(57)【要約】【課題】レーザ光のＦＭ雑音レベルをより適切に低減することができる半導体レーザの制御方法、半導体レーザの制御装置および半導体レーザ装置を提供すること。【解決手段】バイアス電流によって半導体レーザを駆動するレーザ駆動工程と、前記半導体レーザから出力されるレーザ光の周波数変動を強度変動に変換する周波数弁別工程と、前記変換した強度変動に基づいて、該強度変動が抑制されるように前記バイアス電流をフィードバック制御する電流制御工程と、を含み、前記電流制御工程において、前記バイアス電流の電流変動の位相と該電流変動による前記レーザ光の周波数変動の位相との差の位相が反転する周波数以下の第１周波数帯での強度変動に基づいて前記フィードバック制御を行う半導体レーザの制御方法。【選択図】図１
2013211394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイアス電流によって半導体レーザを駆動するレーザ駆動工程と、
前記半導体レーザから出力されるレーザ光の周波数変動を強度変動に変換する周波数弁別工程と、
前記変換した強度変動に基づいて、該強度変動が抑制されるように前記バイアス電流をフィードバック制御する電流制御工程と、
を含み、前記電流制御工程において、前記バイアス電流の電流変動の位相と該電流変動による前記レーザ光の周波数変動の位相との差の位相が反転する位相反転周波数以下の第１周波数帯での強度変動に基づいて前記フィードバック制御を行うことを特徴とする半導体レーザの制御方法。
【請求項２】
前記フィードバック制御するバイアス電流に含まれる、第２周波数よりも高い周波数の変動成分を遮断する遮断工程をさらに含み、前記第２周波数は前記第１周波数帯の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザの制御方法。
【請求項３】
半導体レーザを駆動するためのバイアス電流を発生するバイアス電流発生部と、
前記半導体レーザから出力されるレーザ光の一部を分岐する分岐部と、
前記分岐したレーザ光の周波数変動を強度変動に変換する周波数弁別部と、
前記周波数変動が強度変動に変換されたレーザ光を検出する検出部と、
前記検出部が検出したレーザ光の前記強度変動に基づいて、該強度変動が抑制されるように前記バイアス電流をフィードバック制御する制御部と、
を備え、前記制御部は、前記バイアス電流の電流変動の位相と該電流変動による前記レーザ光の周波数変動の位相との差の位相が反転する位相反転周波数以下の第１周波数帯での強度変動に基づいて前記フィードバック制御を行うことを特徴とする半導体レーザの制御装置。
【請求項４】
前記制御部と前記半導体レーザとの間に設けられ、前記第１周波数帯内のカットオフ周波数を有する低域通過フィルタをさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザの制御装置。
【請求項５】
前記バイアス電流の電流変動による前記レーザ光の周波数変動の利得が極小値になる周波数の近傍の周波数の変調電力を発生する変調電力発生部をさらに備えることを特徴とする請求項３または４に記載の半導体レーザの制御装置。
【請求項６】
前記変調電力の周波数は、前記利得が許容値以下となる周波数であることを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザの制御装置。
【請求項７】
半導体レーザと、請求項３〜６のいずれか一つに記載の半導体レーザの制御装置とを備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記半導体レーザと並列接続されたキャパシタを備え、前記キャパシタの容量は、該キャパシタと微分抵抗を有する前記半導体レーザとで構成される低域通過ＣＲ回路のカットオフ周波数が、前記第１周波数帯内になるように設定されていることを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザの制御方法、半導体レーザの制御装置および半導体レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体レーザのスペクトル幅を制御する方法として、半導体レーザから出力されるレーザ光の一部の周波数帯域の光パワーを取り出し、その光パワーを基にしてバイアス電流を制御する方法（特許文献１参照）や、半導体レーザと並列に接続したキャパシタに、ノイズとなる高周波信号をバイパスさせて、半導体レーザへの影響を低減する方法（特許文献２参照）が開示されている。これらの方法は、半導体レーザから出力されるレーザ光のＦＭ雑音特性とスペクトル幅には相関があり、ＦＭ雑音レベルを低減するとスペクトル幅が狭くなるという理論に基づいている。また、半導体レーザのバイアス電流の揺らぎは、レーザ光にＦＭ雑音として重畳されるため、スペクトル幅を狭くするには、バイアス電流を安定させることが重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６４−７３６８７号公報
【特許文献２】特開平７−７４４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１のように、特定の周波数帯の光パワーを用いてバイアス電流を制御する方法において、従来は１０ｋＨｚ程度の低い周波数帯がバイアス電流制御に用いている。しかしながら、近年の大容量伝送に用いられる光通信方式の光源として用いられる半導体レーザとしては、より高い周波数までＦＭ雑音レベルを低減するために、より高周波帯の光パワーを用いてバイアス電流を制御することが好ましい。
【０００５】
しかしながら、後述するように、制御に用いる周波数帯が不適切であると、かえってＦＭ雑音レベルが増大する場合がある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、レーザ光のＦＭ雑音レベルをより適切に低減することができる半導体レーザの制御方法、半導体レーザの制御装置および半導体レーザ装置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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る半導体レーザの制御方法は、バイアス電流によって半導体レーザを駆動するレーザ駆動工程と、前記半導体レーザから出力されるレーザ光の周波数変動を強度変動に変換する周波数弁別工程と、前記変換した強度変動に基づいて、該強度変動が抑制されるように前記バイアス電流をフィードバック制御する電流制御工程と、を含み、前記電流制御工程において、前記バイアス電流の電流変動の位相と該電流変動による前記レーザ光の周波数変動の位相との差の位相が反転する位相反転周波数以下の第１周波数帯での強度変動に基づいて前記フィードバック制御を行うことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る半導体レーザの制御方法は、前記フィードバック制御するバイアス電流に含まれる、第２周波数よりも高い周波数の変動成分を遮断する遮断工程をさらに含み、前記第２周波数は前記第１周波数帯の範囲内であることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る半導体レーザの制御装置は、半導体レーザを駆動するためのバイアス電流を発生するバイアス電流発生部と、前記半導体レーザから出力されるレーザ光の一部を分岐する分岐部と、前記分岐したレーザ光の周波数変動を強度変動に変換する周波数弁別部と、前記周波数変動が強度変動に変換されたレーザ光を検出する検出部と、前記検出部が検出したレーザ光の前記強度変動に基づいて、該強度変動が抑制されるように前記バイアス電流をフィードバック制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記バイアス電流の電流変動の位相と該電流変動による前記レーザ光の周波数変動の位相との差の位相が反転する位相反転周波数以下の第１周波数帯での強度変動に基づいて前記フィードバック制御を行うことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る半導体レーザの制御装置は、前記制御部と前記半導体レーザとの間に設けられ、前記第１周波数帯内のカットオフ周波数を有する低域通過フィルタをさらに備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る半導体レーザの制御装置は、前記バイアス電流の電流変動による前記レーザ光の周波数変動の利得が極小値になる周波数の近傍の周波数の変調電力を発生する変調電力発生部をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る半導体レーザの制御装置は、前記変調電力の周波数は、前記利得が許容値以下となる周波数であることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る半導体レーザ装置は、半導体レーザと、本発明の半導体レーザの制御装置とを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る半導体レーザ装置は、前記半導体レーザと並列接続されたキャパシタを備え、前記キャパシタの容量は、該キャパシタと微分抵抗を有する前記半導体レーザとで構成される低域通過ＣＲ回路のカットオフ周波数が、前記第１周波数帯内になるように設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、レーザ光のＦＭ雑音レベルをより適切に低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、実施の形態１に係る半導体レーザ装置の模式的な構成図である。
【図２】図２は、半導体レーザの特性の周波数応答特性を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態２に係る半導体レーザ装置の模式的な構成図である。
【図４】図４は、エタロンフィルタの透過スペクトルの一例を示す図である。
【図５】図５は、各半導体レーザの利得の周波数応答特性を示す図である。
【図６】図６は、各半導体レーザの位相の周波数応答特性を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態２における半導体レーザの有効線幅の周波数特性の模式図である。
【図８】図８は、実施の形態３に係る半導体レーザ装置の模式的な構成図である。
【図９】図９は、実施の形態３における半導体レーザの有効線幅の周波数特性を示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態３の変形例に係る半導体レーザ装置の模式的な構成図である。
【図１１】図１１は、実施の形態４に係る半導体レーザ装置の模式的な構成図である。
【図１２】図１２は、ＦＢＧの透過スペクトルの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、図面を参照して本発明に係る半導体レーザの制御方法、半導体レーザの制御装置および半導体レーザ装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの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。
【００１８】
（実施の形態）
図１は、実施の形態１に係る半導体レーザ装置の模式的な構成図である。図１に示すように、本実施の形態１に係る半導体レーザ装置１０は、半導体レーザ１１と、光分岐部１２と、周波数弁別部１３と、光強度検出部１４と、制御部１５とを備えている。光分岐部１２、周波数弁別部１３、光強度検出部１４、および制御部１５は半導体レーザ１１の制御装置を構成している。
【００１９】
半導体レーザ１１は、たとえば波長１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍのいずれかの波長のレーザ光Ｌ１１を出力する。半導体レーザ１１は、たとえばＤＦＢ(Distributed  Feedback)レーザ、ＤＢＲ(Distributed  Bragg  Reflector)レーザ、ＦＰ(Fabry-Perot)レーザ、または外部共振器レーザなどである。レーザ光Ｌ１１はＦＭ雑音を含んでいる。
【００２０】
光分岐部１２は、半導体レーザ１１から出力されるレーザ光Ｌ１１の一部（例えば１％〜２０％）を分岐レーザ光Ｌ１３として分岐し、残りを出力レーザ光Ｌ１２として出力する。光分岐部１２は光カプラやハーフミラーなどを用いて実現される。出力レーザ光Ｌ１２は光通信の信号光などとして使用される。
【００２１】
周波数弁別部１３は、分岐レーザ光Ｌ１３の周波数変動を強度変動に変換し、変換された強度変動を含む変換レーザ光Ｌ１４を出力する。周波数弁別部１３は、ＦＰ干渉計、ＭＺ（Mach-Zehnder）干渉計、またはMichelson干渉計などを用いて実現される。周波数弁別部１３は、半導体レーザ１１のパッケージに収容して一緒にモジュール化しても良いし、パッケージの外部に設けても良い。
【００２２】
光強度検出部１４は、変換レーザ光Ｌ１４を受光し、これを強度変動を含む電気信号Ｅ１１に変換して出力する。光強度検出部１４は、Ｐｉｎ-ＰＤ（Photo  Diode）、ＡＰＤ（Avalanche  Photo  Diode）などを用いて実現される。
【００２３】
制御部１５は、電気信号Ｅ１１に含まれる強度変動に基づいて、この強度変動が抑制されるようにフィードバック制御されたバイアス電流Ｅ１２を発生し、半導体レーザ１１に出力する。すなわち、本実施の形態１では、バイアス電流発生部は制御部１５に含まれている。半導体レーザ１１はかかるフィードバック制御されたバイアス電流Ｅ１２によってフィードバック駆動される。制御部１５は、アナログ回路またはデジタル回路を用いて構成されるが、その構成には特に限定はない。
【００２４】
制御部１５が行う半導体レーザ１１の制御方法（駆動方法）についてより具体的に説明する。図２は、典型的な半導体レーザの特性の周波数応答特性を示す図である。横軸はバイアス電流の変動（揺らぎ）の周波数を示している。縦軸の規格化強度とは、バイアス電流変動がレーザ光の周波数変動として重畳される強度を、周波数が１０４Ｈｚ（１０ｋＨｚ）での値で規格化したものである。また、縦軸の位相とは、バイアス電流変動の位相とレーザ光の周波数変動の位相との差の位相、すなわち、バイアス電流変動を基準とした、レーザ光の周波数変動の位相遅れを示している。領域Ｓ１はサーマル要因が支配的な領域、領域Ｓ２はキャリア要因が支配的な領域である。
【００２５】
図２に示すように、位相遅れについては、低周波側では約１８０度であるが、周波数が高くなるにつれて位相遅れが減少し、約５ＭＨｚでは９０度よりも小さくなる。
【００２６】
約５ＭＨｚよりも低周波側のように位相遅れが１８０度から９０度まででは、バイアス電流が増加するように変動した場合は、レーザ光の強度が減少するように変動する。したがって、バイアス電流の増加を抑制するようにフィードバック制御すれば、レーザ光の周波数変動も抑制される。
【００２７】
しかしながら、位相遅れが９０度より小さくなると、バイアス電流変動の位相とレーザ光周波数変動の位相との差の位相が反転し、バイアス電流が増加するように変動した場合に、レーザ光の強度も減少するように変動する。このような位相反転後の周波数帯での強度変動に基づいてフィードバック制御を行うと、位相反転前の周波数帯においてはかえってレーザ光の周波数変動が増幅されてしまう。
【００２８】
本実施の形態１に係る制御部１５は、バイアス電流Ｅ１２の電流変動の位相とこれによるレーザ光Ｌ１１の周波数変動の位相との差の位相が反転する位相反転周波数以下の第１周波数帯での強度変動に基づいてフィードバック制御を行うようにしている。これによって、この第１周波数帯の周波数変動が確実に抑制されるようなフィードバック制御が実現される。その結果、レーザ光Ｌ１１のＦＭ雑音レベル（周波数変動）が低下し、スペクトル幅が狭幅化される。このスペクトル幅の狭幅化に伴いレーザ光Ｌ１１のコヒーレンシーが向上し、コヒーレント長も長くなる。
【００２９】
具体的には、レーザ光の強度変動を含む電気信号Ｅ１１から、周波数フィルタを用いて第１周波数帯の電力成分を取り出して、この電力成分に基づいてフィードバック制御を行えばよい。
【００３０】
なお、第１周波数帯としては、位相反転周波数以下であれば特に限定されないが、できるだけ高い周波数であることが好ましく、位相反転周波数とすることがより好ましい。たとえば、図２に示す周波数応答特性の半導体レーザの場合は、約５ＭＨｚとすることがより好ましい。
【００３１】
以上説明したように、本実施の形態１に係る半導体レーザ装置１０は、レーザ光のＦＭ雑音レベルをより適切かつ効果的に低減することができる。
【００３２】
なお、上記実施の形態１では、位相遅れが、低周波側では約１８０度から開始しているので、位相遅れが９０度になったときに位相が反転している。しかしながら、低周波側の位相遅れの開始角度は約１８０度に限られない。この開始角度は位相の基準の取り方に依存する。したがって、たとえば、低周波側の位相遅れの開始角度が約０度であったとすると、位相関係が反転する角度−９０度である。このように、低周波側でのバイアス電流の増減の方向とレーザ光の周波数の増減の方向との関係が、周波数を増加させていった場合に途中で反転するような周波数が、位相反転周波数である。
【００３３】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係る半導体レーザ装置の模式的な構成図である。図３に示すように、本実施の形態２に係る半導体レーザ装置２０は、半導体レーザ２１と、光分岐部としての光カプラ２２と、周波数弁別部としてのエタロンフィルタ２３と、光強度検出部としてのフォトダイオード２４と、バイアス電流発生部および制御部としてのバイアス回路２５とを備えている。光カプラ２２、エタロンフィルタ２３、フォトダイオード２４、およびバイアス回路２５は半導体レーザ２１の制御装置を構成している。
【００３４】
図４は、エタロンフィルタ２３の透過スペクトルの一例を示す図である。横軸は光の周波数を示している。図４の例ではエタロンフィルタ２３のＦＳＲ（Free  Spectral  Range）は１００ＧＨｚであり、光ファイバ通信で良く使用される特性のものである。なおエタロンフィルタ２３のＦＳＲは特に限定はなく、たとえば５０ＧＨｚのものでもよい。
【００３５】
図４に示すように、透過スペクトルが周波数に対して傾斜している領域では、周波数が幅ｆ１で変動すると、透過率が幅Ｔ１で変動する。したがって、エタロンフィルタ２３は入力された光の周波数変動を強度変動に変換することができる。
【００３６】
この半導体レーザ装置２０は、実施の形態１に係る半導体レーザ装置１０と同様に動作する。すなわち、半導体レーザ１１は、バイアス電流Ｅ２２によって駆動されてレーザ光Ｌ２１を出力する。光カプラ２２は、レーザ光Ｌ２１の一部を分岐レーザ光Ｌ２３として分岐し、残りを出力レーザ光Ｌ２２として出力する。エタロンフィルタ２３は、分岐レーザ光Ｌ２３の周波数変動を強度変動に変換し、変換された強度変動を含む変換レーザ光Ｌ２４を出力する。フォトダイオード２４は、変換レーザ光Ｌ２４を受光し、これを強度変動を含む電気信号Ｅ２１に変換して出力する。バイアス回路２５は、電気信号Ｅ２１に含まれる強度変動に基づいて、この強度変動が抑制されるようにフィードバック制御されたバイアス電流Ｅ２２を半導体レーザ２１に出力する。半導体レーザ２１はかかるフィードバック制御されたバイアス電流Ｅ２２によってフィードバック駆動される。
【００３７】
このとき、バイアス回路２５は、バイアス電流Ｅ２２の電流変動の位相とこれによるレーザ光Ｌ２１の周波数変動の位相との差の位相が反転する位相反転周波数以下の第１周波数帯での強度変動に基づいてフィードバック制御を行う。その結果、レーザ光Ｌ２１のＦＭ雑音レベルが低下し、スペクトル幅が狭幅化される。
【００３８】
ここで、フィードバック制御に用いる第１周波数帯の決定方法について説明する。はじめに、半導体レーザ２１の周波数応答特性を測定する。ここでは、半導体レーザ２１の一例として、４つのＤＦＢレーザであって、それぞれが出力するレーザ光の波長を、１．５５μｍ帯の互いに異なる波長に設定したものの周波数応答特性を測定した。
【００３９】
図５は、各半導体レーザの利得の周波数応答特性を示す図である。図６は、各半導体レーザの位相の周波数応答特性を示す図である。ここで、図５の縦軸の利得は、バイアス電流変動がレーザ光の周波数変動として重畳される際の利得を意味する。なお、縦軸の周波数変動量に相当する値に周波数弁別手段の変換係数[ｍＷ/Ｈｚ]を乗算すると強度変動量相当値となる。また、図６の位相は、バイアス電流変動を基準とした、各レーザ光の周波数変動の位相の遅れを示している。図５、６では、およそ１０７Ｈｚまでの測定結果を示している。図５、６に示すように、ＤＦＢレーザの周波数応答特性は、波長が互いに異なるＤＦＢレーザ間であまり変化がなかった。
【００４０】
図６から、１０６Ｈｚ（１ＭＨｚ）近傍で位相が９０度となり、位相が反転することが確認されるので、この場合は３ｄＢ帯域が１ＭＨｚである帯域を第１周波数帯として決定することができる。
【００４１】
位相が反転する周波数は、半導体レーザによってたとえば１ＭＨｚ〜５ＭＨｚの範囲で異なるが、以上のように、予め用いる半導体レーザの周波数応答特性を測定し、その周波数応答特性から、位相反転周波数以下の第１周波数帯を決定することができる。
【００４２】
図７は、本実施の形態２の半導体レーザ装置において、図６に示す特性に基づいて第１周波数帯の３ｄＢ帯域を１ＭＨｚ近傍に設定した場合の、半導体レーザの有効線幅の周波数特性の模式図である。ここで、有効線幅とは、ＦＭ雑音のＰＳＤ（Power  Spectral  Density）を規格化した指標である。なお、比較のために、従来のように１０ｋＨｚ程度の周波数帯でのレーザ光強度が安定するように電流一定制御を行った半導体レーザの有効線幅の周波数特性を破線で示している。
【００４３】
図７に示すように、第１周波数帯の３ｄＢ帯域を１ＭＨｚ近傍とした場合に、破線で示す従来例と比較して、１ＭＨｚ以下のＦＭ雑音レベルが抑制される。
【００４４】
（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３に係る半導体レーザ装置の模式的な構成図である。図３に示すように、本実施の形態３に係る半導体レーザ装置３０は、半導体レーザ部３１と、光カプラ２２と、エタロンフィルタ２３と、フォトダイオード２４と、バイアス回路２５と、低域通過フィルタ３６とを備えている。光カプラ２２、エタロンフィルタ２３、フォトダイオード２４、バイアス回路２５、および低域透過フィルタ３６は半導体レーザ部３１の制御装置を構成している。
【００４５】
半導体レーザ部３１は、実施の形態２の半導体レーザ２１とキャパシタとが並列に接続された構成を有する。半導体レーザは微分抵抗を有するので、これをキャパシタと並列接続することによって、バイアス電流に対する低域透過ＣＲ回路が構成される。キャパシタの容量は、低域透過ＣＲ回路のカットオフ周波数が、フィードバック制御のために用いる第１周波数帯域内の周波数になるように設定されている。カットオフ周波数をたとえば１ＭＨｚとするには、半導体レーザ２１の微分抵抗値が５Ωの場合には、容量が３００００ｐＦのキャパシタを並列接続すればよい。
【００４６】
また、低域透過フィルタ３６は、バイアス回路２５と半導体レーザ部３１との間に設けられ、フィードバック制御のために用いる第１周波数帯内のカットオフ周波数を有する。たとえば、低域透過フィルタ３６はＲＣ回路で構成することができる。カットオフ周波数をたとえば１ＭＨｚとするには、抵抗値が１ＫΩの抵抗と容量が１５００ｐＦのキャパシタでＲＣ回路を構成して、低域透過フィルタ３６として用いることができる。
【００４７】
すなわち、この半導体レーザ装置３０は、実施の形態２の半導体レーザ装置２０の半導体レーザ２１にキャパシタを並列接続して半導体レーザ部３１とし、かつ低域通過フィルタ３６を付加した構成を有する。
【００４８】
この半導体レーザ装置３０では、半導体レーザ部３１は、バイアス電流Ｅ３３によって駆動されてレーザ光Ｌ３１を出力する。光カプラ２２は、レーザ光Ｌ３１の一部を分岐レーザ光Ｌ３３として分岐し、残りを出力レーザ光Ｌ３２として出力する。エタロンフィルタ２３は、分岐レーザ光Ｌ３３の周波数変動を強度変動に変換し、変換された強度変動を含む変換レーザ光Ｌ３４を出力する。フォトダイオード２４は、変換レーザ光Ｌ３４を受光し、これを強度変動を含む電気信号Ｅ３１に変換して出力する。バイアス回路２５は、電気信号Ｅ３１に含まれる強度変動に基づいて、この強度変動が抑制されるようにフィードバック制御されたバイアス電流Ｅ３２を出力する。低域通過フィルタ３６は、バイアス電流Ｅ３２に含まれるカットオフ周波数よりも高い周波数の変動成分を遮断し、バイアス電流Ｅ３３として半導体レーザ部３１に出力する。半導体レーザ部３１はかかるフィードバック制御されたバイアス電流Ｅ３３によってフィードバック駆動される。
【００４９】
このとき、バイアス回路２５は、バイアス電流Ｅ３３の電流変動の位相とこれによるレーザ光Ｌ３１の周波数変動の位相との差の位相が反転する位相反転周波数以下の第１周波数帯での強度変動に基づいてフィードバック制御を行う。その結果、レーザ光Ｌ３１のＦＭ雑音レベルが低下し、スペクトル幅が狭幅化される。
【００５０】
また、半導体レーザ部３１において構成される低域通過ＣＲ回路と低域通過フィルタ３６とによって、それぞれのカットオフ周波数よりも高い周波数の変動成分が遮断されるので、レーザ光Ｌ３１のＦＭ雑音レベルが、第１周波数よりも高周波側でも低下する。これによって、レーザ光Ｌ３１のスペクトル幅がさらに狭幅化される。
【００５１】
図９は、本実施の形態３の半導体レーザ装置において、フィードバック制御に用いる第１周波数帯の３ｄＢ帯域を１ＭＨｚ近傍に設定し、かつ低域通過ＣＲ回路および低域通過フィルタのカットオフ周波数をいずれも１ＭＨｚとした場合の、半導体レーザの有効線幅の周波数特性の模式図である。なお、比較のために、従来のように１０ｋＨｚ程度の周波数帯でのレーザ光強度が安定するように電流一定制御を行った半導体レーザの有効線幅の周波数特性を破線で示している。
【００５２】
図９に示すように、第１周波数帯の３ｄＢ帯域を１ＭＨｚ近傍とし、低域通過ＣＲ回路および低域通過フィルタのカットオフ周波数をいずれも１ＭＨｚとした場合に、破線で示す従来例と比較して、１ＭＨｚ以下、および１ＭＨｚ以上の両方のＦＭ雑音レベルが抑制される。
【００５３】
ところで、半導体レーザ装置では、たとえば制御部は、高周波の変調電力の発生原となる回路等が搭載されている場合がある。たとえば、半導体レーザをペルチェ素子で温度制御して駆動する場合には、制御部にはペルチェ素子をＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）制御するＰＷＭ制御回路が搭載されるが、このＰＷＭ制御回路はＰＷＭの変調周波数での変調電力を発生する。また、制御部がデジタル回路で構成される場合には、電流制御のためのＣＰＵ等の基準クロックを発生するための基準クロック発生器が搭載され、これが変調電力の発生源となる。
【００５４】
このような変調電力発生部が制御部またはそれ以外の半導体レーザ装置内に搭載されている場合には、当該変調電力発生部における変調周波数を、バイアス電流の電流変動によるレーザ光の周波数変動の利得が極小値になる（すなわち低感度の）周波数の近傍の周波数に設定することが好ましい。このように変調周波数を設定すれば、変調電力発生部が発生する変調電力がバイアス電流の電流変動に重畳したとしても、レーザ光の周波数変動に重畳される程度を最小限に抑制することができる。ここで、利得が極小値になる周波数の近傍の周波数とは、利得が極小値になる周波数を含めて、利得が許容値以下となるような周波数の範囲を意味する。利得の許容値は、たとえば半導体レーザ装置で許容されるＦＭ雑音レベルの要求仕様等にもとづいて決定される。
【００５５】
バイアス電流の電流変動によるレーザ光の周波数変動の利得は、図２または５のように、半導体レーザの周波数応答特性を測定することで求めることができる。図５に示す例では、変調電力発生部が発生する変調電力の周波数を１ＭＨｚ近傍とすれば、レーザ光への重畳を最小限に抑制することができる。
【００５６】
図１０は、本発明の実施の形態３の変形例に係る半導体レーザ装置の模式的な構成図である。図１０に示す半導体レーザ装置３０Ａは、実施の形態３に係る半導体レーザ装置３０のバイアス回路２５をバイアス回路３５に置き換えた構成を有する。バイアス回路３５は、変調周波数を、バイアス電流の電流変動によるレーザ光の周波数変動の利得が極小値になる周波数の近傍の周波数に設定した変調電力発生部３５ａを備える。変調電力発生部３５ａはたとえば基準クロック発生器やＰＷＭ制御回路である。バイアス回路３５は、変調電力発生部３５ａの変調周波数の成分が重畳されたバイアス電流Ｅ３２Ａを出力するが、変調成分がレーザ光の周波数変動に重畳される程度は小さい。また、低域通過フィルタ３６のカットオフ周波数を、変調周波数よりも低くすれば、バイアス電流Ｅ３２Ａの変調成分は低域通過フィルタ３６によって大幅に遮断されて、低域通過フィルタ３６からバイアス電流Ｅ３３Ａとして出力されるので、変調成分がレーザ光の周波数変動に重畳される程度はきわめて小さくなる。
【００５７】
（実施の形態４）
図１１は、本発明の実施の形態４に係る半導体レーザ装置の模式的な構成図である。図１１に示すように、本実施の形態４に係る半導体レーザ装置３０は、半導体レーザ部３１と、光サーキュレータ４２と、ＦＢＧ４３と、フォトダイオード２４と、バイアス回路２５と、低域通過フィルタ３６とを備えている。光サーキュレータ４２およびＦＢＧ４３が光分岐部を構成しており、ＦＢＧ４３が周波数弁別部を構成している。光サーキュレータ４２、ＦＢＧ４３、フォトダイオード２４、バイアス回路２５、および低域通過フィルタ３６は半導体レーザ３１の制御装置を構成している。
【００５８】
図１２は、ＦＢＧ４３の透過スペクトルの一例を示す図である。横軸は光の周波数を示している。図１２に示すように、透過スペクトルが周波数に対して傾斜している領域では、周波数が幅ｆ２で変動すると、透過率（あるいは反射率）が幅Ｔ２で変動する。したがって、ＦＢＧ２３は入力された光の周波数変動を強度変動に変換することができる。
【００５９】
この半導体レーザ装置４０では、半導体レーザ部３１は、バイアス電流Ｅ４３によって駆動されてレーザ光Ｌ３１を出力する。光サーキュレータ４２は、レーザ光Ｌ３１をＦＢＧ４３へ透過する。ＦＢＧ４３は、レーザ光Ｌ３１の周波数変動を強度変動に変換し、その一部を、変換された強度変動を含む変換反射レーザ光Ｌ４４として光サーキュレータ４２側に反射により分岐し、残りを出力レーザ光Ｌ３２として出力する。光サーキュレータ４２は、変換反射レーザ光Ｌ４４をフォトダイオード２４へと出力する。フォトダイオード２４は、変換反射レーザ光Ｌ４４を受光し、これを強度変動を含む電気信号Ｅ４１に変換して出力する。バイアス回路２５は、電気信号Ｅ４１に含まれる強度変動に基づいて、この強度変動が抑制されるようにフィードバック制御されたバイアス電流Ｅ４２を出力する。低域通過フィルタ３６は、バイアス電流Ｅ４２に含まれるカットオフ周波数よりも高い周波数の変動成分を遮断し、バイアス電流Ｅ４３として半導体レーザ部３１に出力する。半導体レーザ部３１はかかるフィードバック制御されたバイアス電流Ｅ４３によってフィードバック駆動される。
【００６０】
このとき、バイアス回路２５は、バイアス電流Ｅ４３の電流変動とこれによるレーザ光Ｌ３１の周波数変動との間の位相関係が反転する位相反転周波数以下の第１周波数帯での強度変動に基づいてフィードバック制御を行う。その結果、レーザ光Ｌ３１のＦＭ雑音レベルが低下し、スペクトル幅が狭幅化される。
【００６１】
また、半導体レーザ部３１において構成される低域通過ＣＲ回路と低域通過フィルタ３６とによって、それぞれのカットオフ周波数よりも高い周波数の変動成分が遮断されるので、レーザ光Ｌ３１のＦＭ雑音レベルが、第１周波数帯よりも高周波側でも低下する。これによって、レーザ光Ｌ３１のスペクトル幅がさらに狭幅化される。
【００６２】
なお、上記実施の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。たとえば、実施の形態２の半導体レーザ装置２０に、実施の形態３の低域通過フィルタ３６を設けてもよいし、バイアス回路２５を、実施の形態３の変形例の変調電力発生部３５ａを備えるバイアス回路３５に置き換えても良いし、エタロンフィルタ２３をＭＺ干渉計やMichelson干渉計に置き換えても良い。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１０、２０、３０、３０Ａ、４０  半導体レーザ装置
１１、２１  半導体レーザ
１２  光分岐部
１３  周波数弁別部
１４  光強度検出部
１５  制御部
２２  光カプラ
２３  エタロンフィルタ
２４  フォトダイオード
２５、３５  バイアス回路
３１  半導体レーザ部
３５ａ  変調電力発生部
３６  低域通過フィルタ
４０  半導体レーザ装置
４２  光サーキュレータ
Ｅ１１、Ｅ２１、Ｅ３１、Ｅ４１  電気信号
Ｅ１２、Ｅ２２、Ｅ３２、Ｅ３２Ａ、Ｅ３３、Ｅ３３Ａ、Ｅ４２、Ｅ４３  バイアス電流
ｆ１、ｆ２、Ｔ１、Ｔ２  幅
Ｌ１１、Ｌ２１、Ｌ３１  レーザ光
Ｌ１２、Ｌ２２、Ｌ３２  出力レーザ光
Ｌ１３、Ｌ２３、Ｌ３３  分岐レーザ光
Ｌ１４、Ｌ２４、Ｌ３４  変換レーザ光
Ｌ４４  変換反射レーザ光
Ｓ１、Ｓ２  領域
【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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