(57)【要約】【課題】光モジュールを小型化し、安価に実現し得る半導体レーザ装置、半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化方法を提供する。【解決手段】半導体レーザ１０１　と、半導体レーザの出力光が入射され、入力光の波長に対して光透過率が周期的なピークを有し、フリースペクトラムレンジが波長分割多重方式の光通信におけるチャンネルの波長間隔に相当するように設定されたファブリペローフィルタ１０２　と、このフィルタから出力された光を検出するフォトダイオード１０３　と、フォトダイオードの検出出力に基づいて半導体レーザの出力光の波長および強度を所望値に制御する制御用マイクロプロセッサユニット１０５　とを具備する。【選択図】　　図１
2004146523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザと、
前記半導体レーザの素子温度を調節する温度調節部と、
前記半導体レーザの出力光が入射され、入力光の波長に対して光透過率が周期的なピークを有し、フリースペクトラムレンジが波長分割多重方式の光通信におけるチャンネルの波長間隔あるいはその２倍に相当するように設定された周期的フィルタと、
前記周期的フィルタから出力された光を検出して電気信号に変換する光検出器と、
前記光検出器の検出出力に基づいて前記温度調節部および前記半導体レーザの電流を制御することにより、前記半導体レーザの出力光の波長および強度を所望値に制御する制御手段
とを具備することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
制御開始時または前記半導体レーザの出力光が前記周期的フィルタを通過した後の光強度が変化したことを検出した際に、
前記半導体レーザの駆動電流および素子温度に微少変化を与え、この微少変化の前後の前記光検出器による検出値に基づいて前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記温度調節部に供給するための波長制御信号を生成した後、前記半導体レーザの電流閾値および電流光変換効率を検出し、前記出力光の光強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御するための強度制御信号を生成する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
半導体レーザと、
前記半導体レーザの素子温度を調節する温度調節部と、
前記半導体レーザの出力光が入射され、入力光の波長に対して光透過率が周期的なピークを有し、フリースペクトラムレンジが波長分割多重方式の光通信におけるチャンネルの波長間隔に相当するように設定された周期的フィルタと、
前記周期的フィルタから出力された光を検出して電気信号に変換する光検出器と、
前記光検出器の検出出力に基づいて前記温度調節部および前記半導体レーザの電流を制御することにより、前記半導体レーザの出力光の波長および強度を所望値に制御する制御手段
とを具備し、前記制御手段は、
前記半導体レーザの素子温度に微少変化を与え、この微少変化の前後の前記光検出器による検出値に基づいて前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記温度調節部に供給するための波長制御信号を生成した後、前記出力光の光強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御するための強度制御信号を生成する
ことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項４】
半導体レーザと、
前記半導体レーザの素子温度を調節する温度調節部と、
前記半導体レーザの出力光に微少な周波数変調をかけるように前記半導体レーザの注入電流に対してそれよりも充分に小さい交流信号を加算する加算器と、
前記交流信号を発生する発振器と、
前記半導体レーザの出力光が入射され、入力光の波長に対して光透過率が周期的なピークを有し、フリースペクトラムレンジが波長分割多重方式の光通信におけるチャンネルの波長間隔に相当するように設定された周期的フィルタと、
前記周期的フィルタを通過した透過光を検出して電気信号に変換する光検出器と、
前記半導体レーザの注入電流に加算される交流信号と前記光検出器で検出した信号との間で同期検波する同期検波部と、
前記同期検波部より得られる信号を誤差信号として当該誤差信号が小さくなるように前記温度調節部に供給するための波長制御信号を生成する波長制御手段と、
前記光検出器で検出した信号の平均値に基づいて強度制御信号を生成し、前記加算器を介して前記半導体レーザに供給する強度制御手段
とを具備することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記強度制御手段の動作開始を制御するスイッチ素子をさらに具備することを特徴とする請求項４記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記スイッチ素子は、前記半導体レーザの立ち上げ時から前記同期検波部より得られる波長誤差信号が初めて零になった時点で、初期状態のオープンからクローズに切り換わることを特徴とする請求項５記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記波長制御手段あるいは前記強度制御手段により前記発振器の発振／停止の切り換えを行うことを特徴とする請求項４記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記発振器は、前記半導体レーザの出力光の波長または強度がずれた時だけ発振することを特徴とする請求項７記載の半導体レーザ装置。
【請求項９】
前記半導体レーザ、周期的フィルタ、光検出器および温度調節部は、モジュール化されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１０】
半導体レーザの出力光が周期的フィルタを通過した後の光強度が変化したことを検出するステップと、
前記半導体レーザの駆動電流および素子温度に微少変化を与えるように制御するステップと、
前記素子温度に微少変化を与えた前後の前記周期的フィルタから出力された光の強度が検出された結果に基づいて前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記半導体レーザの温度調節部を制御するステップと、
この後、前記半導体レーザの電流閾値および電流光変換効率を検出するステップと、
前記電流閾値および電流光変換効率を検出した結果に基づいて前記半導体レーザの出力光の強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御するステップ
とを具備することを特徴とする半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化方法。
【請求項１１】
半導体レーザの出力光が周期的フィルタを通過した後の光強度が変化したことを検出する機能と、
前記半導体レーザの駆動電流および素子温度に微少変化を与えるように制御する機能と、
前記素子温度に微少変化を与えた前後の前記周期的フィルタから出力された光の強度が検出された結果に基づいて前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記半導体レーザの温度調節部を制御する機能と、
この後、前記半導体レーザの電流閾値および電流光変換効率を検出する機能と、
前記電流閾値および電流光変換効率を検出した結果に基づいて前記半導体レーザの出力光の強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御する機能
を実現させることを特徴とする半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化制御プログラム。
【請求項１２】
半導体レーザの駆動電流および素子温度に微少変化を与えるように制御するステップと、
前記素子温度に微少変化を与えた前後における前記半導体レーザの出力光が周期的フィルタを通過した後の光強度が検出された結果に基づいて前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記半導体レーザの温度調節部を制御するステップと、
この後、前記半導体レーザの電流閾値および電流光変換効率を検出するステップと、
前記電流閾値および電流光変換効率を検出した結果に基づいて前記半導体レーザの出力光の強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御するステップ
とを具備することを特徴とする半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化方法。
【請求項１３】
半導体レーザの駆動電流および素子温度に微少変化を与えるように制御する機能と、
前記素子温度に微少変化を与えた前後における前記半導体レーザの出力光が周期的フィルタを通過した後の光強度が検出された結果に基づいて前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記半導体レーザの温度調節部を制御する機能と、
この後、前記半導体レーザの電流閾値および電流光変換効率を検出する機能と、
前記電流閾値および電流光変換効率を検出した結果に基づいて前記半導体レーザの出力光の強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御する機能
を実現させることを特徴とする半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化制御プログラム。
【請求項１４】
半導体レーザに発振器の出力で周波数変調をかけるステップと、
前記半導体レーザの出力光が周期的フィルタを通過した後の光強度を光検出器で検出して電気信号に変換するステップと、
前記光検出器の出力信号の交流成分を前記発振器の出力との間で同期検波して波長誤差信号を生成するステップと、
前記波長誤差信号に基づいて前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記半導体レーザの温度調節部を制御すると同時に、前記光検出器の出力の平均値に基づいて前記半導体レーザの出力光の強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御するステップ
とを具備することを特徴とする半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化方法。
【請求項１５】
発振器の出力で周波数変調をかけられた半導体レーザの出力光が周期的フィルタを通過した後の光強度を検出した出力信号の交流成分を前記発振器の出力との間で同期検波して生成された波長誤差信号に基づいて、前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記半導体レーザの温度調節部を制御すると同時に、前記光強度を検出した出力信号の平均値に基づいて前記半導体レーザの出力光の強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御する機能
を実現させることを特徴とする半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ装置、半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化方法およびおよびその制御プログラムに係り、特に入力レーザ光の波長に対して光透過率が周期的なピークを有する周期的フィルタを用いた半導体レーザ装置、半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化方法に関するもので、例えば波長分割多重方式の光通信に使用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
インターネットの普及によりネットワークの大容量化が急務となっている。この解決手段として、波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ；　ＷＤＭ）を用いた光波ネットワークは、伝送容量を飛躍的に向上させ、しかも、柔軟性の高いネットワーク構築が可能であり、大いに注目されている。
【０００３】
このようなネットワークでは、周波数の有効利用の観点から光信号を波長（もしくは光周波数）軸上で高密度に多重を行うため、レーザ光源の波長制御もしくは監視は必須の技術である。また、レーザ光源の光出力も予め設定された値で安定していることも要求されるため、出力光の波長および強度の安定化が図られている。
【０００４】
図１２は、従来の半導体レーザ装置の一例を示すブロック図である。
【０００５】
図１２において、３０１　は電流もしくは温度で発振周波数が可変できる半導体レーザである。この半導体レーザの両端面の出力光のうち、一方の端面から図中左方に進行する光は、信号伝送用の光ファイバ（図示せず）に入力されて光信号の伝送に供され、他方の端面から図中右方に進行する光は、ビームスプリッタ（Ｂｅａｍ　Ｓｐｌｉｔｔｅｒ　、以下、ＢＳと呼ぶ。）３０２　に入射されて２分岐される。
【０００６】
このように２分岐された一方の光は、第１光検出器（ＰＤ１）３０３に入射されて光電変換により検出され、他方の光は、ファブリペロー（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ；　ＦＰ）フィルタ３０４　を介して第２光検出器（ＰＤ２）３０５に入射されて光電変換により検出される。
【０００７】
上記第１光検出器（ＰＤ１）３０３の検出出力（半導体レーザ３０１　の出力光強度のモニタ出力）は制御手段３０６　の強度制御部３０６−１　に入力し、この強度制御部３０６−１　によって半導体レーザ３０１　へ電流制御を行うことにより、上記モニタ出力（電流）が一定値になるように、つまり、半導体レーザ３０１　の出力光が設定された光強度となるように制御する。
【０００８】
図１３は、図１２中のＦＰフィルタ３０４　の特性の一例を示す。
【０００９】
このＦＰフィルタの特性は、入力光の波長に対して周期的なピークを有するので、第２光検出器３０５　の検出出力も入力光の波長に対して周期的なピークを有する。そこで、第２光検出器３０５　の検出出力は制御手段３０６　の波長制御部３０６−２　に入力し、この波長制御部３０６−２　によって半導体レーザ３０１　への温度制御を行うことにより、第２光検出器３０５　の出力電流が一定値になるように、つまり、半導体レーザ３０１　の発振波長が設定波長に固定されるように制御する。
【００１０】
このような波長制御系において、半導体レーザの立ち上げ時の発振波長に対して波長制御部３０６−２　が所望の波長に安定化することができる波長範囲を引込範囲と称する。この引込範囲は、図１３に示すように、ＦＰフィルタ３０２　のフリースペクトラムレンジ（Ｆｒｅｅ　Ｓｐｅｃｔｒａｌ　Ｒａｎｇｅ；　ＦＳＲ）毎に透過率が同一の値となるので、ＦＳＲ　によって決定される。なお、図１３に示すように、ＦＰフィルタ３０２　のＦＳＲ　は、ＷＤＭ　方式におけるチャンネル（ｃｈ）の波長間隔に設定されているものとする。
【００１１】
また、図１４に示すように、ＦＰフィルタ３０２　のＦＳＲ　をＤＷＤＭ方式におけるｃｈの波長間隔の２倍に相当するように設定し、ｃｈの奇遇によって制御方向を逆に設定しても良い。この場合、各ｃｈの引込範囲は、図示するように各ｃｈの波長間隔の２倍となり、より高い安定性が得られる。
【００１２】
ところで、従来例においては、レーザ出力光の波長および強度をモニタするために、２つの光検出器としてそれぞれフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ、以下、ＰＤと呼ぶ。）を必要としている。そのため、図１２中に示す破線で囲まれた部品および温度検出器、レンズ系（図示せず）で構成される光モジュールが大型化し、高価になる。
【００１３】
なお、特許文献１には、レーザの出力光を光学共振器に入射し、光学共振器の透過ピーク波長にレーザの波長を制御するレーザの波長安定化方法において、光学共振器の温度を変調する点、半導体レーザチップマウント用の第１のヒートシンクとは別の第２のヒートシンクに光学共振器をマウントする点、光学共振器の透過光強度が一定となるようにレーザを制御することにより、レーザの波長安定化と同時に光出力強度安定化を行う点が開示されている。
【００１４】
【特許文献１】
特開平６−３３８６５２号公報（第２−４頁、図１）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように従来の半導体レーザ装置は、光モジュールが大型化し、高価になるという問題があった。
【００１６】
本発明は上記の問題点を解決すべくなされたもので、光モジュールを小型化し、安価に実現し得る半導体レーザ装置、半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化方法を提供することを目的とする。
【００１７】
また、本発明の他の目的は、半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化制御を行う際、電子回路の直流ドリフト等のドリフトに強く、長期的に波長を安定化させることが可能になる半導体レーザ装置、半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の半導体レーザ装置は、半導体レーザと、前記半導体レーザの素子温度を調節する温度調節部と、前記半導体レーザの出力光が入射され、入力光の波長に対して光透過率が周期的なピークを有し、フリースペクトラムレンジが波長分割多重方式の光通信におけるチャンネルの波長間隔あるいはその２倍に相当するように設定された周期的フィルタと、前記周期的フィルタから出力された光を検出して電気信号に変換する光検出器と、前記光検出器の検出出力に基づいて前記温度調節部および前記半導体レーザの電流を制御することにより、前記半導体レーザの出力光の波長および強度を所望値に制御する制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１９】
前記制御手段は、制御開始時または前記半導体レーザの出力光が前記周期的フィルタを通過した後の光強度が変化したことを検出した際に、前記半導体レーザの駆動電流および素子温度に微少変化を与え、この微少変化の前後の前記光検出器による検出値に基づいて前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記温度調節部に供給するための波長制御信号を生成した後、前記半導体レーザの電流閾値および電流光変換効率を検出し、前記出力光の光強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御するための強度制御信号を生成することを特徴とする。
【００２０】
本発明の第２の半導体レーザ装置は、半導体レーザと、前記半導体レーザの素子温度を調節する温度調節部と、前記半導体レーザの出力光が入射され、入力光の波長に対して光透過率が周期的なピークを有し、フリースペクトラムレンジが波長分割多重方式の光通信におけるチャンネルの波長間隔に相当するように設定された周期的フィルタと、前記周期的フィルタから出力された光を検出して電気信号に変換する光検出器と、前記光検出器の検出出力に基づいて前記温度調節部および前記半導体レーザの電流を制御することにより、前記半導体レーザの出力光の波長および強度を所望値に制御する制御手段とを具備し、前記制御手段は、前記半導体レーザの素子温度に微少変化を与え、この微少変化の前後の前記光検出器による検出値に基づいて前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記温度調節部に供給するための波長制御信号を生成した後、前記出力光の光強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御するための強度制御信号を生成することを特徴とする。
【００２１】
本発明の第３の半導体レーザ装置は、半導体レーザと、前記半導体レーザの素子温度を調節する温度調節部と、前記半導体レーザの出力光に微少な周波数変調をかけるように前記半導体レーザの注入電流に対してそれよりも充分に小さい交流信号を加算する加算器と、前記交流信号を発生する発振器と、前記半導体レーザの出力光が入射され、入力光の波長に対して光透過率が周期的なピークを有し、フリースペクトラムレンジが波長分割多重方式の光通信におけるチャンネルの波長間隔に相当するように設定された周期的フィルタと、前記周期的フィルタを通過した透過光を検出して電気信号に変換する光検出器と、前記半導体レーザの注入電流に加算される交流信号と前記光検出器で検出した信号との間で同期検波する同期検波部と、前記同期検波部より得られる信号を誤差信号として当該誤差信号が小さくなるように前記温度調節部に供給するための波長制御信号を生成する波長制御手段と、前記光検出器で検出した信号の平均値に基づいて強度制御信号を生成し、前記加算器を介して前記半導体レーザに供給する強度制御手段とを具備することを特徴とする。
【００２２】
本発明の第１の半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化方法は、半導体レーザの出力光が周期的フィルタを通過した後の光強度が変化したことを検出するステップと、前記半導体レーザの駆動電流および素子温度に微少変化を与えるように制御するステップと、前記素子温度に微少変化を与えた前後の前記周期的フィルタから出力された光の強度が検出された結果に基づいて前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記半導体レーザの温度調節部を制御するステップと、この後、前記半導体レーザの電流閾値および電流光変換効率を検出するステップと、前記電流閾値および電流光変換効率を検出した結果に基づいて前記半導体レーザの出力光の強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御するステップとを具備することを特徴とする。
【００２３】
本発明の第２の半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化方法は、半導体レーザの駆動電流および素子温度に微少変化を与えるように制御するステップと、前記素子温度に微少変化を与えた前後における前記半導体レーザの出力光が周期的フィルタを通過した後の光強度が検出された結果に基づいて前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記半導体レーザの温度調節部を制御するステップと、この後、前記半導体レーザの電流閾値および電流光変換効率を検出するステップと、前記電流閾値および電流光変換効率を検出した結果に基づいて前記半導体レーザの出力光の強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御するステップとを具備することを特徴とする。
【００２４】
本発明の第３の半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化方法は、半導体レーザに発振器の出力で周波数変調をかけるステップと、前記半導体レーザの出力光が周期的フィルタを通過した後の光強度を光検出器で検出して電気信号に変換するステップと、前記光検出器の出力信号の交流成分を前記発振器の出力との間で同期検波して波長誤差信号を生成するステップと、前記波長誤差信号に基づいて前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記半導体レーザの温度調節部を制御すると同時に、前記光検出器の出力の平均値に基づいて前記半導体レーザの出力光の強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御するステップとを具備することを特徴とする。
【００２５】
本発明の第１の半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化制御プログラムは、半導体レーザの出力光が周期的フィルタを通過した後の光強度が変化したことを検出する機能と、前記半導体レーザの駆動電流および素子温度に微少変化を与えるように制御する機能と、前記素子温度に微少変化を与えた前後の前記周期的フィルタから出力された光の強度が検出された結果に基づいて前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記半導体レーザの温度調節部を制御する機能と、この後、前記半導体レーザの電流閾値および電流光変換効率を検出する機能と、前記電流閾値および電流光変換効率を検出した結果に基づいて前記半導体レーザの出力光の強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御する機能を実現させることを特徴とする。
【００２６】
本発明の第２の半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化制御プログラムは、半導体レーザの駆動電流および素子温度に微少変化を与えるように制御する機能と、前記素子温度に微少変化を与えた前後における前記半導体レーザの出力光が周期的フィルタを通過した後の光強度が検出された結果に基づいて前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記半導体レーザの温度調節部を制御する機能と、この後、前記半導体レーザの電流閾値および電流光変換効率を検出する機能と、前記電流閾値および電流光変換効率を検出した結果に基づいて前記半導体レーザの出力光の強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御する機能を実現させることを特徴とする。
【００２７】
本発明の第３の半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化制御プログラムは、発振器の出力で周波数変調をかけられた半導体レーザの出力光が周期的フィルタを通過した後の光強度を検出した出力信号の交流成分を前記発振器の出力との間で同期検波して生成された波長誤差信号に基づいて、前記半導体レーザの発振波長が所定の波長に安定化されるように前記半導体レーザの温度調節部を制御すると同時に、前記光強度を検出した出力信号の平均値に基づいて前記半導体レーザの出力光の強度が所定の値になるように前記半導体レーザの駆動電流値を制御する機能を実現させることを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２９】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置を示すブロック図である。
【００３０】
図１において、１０１　は電流もしくは温度で発振周波数が可変できる半導体レーザである。この半導体レーザの両端面の出力光のうち、一方の端面から図中左方に進行する光は、信号伝送用の光ファイバ（図示せず）に入力されて光信号の伝送に供され、他方の端面から図中右方に進行する光は、ＦＳＲ　がＷＤＭ　方式におけるｃｈの波長間隔に設定された光学共振器であるファブリペロー（ＦＰ）フィルタ１０２を透過し、光検出器（ＰＤ）１０３　に入射し、光電変換により検出される。
【００３１】
なお、前記ＦＰフィルタ１０２　は、図１３に示した特性のように入力光の波長に対して光透過率が周期的なピークを有するので、前記光検出器（ＰＤ）１０３　の出力も入力光の波長に対して周期的なピークを有する。
【００３２】
上記光検出器（ＰＤ）１０３　の出力（半導体レーザ３０１　の出力光強度のモニタ出力電流）は、電流／電圧変換器（Ｉ／Ｖ）１０４を介してマイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ）１０５　に内蔵されたＡ／Ｄ変換器（以下、Ａ／Ｄと称する）１０５−１　へ入力され、デジタル信号に変換される。
【００３３】
このＭＰＵ　１０５　は、以下に説明する半導体レーザの出力波長および光強度の安定化方法を実現するための制御プログラムに基づいて、半導体レーザの出力波長および光強度を直流的に制御する機能を有するための波長制御信号と光強度制御信号を生成する。
【００３４】
上記波長制御信号は、Ｄ／Ａ変換器（以下、Ｄ／Ａと称する）１０５−２　を介して半導体レーザ１０１　の温度調節部、例えばＴＥＣ　（Ｔｈｅｒｍｏ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｃｏｏｌｅｒ）であるペルチェ素子１０６　に入力される。このように半導体レーザ１０１　の温度制御を行うことにより、前記光検出器（ＰＤ）１０３　の出力電流が一定値になるように、つまり、半導体レーザ１０１　の発振波長が設定波長に固定されるように制御する。
【００３５】
また、前記光強度制御信号は、Ｄ／Ａ１０５−３　を介して半導体レーザ１０１　の注入電流入力端子に入力される。このように半導体レーザ１０１　へ電流制御を行うことにより、前記光検出器（ＰＤ）１０３　のモニタ出力（電流）が一定値になるように、つまり、半導体レーザ１０１　の出力光が設定された光強度となるように制御する。
【００３６】
なお、図１中、破線で囲まれた半導体レーザ１０１　、ＦＰフィルタ１０２　、ＰＤ１０３　、ペルチェ素子１０６　および温度検出器、レンズ系（図示せず）は、モジュール化されることにより、動作の安定化、小型化が図られている。
【００３７】
以下、図１の構成による半導体レーザ１０１　の出力光の波長・強度の安定化方法について説明する。
【００３８】
ＦＰフィルタ１０２　の出射光の強度Ｐｏｕｔ　は、次式によって現される。
【００３９】
Ｐｏｕｔ　＝Ｆ（λ）η（Ｉｂ　−Ｉｔｈ）　　　　　　　　　　　　　　…（１）
但し、Ｆ（λ）はＦＰフィルタ１０２　の透過率、ηは電流変換効率、Ｉｂ　は半導体レーザ１０１　の駆動電流、Ｉｔｈは半導体レーザの閾値電流である。ここで、Ｆ（λ）を固定して、Ｉｂ　にだけΔＩｂ　の変化を与えると、その時の出射光の強度変化ΔＰｏｕｔ　は次式によって表される。
【００４０】
ΔＰｏｕｔ　＝Ｆ（λ）ηΔＩｂ　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（２）
次に、Ｉｂ　を固定し、半導体レーザの素子温度を微少変化させてＦ（λ）にだけΔＦ（λ）の変化を与えると、その時の出射光の強度変化ΔＰｏｕｔ’は次式によって表される。
【００４１】
ΔＰｏｕｔ’＝ΔＦ（λ）η（Ｉｂ　−Ｉｔｈ）　　　　　　　　　　　　…（３）
上式（１）、（２）、（３）により、
Ｉｔｈ＝Ｉｂ　−（Ｐｏｕｔ　／ΔＰｏｕｔ　）ΔＩｂ　　　　　　　　　　　　…（４）
ΔＦ（λ）／Ｆ（λ）＝ΔＰｏｕｔ’・ΔＩｂ　／［（Ｉｂ　−Ｉｔｈ）・ΔＰｏｕｔ　］（５）
ΔＦ（λ）／Ｆ（λ）＝ΔＰｏｕｔ’／Ｐｏｕｔ　　　　　　　　　　　　…（６）
が得られる。
【００４２】
上式（５）、（６）にはηは存在しないので、上式（５）、（６）によって計算された値はＦＰフィルタだけの特性で決まる。
【００４３】
そこで、本発明では、図１中のＦＰフィルタの特性として、図２に示すように、Ｆ（λ）およびΔＦ（λ）／Ｆ（λ）と波長λの関係を適切にフィネスを設定しておき、半導体レーザ１０１　の出力光波長を安定化させるためにΔＦ（λ）／Ｆ（λ）のボトム値またはピーク値を目標値として制御することにより、出力光波長が所定波長λｏ　に安定化された後にηを次式によって求めることができる。
【００４４】
η＝Ｐｏｕｔ　／Ｆｏ　（Ｉｂ　−Ｉｔｈ）　　　　　　　　　　　　　　　…（７）
但し、Ｆｏ　は所定波長λｏ　に対するＦＰフィルタの透過率である。
【００４５】
したがって、半導体レーザの出力光強度を一定に制御するために適切な駆動電流Ｉｂ　は次式によって得られる。
【００４６】
Ｉｂ　＝（Ｐｏ　／Ｆｏ　・η）＋Ｉｔｈ　　　　　　　　　　　　　　　…（８）
ここで、Ｐｏ　は半導体レーザの出力光強度の目標値である。
【００４７】
しかし、前式（２）を得るために、駆動電流Ｉｂ　にΔＩｂ　の変化を与えた結果、駆動電流Ｉｂ　の変化にしたがって半導体レーザの発振波長が変化してしまい、ＦＰフィルタの透過率Ｆ（λ）も変化してしまうので、例えば以下に説明するような方法により発振波長の変化を補償する。
【００４８】
図３は、図１中の半導体レーザの発振波長の変化を補償する方法の一例を説明するために示す特性図である。
【００４９】
図３において、縦軸は半導体レーザの温度（℃）、横軸は半導体レーザの駆動電流Ｉｂ（ｍＡ）、右下がりの線は等波長線を表している。
【００５０】
今、図中のＸ点で駆動されている半導体レーザの駆動電流が−ΔＩ（ｍＡ）変化してＹ点に移行したものとする。この時、波長の電流係数をＫ（ｎｍ／ｍＡ）　とすると、波長変化は−ΔＩＫ（ｎｍ）となる。したがって、波長の温度係数をＱ（ｎｍ／℃）　とすると、半導体レーザの温度をΔＩＫ／Ｑ（℃）上昇させてＺ点に移行させることによって、Ｘ点における波長と同じ波長を得ることができ、波長変化の補償が可能になる。
【００５１】
また、半導体レーザの駆動電流がΔＩ（ｍＡ）増大してＸ点からＷ点に移行した場合には、半導体レーザの温度をΔＩＫ／Ｑ（℃）低下させてＶ点に移行させることによって、上記と同様にして波長変化を補償することができる。
【００５２】
図４は、図１中の半導体レーザの出力光の波長・強度の安定化方法を実現するために制御用ＭＰＵ　内に格納された制御プログラムに基づいて制御用ＭＰＵ　が行う制御開始時の制御手順の一例を示すフローチャートである。
【００５３】
本例の制御フローでは、まず、ΔＦ（λ）／Ｆ（λ）を計算し、目標値である−ΔＦ（λ）／Ｆｏ　と差があれば、半導体レーザの素子温度にΔＴ　だけの微少変化を与えた前後のΔＦ（λ）／Ｆ（λ）を比較した結果に応じて出力光の波長を制御する。この後、半導体レーザの駆動電流を制御し、これに伴う波長変化を補償する。
【００５４】
以下、図４を参照して第１の実施形態における半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化方法の一例について詳細に説明する。
【００５５】
ＤＷＤＭ方式光通信システムを統括するシステム制御装置（図示せず）によって制御用ＭＰＵ　の電源が投入されると、この制御用ＭＰＵ　内に格納されたプログラムがスタートし、ステップＳ１で半導体レーザの電源を投入して初期化する。
【００５６】
ステップＳ２で半導体レーザに対するｃｈの発振要求があったか否かを判断処理する。要求がない場合には、要求があるまで上記判断処理を繰り返す。要求があった場合、例えばｃｈ２　を発振する要求があった場合には、ステップＳ３で半導体レーザの温度およびｃｈ２　に対応する駆動電流を設定し、半導体レーザに制御信号を送信する。この制御信号によって、半導体レーザ（波長可変レーザ）は立ち上り波長で発振を開始する。
【００５７】
そして、ステップＳ４からＳ１０　までのサブルーチンを呼び出してΔＦ（λ）／Ｆ（λ）を計算し、この計算値と目標値である−ΔＦ（λ）／Ｆｏ　の差が許容値以内であるか否かをステップＳ１２　で判断する。
【００５８】
上記判断の結果、許容値以上である場合（ＮＯ）には、ステップＳ１３　で素子温度にΔＴ１の変化を与え、再びステップＳ４からＳ１０　までのサブルーチンを呼び出してΔＦ（λ）／Ｆ（λ）を計算し、温度変化前後のΔＦ（λ）／Ｆ（λ）を比較することにより、ステップＳ１５　で現時点の出力光波長は所定波長より長いか短いかを判断する。
【００５９】
上記ステップＳ１５　による判断の結果、現在の発振波長が所望の波長より長い場合（ＹＥＳ）　には、ステップＳ１６　で素子温度を減少させ、再びステップＳ４からＳ１０　までのサブルーチンを呼び出してΔＦ（λ）／Ｆ（λ）を計算し、この計算値と目標値である−ΔＦ（λ）／Ｆｏ　の差が許容値以内であるか否かをステップＳ１８　で判断し、許容値以下となるまでステップＳ１６　に戻り、素子温度を減少させる。
【００６０】
前記判断の結果、上記とは逆に、現在の発振波長が所望の波長より短い場合（ＮＯ）には、ステップＳ１９　で素子温度を増大させ、再びステップＳ４からＳ１０　までのサブルーチンを呼び出してΔＦ（λ）／Ｆ（λ）を計算し、この計算値と目標値である−ΔＦ（λ）／Ｆｏ　の差が許容値以内であるか否かをステップＳ２１　で判断し、許容値以下となるまでステップＳ１９　に戻り、許容値以下となるまで素子温度を増大させる。
【００６１】
前記ステップＳ１２　による判断の結果、許容値以下である場合（ＹＥＳ）　、あるいは、前記ステップＳ１８　あるいはステップＳ２１　で許容値内に入ったと判断した場合（ＹＥＳ）　には、ステップＳ２２　でηを計算し、目標とする駆動電流Ｉｂを計算により求めた値に駆動電流を設定する。このようにＩｂを設定した後に、波長変化を補償するために、ステップＳ２３　で駆動電流および素子温度を修正設定して終了（エンド）する。
【００６２】
図５は、図４の手順で半導体レーザの駆動電流および素子温度が設定された後に、環境温度変化や経年変化によって半導体レーザの発光特性が変化した場合に制御用ＭＰＵ　が行う制御手順の一例を示すフローチャートである。
【００６３】
この制御手順は、図４に示したフローチャートと比べて、ステップＳ１からＳ３が異なり、ステップＳ４以降は同じである。ステップＳ２５　でスタートすると、まず、ステップＳ２６　で光強度Ｐを計測し、その計測値Ｐｍと目標の光強度Ｐｏ　の差が許容値以内であるか否かをステップＳ２７　で判断する。
【００６４】
上記判断の結果、許容値以内下でない場合（ＮＯ）、つまり、許容値以内下でなくなった時点で前記ステップＳ４からＳ１０　までのサブルーチンを呼び出してΔＦ（λ）／Ｆ（λ）を計算した後、ステップＳ１１　に戻り、前述した制御手順と全く同じ制御手順を行う。
【００６５】
＜第１の実施形態の変形例＞
図１４に示したように、ＦＰフィルタのＦＳＲ　をＷＤＭ　におけるｃｈの波長間隔の２倍に相当するように設定し、前述した第１の実施形態と同様の制御を行う。この際、ｃｈの奇遇によって波長制御の方向およびその目標値の符号を逆に設定して制御を行う。
【００６６】
この場合には、各ｃｈの引込範囲は、図１４中に示したように各ｃｈの波長間隔の２倍となるので、半導体レーザの出力光の波長の安定性をより向上させることが可能になる。
【００６７】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の全体構成は、図１を参照して前述した第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の全体構成と同様であるが、図１に示した半導体レーザ装置と比べて、ＦＰフィルタ１０２　は、ｃｈの波長は光透過率がピークとなる波長に一致するように配置されている点、制御用ＭＰＵ１０５に格納されている制御プログラムの内容が異なり、その他は同じである。
【００６８】
図６は、第２の実施形態におけるＦＰフィルタ１０２　の透過特性と波長配置の関係を示す特性図である。
【００６９】
このＦＰフィルタの特性は、ＦＳＲ　がＷＤＭ　方式におけるｃｈの波長間隔に設定されており、各ｃｈの波長は光透過率がピークとなる波長に一致するように配置されている。これに対して、従来例では、図１３に示したように光透過率の周期特性のスロープ部分に配置されている。
【００７０】
図７は、第２の実施形態における半導体レーザの出力波長および光強度の安定化方法を実現するために制御用ＭＰＵ１０５内に格納された制御プログラムに基づいて制御用ＭＰＵ１０５が行う制御手順の一例を示すフローチャートである。
【００７１】
本例の制御フローでは、まず、半導体レーザの素子温度にΔＴ　だけの微少変化を与えた前後の光強度Ｐを比較した結果に応じて出力光の波長を制御する。この後、光強度Ｐが目標値Ｐｏ　となるように制御し、これに伴う波長変化を補償する。この場合、制御用ＭＰＵ　に対してＤＣ的な制御を行う。
【００７２】
以下、図６および図７を参照して第２の実施形態における半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化方法の一例について詳細に説明する。
【００７３】
ＤＷＤＭ方式光通信システムを統括するシステム制御装置（図示せず）によって制御用ＭＰＵ　の電源が投入されと、この制御用ＭＰＵ　内に格納されたプログラムがスタートし、ステップＳ１で半導体レーザの電源を投入して初期化する。
【００７４】
ステップＳ２で半導体レーザに対するｃｈの発振要求があったか否かを判断処理する。要求がない場合には、要求があるまで上記判断処理を繰り返す。要求があった場合、例えばｃｈ２　を発振する要求があった場合には、ステップＳ３で半導体レーザの温度およびｃｈ２　に対応する駆動電流を設定し、半導体レーザに制御信号を送信する。この制御信号によって、半導体レーザ（波長可変レーザ）は立ち上り波長で発振を開始する。
【００７５】
ステップＳ４で光強度Ｐを計測し、ステップＳ５で素子温度にΔＴ　だけの微少変化を与え、ステップＳ６で再び光強度Ｐを計測し、ステップＳ７で上記温度変化の前後の光強度を比較することにより、現時点の出力光波長は所定波長より長いか短いか（許容値ε以内であるか否か）を判断する。
【００７６】
上記判断の結果、現在の発振波長が所望の波長より長い場合（正方向の許容値εを越えている場合）は、ステップＳ８で素子温度を減少させ、ステップＳ９で再び光強度Ｐを計測し、ステップＳ１０　で上記温度変化の前後の光強度を比較することにより、許容値ε以内になったか否かを判断する。上記ステップＳ１０　による判断の結果、許容値を越えている場合（ＮＯ）には、前記ステップＳ８に戻って素子温度を減少させる処理を許容値ε以内になるまで繰り返す。
【００７７】
前記ステップＳ７による判断の結果、許容値を越え、現在の発振波長が所望の波長より短い場合（負方向の許容値である−εを越えている場合）には、ステップＳ１２　で素子温度を増大させ、ステップＳ１３　で再び光強度Ｐを計測し、ステップＳ１４　で上記温度変化の前後の光強度を比較することにより、許容値（−ε）以内になったか否かを判断する。上記ステップＳ１４　による判断の結果、許容値（−ε）を越えている場合（ＮＯ）には、前記ステップＳ１２　に戻って素子温度を増大させる処理を許容値（−ε）以内になるまで繰り返す。
【００７８】
前記ステップＳ１０　による判断の結果、または、前記ステップＳ１５　による判断の結果、または、前記ステップＳ７による判断の結果、許容値以内であった場合にはそれぞれ素子温度を戻し、ステップＳ１７　で光強度Ｐの計測値と目標値Ｐｏ　の差が最終的な許容値ε２　以内であるか否かを判断する。
【００７９】
上記判断の結果、最終的な許容値ε２　以内でない場合（ＮＯ）には、ステップＳ２０でバイアス電流（駆動電流）Ｉｂ　をステップパルス電流ΔＩｂ分だけを徐々に増大あるいは減少させた後、ステップＳ２１　で光強度Ｐを計測し、ステップＳ２２　で光強度Ｐの計測値と目標値Ｐｏ　の差が許容値ε以内であるか否かを判断する。
【００８０】
上記ステップＳ２２　による判断の結果、許容値以内でない場合（ＮＯ）には、再びステップＳ２０　に戻ってΔＩｂ分だけ増減させる処理をＰの計測値と目標値Ｐｏ　の差が許容値以内になるまで繰り返す。
【００８１】
上記したような半導体レーザの電流Ｉｂ　を増減させることにより、少しではあるがレーザ光の発振波長が所望の波長からずれてしまう（電流に対する波長の変化率は０．００８ｎｍ／ｍＡ）ので、前記ステップＳ２２　による判断の結果、Ｐの計測値と目標値Ｐｏ　の差が許容値以下になった場合（ＹＥＳ）　には、再び波長制御を行うために処理を前記ステップＳ４に戻す。
【００８２】
そして、前記ステップＳ１７　による判断の結果が許容値ε２　以下になった場合（ＹＥＳ）　には、ステップＳ１８　で強度制御を一旦終了する。そして、ステップＳ１９　で所定時間待機した後、再びステップＳ１７　に戻り、判断の結果が再び許容値ε２　以下になった場合（ＹＥＳ）　には強度制御を終了し、ステップＳ２３　で半導体レーザの電源を遮断する。
【００８３】
＜第３の実施形態＞
前記第１の実施形態および第２の実施形態では、ＤＣ的に波長制御を行うので、電子回路の直流ドリフト等のドリフトに弱く、長期的に波長を安定化させることが困難になるおそれがあり、この点を改善した第３の実施形態を以下に説明する。
【００８４】
図８は、本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置を示すブロック図である。
【００８５】
図８において、発振器１１１　からのディザ（Ｄｉｔｈｅｒ）信号（微小な低周波の例えばパルス信号あるいは正弦波信号）は加算器１１０　の一方の入力となり、この加算器１１０　の出力は半導体レーザ１０１　の注入電流入力端子に入力され、その出力光を周波数変調する。この半導体レーザ１０１　は電流もしくは温度で発振周波数が可変できるものであり、この半導体レーザの両端面の出力光のうち、一方の端面から図中左方に進行する光は、信号伝送用の光ファイバ（図示せず）に入力されて光信号の伝送に供され、他方の端面から図中右方に進行する光は、ＦＳＲ　がＷＤＭ　方式におけるｃｈの波長間隔に設定された光学共振器であるＦＰフィルタ１０２　を透過し、光検出器（ＰＤ）１０３　に入射し、光電変換により検出される。
【００８６】
図９（ａ）は、図８中のＦＰフィルタ１０２　の透過特性と波長配置の関係を示す特性図である。
【００８７】
このＦＰフィルタ１０２　は、ＦＳＲ　がＷＤＭ　方式におけるｃｈの波長間隔に設定されており、各ｃｈの波長は光透過率がピークとなる波長に一致するように配置されている。これに対して、従来例では、図１３に示したように光透過率の周期特性のスロープ部分に配置されている。
【００８８】
前記光検出器（ＰＤ）１０３　の出力（半導体レーザ３０１　の出力光強度のモニタ出力電流）は、電流／電圧変換器（Ｉ／Ｖ）１０４を介して２つの経路に分岐される。そのうちの一方は、コンデンサ１１２　を介して交流（ＡＣ）成分のみが取り出され、この交流成分は前記発振器１１１　の出力とともに乗算器１０５　へ入力され、乗算される。この乗算器１０５　の出力は、それに含まれる不要な高周波成分を除去するためのローパスフィルタ（Ｌｏｗ　Ｐａｓｓ　Ｆｉｌｔｅｒ；ＬＰＦ　）１０６　により取り出される。
【００８９】
この場合、前記ＦＰフィルタ１０２　の透過特性は、ローレンツ関数やガウス関数などで近似できる透過ピークを持つので、前記電流／電圧変換器（Ｉ／Ｖ）１０４の出力がコンデンサを介して取り出された交流（ＡＣ）成分が前記乗算器１０５　、ＬＰＦ１０６で構成された同期検波部で同期検波されて、その出力は図９（ｂ）に示すように透過ピーク波形の一次微分波形となる。
【００９０】
図９（ｂ）は、同期検波による波長誤差信号と波長配置の関係に示す特性図である。
【００９１】
この同期検波出力は、ＦＰフィルタ１０２　の透過ピークの近辺では、透過ピーク波長と入射する半導体レーザ１０１　の出力光波長の差に近似的に比例するので、波長誤差信号として利用でき、制御装置１０７　の波長制御部１０７−１　に供給される。
【００９２】
この波長制御部１０７−１　は、ＴＥＣ　（Ｔｈｅｒｍｏ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｃｏｏｌｅｒ）であるペルチェ素子１０９　を制御し、波長誤差信号が零になるように半導体レーザ１０１　の動作温度を制御することにより、半導体レーザ１０１　の出力光波長がＦＰフィルタ１０２　の光透過特性のピークとなる波長に安定化される。
【００９３】
一方、前記電流／電圧変換器（Ｉ／Ｖ）１０４の出力が２つの経路に分岐された他方の信号は、スイッチ回路（ＳＷ）１０８　に入力される。このＳＷ１０８　は、半導体レーザ１０１の立ち上げ時からＬＰＦ１０６の出力（波長誤差信号）が初めて零になった時点で、初期状態のオープンからクローズに切り換わる。上記ＳＷ１０８　がクローズ状態になった時に、電流／電圧変換器（Ｉ／Ｖ）１０４の出力のＤＣ成分が制御装置１０７　の強度制御部１０７−２　に入力する。この強度制御部１０７−２　は、電流／電圧変換器（Ｉ／Ｖ）１０４の出力の平均値に基づいて強度制御信号を生成する。なお、前記ＳＷ１０８　は、強度制御部１０７−２　の入／出力どちらにあってもよい。
【００９４】
強度制御部１０７−２　の出力は、加算器１１０　の他方の入力となり、この加算器１１０を介して半導体レーザ１０１　の注入電流入力端子に入力される。これにより、電流／電圧変換器（Ｉ／Ｖ）１０４の出力の平均値が設定された値になるように半導体レーザ１０１　の注入電流が制御される。
【００９５】
なお、図８中、破線で囲まれた半導体レーザ１０１　、ＦＰフィルタ１０２　、ＰＤ１０３　、ペルチェ素子１０９　および温度検出器、レンズ系（図示せず）は、モジュール化されることにより、動作の安定化、小型化が図られている。
【００９６】
＜第４の実施形態＞
前述した第３の実施形態では、同期検波を利用するので、常時、半導体レーザ１０１　の出力光をディザ信号で周波数変調しているが、第４の実施形態では、半導体レーザ１０１　の出力光の波長または強度がずれた時だけにディザ信号を印加することにより両方（波長および強度）を制御できるようにする。
【００９７】
図１０は、本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザ装置を示すブロック図である。
【００９８】
この半導体レーザ装置は、図８を参照して前述した第３の実施形態に係る半導体レーザ装置と比べて、（１）制御装置１０７　として、後述するような内容の制御プログラムが格納されている制御用ＭＰＵ２０１が用いられている点、（２）発振器１１１　は、制御用ＭＰＵ２０１によってオン／オフ状態の切り換えが可能である点、（３）電流／電圧変換器（Ｉ／Ｖ）１０４の出力が２つの経路に分岐された一方の信号が入力する同期検波部のＬＰＦ１０６の出力（同期検波出力）は、制御用ＭＰＵ　２０１　内のＡ／Ｄに入力され、デジタル信号に変換される点、（４）電流／電圧変換器（Ｉ／Ｖ）１０４の出力が２つの経路に分岐された他方の信号は、直接に制御用ＭＰＵ　２０１　内のＡ／Ｄに入力され、デジタル信号に変換される点が異なり、その他は同じであるので図８中と同一符号を付してその説明を省略する。
【００９９】
図１１は、図１０中の半導体レーザの出力光の波長・強度の安定化方法を実現するために前記制御用ＭＰＵ　内に格納された制御プログラムに基づいて制御用ＭＰＵが行う制御手順の一例を示すフローチャートである。
【０１００】
本例の制御フローでは、まず、同期検波出力（波長誤差信号）Ｖｗａｖｅ　を計測し、Ｖｗａｖｅ　が０（零）でない場合には、Ｖｗａｖｅ　が０になるまで、Ｖｗａｖｅ　の絶対値と符号に応じて半導体レーザの素子温度を制御するための信号を出力する処理を繰り返す。前記計測結果を判断した結果、Ｖｗａｖｅ　が０である場合は、ＦＰフィルタの光透過出力の平均値Ｖｐｏｗを計測し、予め定められた基準電圧Ｖｒｅｆとの差を算出し、その値が許容範囲内か否かを判断する。許容範囲内である場合は、終了ステップに移行し、許容範囲内ではない場合には、ＶｒｅｆとＶｐｏｗの算出差に応じて半導体レーザの出力光強度が許容範囲内になるように注入電流制御信号を出力する。この後、上記出力光強度の制御に伴う波長変化を補償する処理を繰り返すことによって、出力光強度が設定値に安定化される。
【０１０１】
以下、図１１を参照して第４の実施形態における半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化方法の一例について詳細に説明する。
【０１０２】
ＤＷＤＭ方式光通信システムを統括するシステム制御装置（図示せず）によって制御用ＭＰＵ　の電源が投入されと、ＭＰＵ　内に格納されたプログラムがスタートし、制御用ＭＰＵ　は、ステップＳ１で、半導体レーザの電源を投入して初期化する。
【０１０３】
そして、ステップＳ２で半導体レーザに対するｃｈの発振要求があったか否かを判断処理する。要求がない場合には、要求があるまで上記判断処理を繰り返す。要求があった場合、例えばｃｈ２　を発振する要求があった場合には、ステップＳ３で半導体レーザの温度およびｃｈ２　に対応する駆動電流を設定し、半導体レーザに制御信号を送信する。この制御信号によって、半導体レーザ（波長可変レーザ）は立ち上り波長で発振を開始する。
【０１０４】
ステップＳ４では、半導体レーザのレーザ発振を安定するのを待つために、Ｔ１秒間待機し、ステップＳ５以下の処理を停止する。上記Ｔ１秒待機後に、ステップＳ５で発振器をオンさせて同期検波を開始させ、ステップＳ６でＬＰＦ１０６の出力Ｖｗａｖｅ　（波長誤差信号）を計測し、ステップＳ７で前記Ｖｗａｖｅ　が０か否かを判断する。
【０１０５】
上記判断の結果、前記Ｖｗａｖｅ　が０である場合（Ｙｅｓ）　は、後述するステップＳ１０に移る。前記判断の結果、上記とは逆に、前記Ｖｗａｖｅ　が０でない場合（ＮＯ）には、ステップＳ８に移り、Ｖｗａｖｅ　の絶対値と符号に応じた制御信号を出力する。この制御信号は、Ｖｗａｖｅ　がマイナスの場合（現在の発振波長が所望の波長より長い場合）には、発振波長を短くすべく半導体レーザの素子温度を下げるような信号となる。また、前記Ｖｗａｖｅ　がプラスの場合（現在の発振波長が所望の波長より短い場合）には、発振波長を長くすべく素子温度を上げるような信号となる。
【０１０６】
その後、ステップＳ９では、半導体レーザのレーザ発振を安定するのを待つために、Ｔ２秒間待機し、ステップＳ１１　以下の処理を停止する。上記Ｔ２秒待機後に、前記ステップＳ６に処理を戻し、前記Ｖｗａｖｅ　が０になるまで、ステップＳ６からＳ９までの処理を行う。これらの処理を繰り返すことによって、発振波長がｃｈ２　の波長に安定化される。
【０１０７】
前記ステップＳ７における判断の結果、前記Ｖｗａｖｅ　が０である場合（Ｙｅｓ）　は、ステップＳ１０　で発振器をオフさせ、ステップＳ１１　で電流／電圧変換器（Ｉ／Ｖ）１０４の出力の平均値（以下、Ｖｐｏｗと呼ぶ。）を計測する。その後、ステップＳ１２　で前記Ｖｐｏｗと予め定められた基準電圧（以下、Ｖｒｅｆと呼ぶ。）との差を算出し、その値が許容範囲内か否かを判断する。
【０１０８】
上記判断の結果、許容範囲内である場合（Ｙｅｓ）　は、後述するステップＳ１７　に移行する。上記とは逆に、許容範囲内ではない場合（ＮＯ）には、前記ＶｒｅｆとＶｐｏｗの算出差に応じてステップＳ１３　で制御信号を出力する。
【０１０９】
この場合、上記制御信号は、ＶｐｏｗがＶｒｅｆより小さい場合は、現在の出力光強度が設定値より小さい場合であるので、出力光強度を大きくすべく注入電流を増加させる信号となる。これに対して、ＶｐｏｗがＶｒｅｆより大きい場合は、現在の出力光強度が設定値より大きい場合であるので、出力光強度を小さくすべく注入電流を減少させる信号となる。
【０１１０】
その後、ステップＳ１４　では、半導体レーザのレーザ発振が安定するのを待つため、Ｔ３秒間待機し、ステップＳ１５　以下の処理を停止する。上記Ｔ３秒待機後に、ステップＳ１５　で再びＶｐｏｗを計測した後、ステップＳ１６　で前記ＶｐｏｗとＶｒｅｆとの差を算出し、その値が許容範囲内か否かを判断する。
【０１１１】
上記判断の結果、許容範囲内である場合（Ｙｅｓ）　は、強度制御を一旦終了する。この場合、半導体レーザの電流を増減させることにより、少しではあるがレーザ光の発振波長が所望の波長からずれてしまう（電流に対する波長の変化率は０．００８ｎｍ／ｍＡ）ので、再び波長制御を行うために処理を前記ステップＳ５に戻す。
【０１１２】
前記判断の結果、許容範囲内ではない場合（ＮＯ）には、処理をステップＳ１３　に戻し、許容範囲に入るまでステップＳ１３　からＳ１６　までの処理を行う。これらの処理を繰り返すことによって、出力光強度が設定値に安定化される。
【０１１３】
なお、前記ステップＳ１２　の判断結果が許容範囲内である場合（Ｙｅｓ）　に移行するステップＳ１７　では、システム制御装置から安定化装置の運用を終了する信号を受信したか否かを判断する。運用終了の信号を受信した場合（Ｙｅｓ）　には、ステップＳ１８　で電源を遮断して処理を終了する。これに対して、運用終了の信号を受信しない場合（ＮＯ）には、処理をステップＳ１１　に戻し、再びＶｐｏｗを計測する。
【０１１４】
上記説明から分かるわうに、ＶｐｏｗとＶｒｅｆの差が許容範囲内である限り、ステップＳ１１　、Ｓ１２　、Ｓ１７　の処理だけを繰り返すので、発振器をオンさせることはなく、レーザ光は常に周波数変調されるものではない。
【０１１５】
【発明の効果】
上述したように本発明の半導体レーザ装置、半導体レーザ出力光の波長・強度の安定化方法およびその制御プログラムによれば、半導体レーザの出力光波長および強度を簡単な構成で安定化することができる。
【０１１６】
また、本発明によれば、半導体レーザの出力光の波長および強度を安定化する際、同期検波を用いて出力光波長の安定化を行うことにより、ＤＣドリフトの影響を受け難くなり、長期にわたり安定した発振波長を得ることができる。
【０１１７】
したがって、本発明を適用すれば、光部品の点数が少なく、小型、低価格な半導体レーザモジュールを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置を示すブロック図。
【図２】図１中のＦＰフィルタの光透過特性の一例を示す特性図。
【図３】図１中の半導体レーザの発振波長の変化を補償する方法の一例を説明するために示す特性図。
【図４】図１中の半導体レーザの出力光の波長・強度の安定化方法を実現するために制御用ＭＰＵ　内に格納された制御プログラムに基づいて制御用ＭＰＵ　が行う制御開始時の制御手順の一例を示すフローチャート。
【図５】図４の手順で半導体レーザの駆動電流および素子温度が設定された後に、環境温度変化や経年変化によって半導体レーザの発光特性が変化した場合に制御用ＭＰＵ　が行う制御手順の一例を示すフローチャート。
【図６】第２の実施形態におけるＦＰフィルタの光透過特性と波長配置の関係を示す特性図。
【図７】第２の実施形態における半導体レーザの出力波長および光強度の安定化方法を実現するために制御用ＭＰＵ　内に格納された制御プログラムに基づいて制御用ＭＰＵが行う制御手順の一例を示すフローチャート。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置を示すブロック図。
【図９】図８中のＦＰフィルタの透過特性と波長配置の関係を示す特性図および同期検波による波長誤算信号と波長配置の関係に示す特性図。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザ装置を示すブロック図。
【図１１】図１０中の半導体レーザの出力光の波長・強度の安定化方法を実現するために前記制御用ＭＰＵ　内に格納された制御プログラムに基づいて制御用ＭＰＵ　が行う制御手順の一例を示すフローチャート。
【図１２】従来の半導体レーザ装置の一例を示すブロック図。
【図１３】図１２中のＦＰフィルタの光透過特性の一例としてＦＳＲ　がＤＷＤＭの各チャネルの波長間隔に設定された場合を示す特性図。
【図１４】図１２中のＦＰフィルタの光透過特性の他の例としてＦＳＲ　がＤＷＤＭの各チャネルの波長間隔の２倍に相当するように設定された場合を示す特性図。
【符号の説明】
１０１　…半導体レーザ、
１０２　…ＦＰフィルタ、
１０３　…ＰＤ、
１０４　…電流／電圧変換器、
１０５　…制御用ＭＰＵ　、
１０５−１　…Ａ／Ｄ、
１０５−２　…Ｄ／Ａ、
１０５−３　…Ｄ／Ａ、
１０６　…ペルチェ素子。
【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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