を、反射ピークが急峻でない方の反射ピークの間隔よりも広くすることが好ましい。その理由は、最も高い重なりの隣接ピークにおけるレーザ発振をより強く抑制する（サイドモード抑圧比を高くする）ことができるからである。すなわち、図５で例示すれば、波長１５５０ｎｍの隣接ピーク（１５４７ｎｍ付近のピーク）における重なりがより低くなる。
【００５５】
既に説明したように、第１の波長選択部１０７には第１の屈折率変化器１０４が設けられ、第２の波長選択部１１０には、第２の屈折率変化器１０６が設けられ、第１の櫛状反射スペクトル（ＳＣ１）と第２の櫛状反射スペクトル（ＳＣ２）とは、独立にシフトさせることができる。図５に示される状態は、波長１５５０ｎｍでレーザ発振するための粗調が行われた状態である。いわゆる、スーパーモードが決定された状態である。
【００５６】
一方、位相調整部１０８は、第１の波長選択部１０７と第２の波長選択部１１０との対で構成されるレーザ共振器の共振器長を調整し、共振器モードを微調することができる。上記のように、第１の櫛状反射スペクトル（ＳＣ１）と第２の櫛状反射スペクトル（ＳＣ２）とを一致させた上で、このスーパーモードと共振器モードとを一致させ、第１の波長選択部１０７と第２の波長選択部１１０との対で構成されるレーザ共振器はレーザ発振をすることになる。
【００５７】
レーザ発振波長を変更する場合は、以下のようにする。例えば第１の波長選択部１０７における屈折率を固定した状態で、第２の波長選択部１１０における屈折率を上昇させる。すると、第２の波長選択部１１０における第２の櫛状反射スペクトル（ＳＣ２）は、全体的に長波長側にシフトする。結果、波長１５５０ｎｍにて第１の櫛状反射スペクトル（ＳＣ１）と第２の櫛状反射スペクトル（ＳＣ２）とのピークの重なりが最大化されていたものが、長波長側に存在する別のピーク（波長１５５３ｎｍ付近）で重なりが最大化されることになる（スーパーモードの遷移）。さらに、位相調整部１０８を用いた共振器モードの微調を行えば、波長１５５３ｎｍ付近でもレーザ発振を得ることができる。
【００５８】
なお、レーザ発振を短波長側へ変更する場合、第２の波長選択部１１０における屈折率を固定した状態で、第１の波長選択部１０７における屈折率を上昇させて、上記同様の調整を行えばよい。また、第１の波長選択部１０７における屈折率と第２の波長選択部１１０における屈折率との双方を調整すれば、波長１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍの波長範囲に亘ってレーザ発振の波長を変更させることも可能である。
【００５９】
一般論としてのバーニア効果を用いた集積型レーザ素子の制御方法は、以上のような方法によって所望のレーザ発振を得るのであるが、幾つかの点で課題がある。図６は、バーニア効果を用いた集積型レーザ素子の制御方法に起こり得る問題を説明する図である。図６（ａ）は、理想的な状態であり、第１の櫛状反射スペクトル（ＳＣ１）と第２の櫛状反射スペクトル（ＳＣ２）と共振器モード（Ｍｏｄｅ）とのピークが全てλ１で一致している。
【００６０】
一方、図６（ｂ）は、第１の櫛状反射スペクトル（ＳＣ１）と第２の櫛状反射スペクトル（ＳＣ２）とが僅かにずれてしまっている。この状態でも、波長制御ループの処理を行うことができるが、第１の櫛状反射スペクトル（ＳＣ１）と第２の櫛状反射スペクトル（ＳＣ２）とがずれてしまっているので、レーザ発振の効率が悪く、余計な電力消費を招来してしまう。また、レーザ発振光の線幅悪化につながり好適でない。
【００６１】
また、図６（ｃ）のように第１の櫛状反射スペクトル（ＳＣ１）と第２の櫛状反射スペクトル（ＳＣ２）とが大きくずれてしまっていると、目標波長λ１以外に波長λ２や波長λ３もノイズとして発振してしまい、波長制御ループの処理を妨げることになる。さらに、目標波長λ１から大きく離れた波長λ４が発振してしまうことも考えられ、このような波長λ４は、図２に示すところのλａからλｂの範囲外になってしまうこともある。このような場合、正常な波長制御ループの処理を行うことができない。
【００６２】
そこで、以下に説明する実施形態に係る集積型レーザ素子の制御方法を行う。
【００６３】
（制御方法の第１実施形態）
以下に説明する集積型レーザ素子の制御方法は、第１の波長選択部１０７と第２の波長選択部１１０と位相調整部１０８のうち２つを最初に選択して実施すればよいが、ここでは説明を容易にするため、第１の波長選択部１０７と第２の波長選択部１１０とを最初に選択した例を用いて説明する。尚、集積型レーザ素子の構成によっては位相調整部１０８が不要となる場合等もあるが、この場合も以下に記述する実施形態を適用することが可能である。
【００６４】
図７は、第１の屈折率変化器と第２の屈折率変化器とを独立に一定範囲変化させたときの光出力パワーの変化を示す図である。すなわち、位相調整部１０８における屈折率を固定し、第１の波長選択部１０７と第２の波長選択部１１０における屈折率のみを変化させた際の、第１の光検出器１０２における検出結果を図示したものである。これは、共振器モードを固定しながら、第１の櫛状反射スペクトルと第２の櫛状反射スペクトルとをシフトさせることを意味する。
【００６５】
なお図７に示される例では、第１の屈折率変化器１０４および第２の屈折率変化器１０６はマイクロヒータを用いており、それぞれのマイクロヒータに与える電力量を変えることで第１の波長選択部１０７と第２の波長選択部１１０の屈折率を変化させている。また、マイクロヒータの設定の一例は、抵抗値が４０Ω以内であり、供給する電流値は１５０ｍＡ、またはそれ以下である。
【００６６】
図７に示すように、第１の屈折率変化器１０４と第２の屈折率変化器１０６との調整量のそれぞれを独立に制御すると、光出力パワーが変化し、ある点で光出力パワーが最大となる（図中Ｚ１）。そして、この光出力パワーが最大となる調整量の組が、第１の櫛状反射スペクトル（ＳＣ１）と第２の櫛状反射スペクトル（ＳＣ２）と共振器モード（Ｍｏｄｅ）とのピークが全て一致している状態である。
【００６７】
そこで、第１実施形態に係る集積型レーザ素子の制御方法では、上記作用原理を用いて、第１の波長選択部１０７と第２の波長選択部１１０と位相調整部１０８のうち２つを選択し、それぞれの屈折率を独立に変化させ、第１の光検出器１０２で検出された光出力パワーがその変化の範囲内で最大となる屈折率の組に、選択した２つの屈折率を制御する第１の制御シーケンスを行う。その後に、第１の光検出器１０２で得られる光出力パワーと第２の光検出器１０３で得られる光出力パワーの比から測定されるレーザ光の波長と目標波長との差分から、第１の波長選択部１０７の屈折率と第２の波長選択部１１０の屈折率のいずれか一方をフィードバック制御し、フィードバック制御で変化した屈折率の変化量に基づいて他方の屈折率を変更する第２の制御シーケンスを行う。その後に、位相調整部１０８の屈折率を変化させて、第１の光検出器１０２で検出された光出力パワーがその変化の範囲内で極大となるように位相調整部１０８の屈折率を変更する第３の制御シーケンスを行う。
【００６８】
なお、上記「最大」については、調整量の範囲を大きく設定すると、反射スペクトル等の周期性によって、光出力パワーが極大となる点が複数現れるが、目標波長の周辺で十分に適切な調整量の範囲で行えば、光出力パワーが最大となる点は１つに定まる。
【００６９】
図８は、上記作用原理を用いた、第１実施形態に係る第１の制御シーケンスの例を示す図である。なお、図８に示される第１の制御シーケンスは、目標波長のレーザ発振を得るための初期設定が完了した後に行われる。
【００７０】
図８に示すように、ステップＳ１０１では、第１の屈折率変化器１０４を用いて第１の波長選択部１０７の屈折率が変更される。これにより、第１の波長選択部１０７における第１の櫛状反射スペクトルがシフトされる。そして、ステップＳ１０２では、当該屈折率における光出力パワーが第１の光検出器１０２を用いて取得され、その結果は一時記憶装置に記憶される。
【００７１】
次に、ステップＳ１０３では、第１の屈折率変化器１０４の調整量が所定範囲Ｒａ以内であるかが判定され、所定範囲以内であるならば、ステップＳ１０１およびステップＳ１０２が繰り返される。一方、調整量が所定範囲を超えた場合、第１の波長選択部１０７の屈折率が所定の範囲で変更されたことになり、次の処理へ進む。
【００７２】
ステップＳ１０４では、第２の屈折率変化器１０６を用いて第２の波長選択部１１０の屈折率が変更される。これにより、第２の波長選択部１１０における第２の櫛状反射スペクトルがシフトされる。
【００７３】
その後、ステップＳ１０５では、第２の屈折率変化器１０６の調整量が所定範囲Ｒｂ以内であるかが判定され、所定範囲以内であるならば、ステップＳ１０８にて、第１の波長選択部１０７の屈折率を初期値に戻し、ステップＳ１０２へ進む。つまり、当該屈折率における光出力パワーが第１の光検出器１０２を用いて取得され、その結果は一時記憶装置に記憶される。なお、ステップＳ１０２の次には、またステップＳ１０３の判定が行われるので、第２の屈折率変化器１０６の調整量を１段階変化させた状態で、第１の屈折率変化器１０４の調整量を所定範囲で変化させることになる。
【００７４】
ステップＳ１０５で調整量が所定範囲を超えた場合、第１の屈折率変化器１０４と第２の屈折率変化器１０６との調整量が所定範囲で網羅されたことになるので、次の処理へ進む。
【００７５】
ステップＳ１０６では、最大値条件が算出される。つまり、図７で例示されたＺ１に対応する第１の屈折率変化器１０４と第２の屈折率変化器１０６との調整量を特定する。その後、ステップＳ１０７では、ステップＳ１０６で特定された第１の屈折率変化器１０４と第２の屈折率変化器１０６との調整量に基いて、第１の波長選択部１０７と第２の波長選択部１１０との屈折率が変更される。
【００７６】
以上で、第１実施形態に係る第１の制御シーケンスを終了し、第２の制御シーケンスへ進む。第２の制御シーケンスについては具体的フローを図示することはしないが、上述したように、第１の屈折率変化器１０４と第２の屈折率変化器１０６との調整量の一方が決まると、もう一方の調整量も決まることになる。この原理に従い、第１の光検出器１０２で得られる光出力パワーと第２の光検出器１０３で得られる光出力パワーの比から測定されるレーザ光の波長と目標波長との差分から、第１の波長選択部１０７の屈折率と第２の波長選択部１１０の屈折率のいずれか一方をフィードバック制御し、フィードバック制御で変化した屈折率の変化量に基づいて他方の屈折率を変更する第２の制御シーケンスを行う。
【００７７】
上記第２の制御シーケンスを行うことによって、第１の櫛状反射スペクトルと第２の櫛状反射スペクトルとの反射ピークが一致した状態で目標波長に近づくこととなる。さらに、この後に、位相調整部１０８の屈折率を変化させて、第１の光検出器１０２で検出された光出力パワーがその変化の範囲内で極大となるように位相調整部１０８の屈折率を変更する第３の制御シーケンスを行うと、第１の櫛状反射スペクトルと第２の櫛状反射スペクトルと共振器モードのピークが一致した状態となる。さらに、第１の制御シーケンスと第２の制御シーケンスと第３の制御シーケンスとを繰り返し行うことによって、第１の櫛状反射スペクトルと第２の櫛状反射スペクトルと共振器モードのピークが目標波長に一致した状態となる。
【００７８】
図９は、第１実施形態に係る集積型レーザ素子の制御方法を実施するための制御部の制御ブロックの例を示す図である。従って、図９に示される制御部１０１の構成例は、機能に基いたブロックであり、実際の部品構成を表すものではない。例えば、図９に示される構成を汎用マイクロチップ上で実行されるプログラムとして実施することも可能である。
【００７９】
図９に示すように、制御部１０１は、パワーモニタ算出部２０１と波長モニタ算出部２０２と電流制御部２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄとデータ記憶部２０４と最大パワー算出部２０５と帰還制御部２０６とデータ記憶部２０７と制御比率算出部２０８と最大値算出部２０９と初期設定データ記憶部２１０とを備えている。
【００８０】
パワーモニタ算出部２０１は、第１の光検出器１０２の出力から集積型レーザ素子１１が出力するレーザ光の光出力パワーを算出するためのものである。一方、波長モニタ算出部２０２は、第１の光検出器１０２と第２の光検出器１０３との出力から集積型レーザ素子１１が出力するレーザ光の波長を算出するためのものである。波長算出方法の具体例は、上記説明した第１の光検出器１０２で得られる光出力パワーと第２の光検出器１０３で得られる光出力パワーの比から算出する方法を用いる。
【００８１】
電流制御部２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄは、それぞれ、第１の屈折率変化器１０４、第３の屈折率変化器１０５、第２の屈折率変化器１０６、利得部１０９に供給する電流量を制御するためのものである。電流制御部２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃは、初期設定データ記憶部２１０に記憶されている初期値を用いて制御を始めるように構成されている。
【００８２】
データ記憶部２０４は、電流制御部２０３ａ，２０３ｃが第１の屈折率変化器１０４および第２の屈折率変化器１０６を制御した際の調整量を記憶すると共に、その際の第１の光検出器１０２で測定されたレーザ光の光出力パワーを記憶する。なお、上記図８にて説明したように、第１の屈折率変化器１０４と第２の屈折率変化器１０６との調整量が所定範囲で網羅されるまで、当該記憶は行われる。
【００８３】
最大パワー算出部２０５は、データ記憶部２０４に記憶された情報を分析し、第１の光検出器１０２で測定されたレーザ光の光出力パワーが最大となる第１の屈折率変化器１０４および第２の屈折率変化器１０６の調整量を算出する。そして、当該算出された調整量を用いて、電流制御部２０３ａ，２０３ｃが第１の屈折率変化器１０４および第２の屈折率変化器１０６を制御する。
【００８４】
帰還制御部２０６は、第２の制御シーケンスを行うためのものであり、第１の光検出器１０２で得られる光出力パワーと第２の光検出器１０３で得られる光出力パワーの比から測定されるレーザ光の波長と目標波長との差分から、第１の波長選択部１０７の屈折率と第２の波長選択部１１０の屈折率のいずれか一方（本例では第１の屈折率変化器１０４の調整量）をフィードバック制御する。また、制御比率算出部２０８は、既述したように、第１の屈折率変化器１０４と第２の屈折率変化器１０６との調整量の一方が決まると、もう一方の調整量も決まることになる。この原理に従い、フィードバック制御で変化した屈折率の変化量に基づいて他方の屈折率（本例では第２の屈折率変化器１０６の調整量）を変更する。
【００８５】
データ記憶部２０７は、電流制御部２０３ｂが第３の屈折率変化器１０５を制御した際の調整量を記憶すると共に、その際の第１の光検出器１０２で測定されたレーザ光の光出力パワーを記憶する。この記憶は、第３の屈折率変化器１０５の調整量の所定の範囲内で行われる。最大値算出部２０９は、データ記憶部２０７に記憶された情報を分析し、第１の光検出器１０２で測定されたレーザ光の光出力パワーが最大となる第３の屈折率変化器１０５の調整量を算出する。そして、当該算出された調整量を用いて、電流制御部２０３ｂが第３の屈折率変化器１０５を制御する。この制御は、第１の櫛状反射スペクトル（ＳＣ１）と第２の櫛状反射スペクトル（ＳＣ２）とが目標波長に一致した状態で、さらに共振器モード（Ｍｏｄｅ）のピークを目標波長に一致させるため第３の制御シーケンスである。
【００８６】
図１０は、第１実施形態に係る制御方法を実施するための制御部の制御ブロックの変形例を示す図である。図１０と図９とを比較すると解るように、変形例の制御部１０１は、最大パワー算出部２０５の代わりにパワー比較部２１１を有している点で異なる。そこで、以下では共通部分の構成については説明を省略する。
【００８７】
パワー比較部２１１は、データ記憶部２０４に記憶されている電流制御部２０３ａ，２０３ｃが第１の屈折率変化器１０４および第２の屈折率変化器１０６を制御する前における第１の光検出器１０２で測定されたレーザ光の光出力パワーと、制御後におけるレーザ光の光出力パワーとを比較し、制御後におけるレーザ光の光出力パワーの方が大きい場合、データ記憶部２０４に記憶されている電流制御部２０３ａ，２０３ｃが第１の屈折率変化器１０４および第２の屈折率変化器１０６を制御した際の調整量を更新するためのものである。つまり、図１０に示される制御ブロックの変形例では、全ての調整量に関して記憶するのではなく、逐次レーザ光の光出力パワーの大きさを比較し、データ記憶部２０４に記憶されている情報を更新するものである。これにより、データ記憶部２０４に必要とする記憶容量が少なくて済むというメリットがある。
【００８８】
（制御方法の第２実施形態）
以下に説明する集積型レーザ素子の制御方法は、第１の波長選択部１０７と第２の波長選択部１１０と位相調整部１０８のうち１つを最初に選択して実施すればよいが、ここでは説明を容易にするため、位相調整部１０８を最初に選択した例を用いて説明する。
【００８９】
図１１は、位相調整部の屈折率を変化させた場合の光出力パワーの変化の様子を示す図である。図１１（ａ）および（ｂ）の何れも、第１の波長選択部１０７と第２の波長選択部１１０の屈折率を固定したまま、位相調整部１０８における第３の屈折率変化器１０５のみを変化させている。一方、図１１（ａ）は、第１の波長選択部１０７における第１の櫛状反射スペクトルと第２の波長選択部１１０における第２の櫛状反射スペクトルとのピークが一致している状態であり、図１１（ｂ）は、第１の波長選択部１０７における第１の櫛状反射スペクトルと第２の波長選択部１１０における第２の櫛状反射スペクトルとのピークが一致していない状態である。
【００９０】
図１１（ａ）と図１１（ｂ）を比較すると解るように、第１の櫛状反射スペクトルと第２の櫛状反射スペクトルとのピークが一致している状態の極大値Ｐａの方が、第１の櫛状反射スペクトルと第２の櫛状反射スペクトルとのピークが一致していない状態の極大値Ｐｂよりも大きな値となる。
【００９１】
そこで、第２実施形態に係る集積型レーザ素子の制御方法では、上記作用原理を用いて、第１の波長選択部１０７と第２の波長選択部１１０と位相調整部１０８のうち１つを選択し、選択したものの屈折率を変化させた際の、第１の光検出器１０２で検出された光出力パワーの極大を取得し、当該極大が最大となるように、第１の波長選択部１０７と第２の波長選択部１１０と位相調整部１０８のうち他の１つの屈折率を制御する第１の制御シーケンスを行う。その後に、第１の光検出器１０２で得られる光出力パワーと第２の光検出器１０３で得られる光出力パワーの比から測定されるレーザ光の波長と目標波長との差分から、第１の波長選択部１０７の屈折率と第２の波長選択部１１０の屈折率のいずれか一方をフィードバック制御し、フィードバック制御で変化した屈折率の変化量に基づいて他方の屈折率を変更する第２の制御シーケンスを行う。その後に、位相調整部１０８の屈折率を変化させて、第１の光検出器１０２で検出された光出力パワーがその変化の範囲内で極大となるように位相調整部１０８の屈折率を変更する第３の制御シーケンスを行う。
【００９２】
図１２は、上記作用原理を用いた、第２実施形態に係る第１の制御シーケンスの例を示す図である。なお、図１２に示される第１の制御シーケンスは、目標波長のレーザ発振を得るための初期設定が完了した後に行われる。
【００９３】
図１２に示すように、ステップＳ２０１では、第３の屈折率変化器１０５を用いて位相調整部１０８の屈折率が一定範囲内で変更される。これにより、共振器モードがシフトされ、これにより、第１の光検出器１０２が検出する光出力パワーを図１１のように変化させる。
【００９４】
そして、ステップＳ２０２では、第１の光検出器１０２が検出する光出力パワーの変化から極大値Ｐｘが算出され、その結果は一時記憶装置に記憶される。
【００９５】
次に、ステップＳ２０３では、前回ループにおける光出力パワーの極大値Ｐｘ−１と上記極大値Ｐｘとを比較する。なお、初回ループにおける比較では極大値を０であるとすればよい。
【００９６】
そして、ステップＳ２０４では、上記の比較結果に基いて、極大値Ｐｘが最大であるか否かを判定する。極大値Ｐｘが最大でない場合、ステップＳ２０５にて、第１の波長選択部１０７または第２の波長選択部１１０の屈折率を変更し、ステップＳ２０１へ戻る。一方、極大値Ｐｘが最大である場合、第１の櫛状反射スペクトルと第２の櫛状反射スペクトルの反射ピークとが一致していることを意味するので、第１の制御シーケンスを終了する。
【００９７】
また、ステップＳ２０５における屈折率の変更方法は以下のように行えばよい。光出力パワーの極大値Ｐｘが極大値Ｐｘ−１よりも大きい場合、第１の櫛状反射スペクトルと第２の櫛状反射スペクトルの反射ピークの重なりがより大きくなったのであるから、屈折率を増加させている場合はさらに増加させ、減少させている場合はさらに減少させる。これを繰り返し、増減が反転する状態が最大を与える。
【００９８】
Ｐｘが最大を与えるか否かは以下のように判断してもよい。即ち、Ｐｘ−ｋ・・・＜Ｐｘ−１＜Ｐｘ＞Ｐｘ＋１＞・・・＞Ｐｘ＋ｋ（ｋ＝１，２・・・）を満たすときにＰｘが最大を与えると判断する。この場合、ｋ＝１（即ち、Ｐｘ−１＜ＰｘおよびＰｘ＞Ｐｘ＋１が得られた場合）とすることで最大か否かをすばやく判断できるため好ましく、ｋ≧３とすることで誤判定を防ぐ事ができるため好ましい。特にｋ＝２とすることで極大の信頼性およびすばやい判断を担保できるため好ましい。
【００９９】
なお、ステップＳ２０３をはじめて行なう際にＰ１＞Ｐ２となった場合には、このときの第１の波長選択部１０７または第２の波長選択部１１０の屈折率の変更の方向（増加方向又は減少方向）を反転させたうえでＰ３以降の極大値を算出するようにしてもよい。この様にすれば、ＰｘおよびＰｘ−１を比較した際に再度減少することになるため、極大値Ｐｘの最大をより確実に算出することができる。
【０１００】
以上で、第２実施形態に係る第１の制御シーケンスを終了し、第２の制御シーケンスへ進む。第２の制御シーケンスについては具体的フローを図示することはしないが、第１実施形態と同様に、第１の光検出器１０２で得られる光出力パワーと第２の光検出器１０３で得られる光出力パワーの比から測定されるレーザ光の波長と目標波長との差分から、第１の波長選択部１０７の屈折率と第２の波長選択部１１０の屈折率のいずれか一方をフィードバック制御し、フィードバック制御で変化した屈折率の変化量に基づいて他方の屈折率を変更する第２の制御シーケンスを行う。
【０１０１】
上記第２の制御シーケンスを行うことによって、第１の櫛状反射スペクトルと第２の櫛状反射スペクトルとの反射ピークが一致した状態で目標波長に近づくこととなる。したがって、この後に、位相調整部１０８の屈折率を変化させて、第１の光検出器１０２で検出された光出力パワーがその変化の範囲内で極大となるように位相調整部１０８の屈折率を変更する第３の制御シーケンスを行うと、第１の櫛状反射スペクトルと第２の櫛状反射スペクトルと共振器モードのピークが一致した状態となる。さらに、第１の制御シーケンスと第２の制御シーケンスと第３の制御シーケンスとを繰り返し行うことによって、第１の櫛状反射スペクトルと第２の櫛状反射スペクトルと共振器モードのピークが目標波長に一致した状態となる。
【０１０２】
図１３は、第２実施形態に係る制御方法を実施するための制御部の制御ブロックの例を示す図である。図１３と図９とを比較すると解るように、本例の制御部１０１は、データ記憶部２０４の代わりにデータ記憶部２１３を有し、最大パワー算出部２０５の代わりに極大値比較部２１２を有している点で異なる。そこで、以下では共通部分の構成については説明を省略する。
【０１０３】
データ記憶部２１３は、第３の屈折率変化器１０５を用いて位相調整部１０８の屈折率が一定範囲内で変更した際の、第１の光検出器１０２が検出する光出力パワーの極大値Ｐｘを記憶するためのものである。
【０１０４】
一方、極大値比較部２１２は、光出力パワーの前回の極大値Ｐｘ−１と今回の極大値Ｐｘとを比較し、極大値Ｐｘが最大となるように第１の波長選択部１０７または第２の波長選択部１１０の屈折率を変更するためのものである。
【０１０５】
以上の構成により、制御部１０１は、第２実施形態に係る第１の制御シーケンスを実行することが可能である。
【０１０６】
（制御方法の発展例）
以下、上記説明した実施形態に係る集積型レーザ素子の制御方法の発展例を説明する。すなわち、実施形態の集積型レーザ素子の制御方法は第１の制御シーケンスと第２の制御シーケンスを実施するのであるがその組み合わせ方にはいくつかの発展が考えられる。
【０１０７】
図１４は、集積型レーザ素子の制御方法の第１発展例を示す図である。図１４に示すように、本発展例では、第１の制御シーケンスＳ３０２と第２の制御シーケンスＳ３０３を実施する前に、ステップＳ３０１にて第１の波長選択部１０７と第２の波長選択部１１０と位相調整部１０８の屈折率を初期値に設定することが好ましい。上記説明したように、第１の制御シーケンスＳ３０２では、最大ないし極大を算出する。最大ないし極大を素早く正確に探索するには、最大ないし極大に近い位置から探索を開始することが有効である。
【０１０８】
図１５は、集積型レーザ素子の制御方法の第２発展例を示す図である。図１５に示すように、本発展例では、第１の制御シーケンスＳ３０２の後に、ステップＳ３０４にて終了判定を行うことが好ましい。つまり、第１の制御シーケンスＳ３０２の終了時点で、第１の櫛状反射スペクトルと第２の櫛状反射スペクトルとの反射ピークが目標波長λｔに略一致していることもあり、このような場合、第２の制御シーケンスＳ３０３を実施する必要はない。そこで、ステップＳ３０４にて、例えば許容される波長のずれ量をαとした場合、第１の制御シーケンスＳ３０２の終了時点の波長λｎがλｔ±αの範囲内であるかを判定し、この範囲であれば第２の制御シーケンスＳ３０３を実施せずに終了する。
【０１０９】
図１６は、集積型レーザ素子の制御方法の第３発展例を示す図である。図１６に示すように、本発展例では、第１の制御シーケンスＳ３０２と第２の制御シーケンスＳ３０３の後に、図１２におけるステップＳ２０１とステップＳ２０２とを行い、ステップＳ３０５にて、位相調整部１０８の屈折率をＰｘとなる条件に設定し、その後に終了判定のステップＳ３０４を行うことが好ましい。なお当該終了判定は上記終了判定と同じ判定を行う。そして、当該終了判定の条件を満たさなければ、第２の制御シーケンスＳ３０３へ戻り、同じ処理を行う。このように、一連の処理の後に、目標波長から許容範囲であるか否かを判定すれば、より高精度に目標波長への制御を行うことができる。
【０１１０】
その他の発展例として、第１実施形態に係る第１の制御シーケンスを行った後に、第２実施形態に係る第１の制御シーケンスを行い、この一連の制御をまとめて第１の制御シーケンスとすることも可能である。このように、第１実施形態に係る第１の制御シーケンスを先に行えば、粗い精度で第１の櫛状反射スペクトルと第２の櫛状反射スペクトルの反射ピークを一致させた後に、第２実施形態に係る第１の制御シーケンスにて、より高精度で反射ピークを一致させるという実施を行うことができる。
【０１１１】
以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、上記説明した実施形態により本発明が限定されるものではない。上記各実施形態の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、上記実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明に含まれる。
【０１１２】
例えば、上記説明した集積型レーザ素子は、利得部を同一の素子上に集積しているが、これを集積型レーザ素子に空間結合する構成とすることも可能である。また、上記説明では、マイクロヒータによる熱光学効果を利用した屈折率変化器を用いているが、電流注入によるキャリアプラズマ効果を利用した屈折率変化器を用いることも可能である。
【符号の説明】
【０１１３】
１０，２０  レーザモジュール
１１  集積型レーザ素子
１０１  制御部
１０２  第１の光検出器
１０３  第２の光検出器
１０４  第１の屈折率変化器
１０５  第３の屈折率変化器
１０６  第２の屈折率変化器
１０７  第１の波長選択部
１０８  位相調整部
１０９  利得部
１１０  第２の波長選択部
１１１  光フィルタ
２０１  パワーモニタ算出部
２０２  波長モニタ算出部
２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄ  電流制御部
２０４  データ記憶部
２０５  最大パワー算出部
２０６  帰還制御部
２０７  データ記憶部
２０８  制御比率算出部
２０９  最大値算出部
２１０  初期設定データ記憶部
２１１  パワー比較部
２１２  極大値比較部
２１３  データ記憶部
【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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