JP2003283044A - 波長可変半導体レーザの波長制御装置、波長制御方法および波長可変半導体レーザ装置 - Google Patents
波長可変半導体レーザの波長制御装置、波長制御方法および波長可変半導体レーザ装置Info
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- JP2003283044A JP2003283044A JP2002083378A JP2002083378A JP2003283044A JP 2003283044 A JP2003283044 A JP 2003283044A JP 2002083378 A JP2002083378 A JP 2002083378A JP 2002083378 A JP2002083378 A JP 2002083378A JP 2003283044 A JP2003283044 A JP 2003283044A
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Abstract
った半導体レーザにおいて、記憶データの少ない簡略し
たデータベースを用いて高精度でかつ安定性のある波長
制御を実現する。 【解決手段】 フロントSSG DBR領域31への注
入電流IfおよびリアSSG DBR領域34への注入
電流Irと発振波長との関係から安定発振する領域を通
る関数または関数を規定するための情報を記憶したデー
タベース25と、データベース25の記憶データに基づ
いてフロントSSG DBR領域31への注入電流If
およびリアSSG DBR領域34への注入電流Irを
制御する電源コントローラ26とを備える。
Description
送(WDM)などに適用する光通信用デバイスとして用
いられる波長可変半導体レーザの発振波長を制御する波
長可変半導体レーザの波長制御装置、波長制御方法に関
し、さらには波長制御装置が搭載される波長可変半導体
レーザ装置に関するものである。
において、高密度波長分割多重(DWDM:Dense Wave
length Division Multiplexing)方式が行われるように
なってきた。このDWDM方式は、異なる複数の波長を
1本の光ファイバに多重化して伝送する方式であり、高
い精度で光の波長を安定化させる必要がある。
は、一般に分布帰還型(DFB:Distributed Feedbac
k)レーザが用いられている。このDFBレーザでは、
一つの波長のみを選択的に反射する回折格子を光増幅領
域に形成している。このため、DFBレーザを用いる
と、発振モードが安定し、単一波長の半導体レーザが実
現できる。通常、WDMシステムに用いられる光機器に
おいては、光源を1チャンネル(波長)に1つ用いる
が、DFBレーザは波長可変領域が小さいために、故障
対策用の予備光源にも、1チャンネルに1つのDFBレ
ーザが必要となるので、システムが高価になるという課
題がある。
領域が大きいレーザを光源として用いる必要がある。D
BR(Distributed Bragg Reflector)半導体レーザ
は、光増幅領域の両側に波長依存性のある回折格子を配
置し、特定の波長のみを選択的に反射させて光増幅領域
で増幅させることにより、1本のピーク波長を持つ発振
光を発生させるものである。その際、両側の回折格子部
への注入電流を変化させることにより数十nm程度発振
波長を変化させることができる。しかし、反射ピーク間
隔が比較的狭いDBR構造の半導体レーザでは、両側の
回折格子の反射ピークが一致する波長が隣の波長に飛び
移るモードホッピングや、隣接する発振縦モードの競合
などを原因として、発振モードが不安定になり易いとい
う課題がある。
ペクトルアナライザを用いて発振モードを確認しながら
調整する手法が取られることが多いが、スペクトルアナ
ライザを使用するために、波長調整制御が大がかりとな
り、また装置が大型化する問題がある。
子部への各注入電流I1、I2を変数とした2次元のデ
ータテーブルを作成し、各注入電流I1、I2の組み合
わせ毎に発振特性に関するデータ(単一モード発振波長
や不安定発振を示すデータ)を登録し、この登録データ
を用いて波長制御を行うことが知られている。
各注入電流I1、I2の全ての組み合わせ毎に発振特性
に関するデータを登録しているので、データテーブルの
登録データが多くなって、膨大なメモリ容量が必要とな
る。この結果、装置コストが増大し、光送信モジュール
への収納が可能なほどへの小型化が困難となる。
記憶データの少ない簡略したデータベースを用いて高精
度でかつ安定性のある波長制御をなし得る波長可変半導
体レーザの波長制御装置、波長制御方法および波長可変
半導体レーザ装置を得ることを目的とする。
変半導体レーザの波長制御装置は、複数の反射ピークを
有する第1及び第2の光反射器とこれら第1及び第2の
光反射器の間に配される活性層領域とを有する波長可変
半導体レーザの発振波長を制御する波長可変半導体レー
ザの波長制御装置において、前記第1の光反射器への注
入電流および第2の光反射器への注入電流と発振波長と
の関係から安定発振する1〜複数の領域を通る関数また
は該関数を規定するための情報を記憶したデータベース
と、上記データベースの記憶データに基づいて目標波長
に対応する前記第1および第2の光反射器への注入電流
値を取得し、該取得した注入電流値を用いて前記第1お
よび第2の光反射器へ注入電流を制御する電源コントロ
ーラとを備えたものである。
反射器への注入電流をIfとし、第2の光反射器への注
入電流をIrとした場合、下記関数または下記関数を規
定するための定数a,b,c,dについての1組〜複数
組のデータを有していてもよい。 Ir=a×If+b If=(c×λ+d)2 (λ:波長、a,b,c,
d:定数)
の光反射器が異なる格子間隔の周期をもつ不均一グレー
ティングを用いたDBR構造を有していてもよい。
活性層領域と前記第1または第2の光反射器の間に位相
制御領域を有し、発振モードをモニタする発振モードモ
ニタをさらに備え、前記発振モードモニタの出力に基づ
いて前記位相制御領域への注入電流を制御する発振モー
ド制御回路をさらに備えていてもよい。
交流成分に基づき発振モードが単一縦モード発振または
多モード発振の何れであるかを判定するものであっても
よい。
さらに備え、前記波長モニタの出力に基づいて前記波長
可変半導体レーザの素子温度または注入電流の制御を行
う波長制御回路をさらに備えていてもよい。
長に応じて透過率が変化する波長フィルタと、この波長
フィルタの透過光を受光する光検出器とを備えていても
よい。
長に応じて透過率が変化する狭帯域の波長フィルタと、
この狭帯域の波長フィルタの透過光を受光する第1の光
検出器と、入力発振光の波長に応じて透過率が変化する
広帯域の波長フィルタと、この広帯域の波長フィルタの
透過光を受光する第2の光検出器とを備えていてもよ
い。
別領域はITUグリッドに対応し、前記広帯域の波長フ
ィルタの波長弁別領域は半導体レーザの波長可変範囲よ
りも大きくしてもよい。
ーエタロン、複屈折フィルタ、多層膜フィルタ、ファイ
バーグレーティングの何れかであってもよい。
ニタをさらに備え、前記光強度モニタの検出出力が一定
になるように前記活性層領域への注入電流を制御する光
強度制御回路をさらに備えていてもよい。
波長制御方法は、複数の反射ピークを有する第1及び第
2の光反射器とこれら第1及び第2の光反射器の間に配
される活性層領域および位相制御領域とを有する波長可
変半導体レーザの発振波長を制御する波長可変半導体レ
ーザの波長制御方法において、前記第1の光反射器への
注入電流および第2の光反射器への注入電流と発振波長
との関係から安定発振する1〜複数の領域を通る関数ま
たは該関数を規定するための情報を記憶したデータベー
スの記憶データに基づいて目標波長に対応する前記第1
および第2の光反射器への注入電流値を取得し、該取得
した注入電流値を用いて前記第1および第2の光反射器
へ注入電流を制御する光反射器制御ステップを備えるも
のである。
行され、検出した発振モードに基づいて前記位相注入領
域への注入電流を制御する発振モード制御ステップをさ
らに備えていてもよい。
行され、検出した発振波長に基づいて前記波長可変半導
体レーザの素子温度または注入電流を制御する波長制御
ステップをさらに備えていてもよい。
前記活性層領域への注入電流を制御する光強度制御ステ
ップをさらに備えていてもよい。
反射器への注入電流をIfとし、第2の光反射器への注
入電流をIrとした場合、下記関数または下記関数を規
定するための定数a,b,c,dについての1組〜複数
組のデータを有していてもよい。 Ir=a×If+b If=(c×λ+d)2 (λ:波長、a,b,c,
d:定数)
置は、複数の反射ピークを有する第1及び第2の光反射
器とこれら第1及び第2の光反射器の間に配される活性
層領域および位相制御領域とを有する波長可変半導体レ
ーザと、前記第1の光反射器への注入電流および第2の
光反射器への注入電流と発振波長との関係から安定発振
する1〜複数の領域を通る関数または該関数を規定する
ための情報を記憶したデータベースと、発振モードをモ
ニタする発振モードモニタと、上記データベースの記憶
データに基づいて目標波長に対応する前記第1および第
2の光反射器への注入電流値を取得し、該取得した注入
電流値を用いて前記第1および第2の光反射器へ注入電
流を制御する電源コントローラと、前記発振モードモニ
タの出力に基づいて前記位相制御領域への注入電流を制
御する発振モード制御回路とを備えたものである。
反射器への注入電流をIfとし、第2の光反射器への注
入電流をIrとした場合、下記関数または下記関数を規
定するための定数a,b,c,dについての1組〜複数
組のデータを有していてもよい。 Ir=a×If+b If=(c×λ+d)2 (λ:波長、a,b,c,
d:定数)
出力の光軸上にレーザ光を分岐し、分岐した一方の出力
を前記発振モードモニタに入力する光分岐器をさらに備
えていてもよい。
可変半導体レーザの背面光の一部または全てを受光する
ように配置されていてもよい。
発明にかかる波長可変半導体レーザの波長制御装置、波
長制御方法および波長可変半導体レーザ装置の好適な実
施の形態を詳細に説明する。
レーザ装置の構成を示すブロック図である。図1に示す
ように、この波長可変半導体レーザ装置は、DBR方式
の半導体レーザ1と、半導体レーザ1のチップを一定温
度に温度補償するべく半導体レーザ1のチップに隣接し
て配置されるヒートシンク2およびペルチェ素子3と、
光分岐手段としてのビームスプリッタ4,5,6と、レ
ーザ光の波長を検出する波長モニタ7と、発振モード状
態を検出する発振モードモニタ8と、レーザ光強度を検
出する光強度モニタ9と、半導体レーザ1のチップの温
度をモニタする温度モニタ10と、半導体レーザ1を制
御する半導体レーザ駆動装置20とを備えている。
7の出力に基づきレーザ光の波長を制御する波長制御回
路21と、発振モードモニタ8の出力に基づきレーザ光
の発振モードを制御する発振モード制御回路22と、光
強度モニタ9の出力に基づき光強度が一定になるように
制御する光強度制御回路23と、温度モニタ10の出力
に基づき半導体レーザ1のチップの温度が一定になるよ
うに制御する温度制御回路24と、半導体レーザ1を制
御するために必要なパラメータ(DBR領域への注入電
流を求めるためのパラメータ)を記憶しているデータベ
ース(DB)25と、半導体レーザ1へ電流を注入する
とともにレーザ素子温度を制御する電源コントローラ2
6とを備えている。
プリッタ4によって分岐され、その一部がモニタ光A1
として取り出される。モニタ光A1は、ビームスプリッ
タ5によって分岐され、その一部が分岐光A2として波
長モニタ7に入力される。残りは、ビームスプリッタ6
に入射されて分岐され、一部が分岐光A3として発振モ
ードモニタ8に入射され、残りが分岐光A4として光強
度モニタ9に入射される。
は、波長制御回路21に入力される。発振モードモニタ
8の出力である発振モードモニタ信号は、発振モード制
御回路22に入力される。光強度モニタ9の出力である
光強度モニタ信号は、光強度制御回路23に入力され
る。さらに、温度モニタ10の出力である温度モニタ信
号が温度制御回路24に入力される。
ータベース25からのデータと、波長制御回路21、発
振モード制御回路22、光強度制御回路23および温度
制御回路24からの各信号とを電源コントローラ26に
入力する。電源コントローラ26は、これらの入力信号
に基づいて電源を制御することで、半導体レーザ1への
注入電流、ペルチェ素子3の駆動電流などを制御する。
振モードモニタ8、光強度モニタ9の詳細について説明
する。
て説明する。この場合、半導体レーザ1としては、例え
ば超構造グレーティングDBR半導体レーザ(以下SS
GDBR-LDと略す Super Structure Grating DB
R Laser Diode)を用いる。図2にSSG DBR-LD
の典型的な構造を示す。
反射器としてのフロントSSG DBR領域31は、格
子間隔が変化している不均一回折格子(不均一グレーテ
ィング)を光軸方向に多段に並べた構造であり、複数の
反射ピークを有する反射スペクトルを実現することがで
きる。他方の光反射器としてのリアSSG DBR領域
34は、フロントSSG DBR領域31と異なる周期
間隔の回折格子を多段に並べた構造であり、フロントS
SG DBR領域31とは反射ピークの周期が異なる複
数の反射ピークを有する反射スペクトルを実現すること
ができる。すなわち、DBR領域31,34は、連続的
に格子間隔(周期)が変化している回折格子群(チャー
プドグレーティング)をひとつの単位にして、この回折
格子群を整数回同じ間隔で並べたものであり、基本的に
は、フロントSSG DBR領域31とリアSSG DB
R領域34とで、チャープドグレーティングの並びの周
期を変えることによって、フロントSSG DBR領域
31とリアSSG DBR領域34とで、反射ピークの
周期を異ならせている。なお、チャープドグレーティン
グの並びの周期を変えると言うことは、チャープドグレ
ーティング単体の長さを変えることと等価で、単体の反
射特性をキープするために、チャープドグレーティング
(一つの単位)の中の周期変化も合わせて変えることも
ある。
SG DBR領域34との間には、利得領域である活性
層領域32と、利得効果を有しない位相制御領域33が
配置されている。これら各領域31〜34には、独立に
電流を注入することができる構造となっている。活性層
領域32への注入電流をIaとし、位相制御領域33へ
の注入電流をIpとし、フロントSSG DBR領域3
1への注入電流をIfとし、リアSSG DBR領域3
4への注入電流をIrとする。
る。活性層領域32にある閾値以上の駆動電流Iaを注
入すると、フロントSSG DBR領域31とリアSS
G DBR領域34との間で共振する光は、活性層領域
32で増幅され、フロントSSG DBR領域31から
出射光が取り出される。
な、利得特性およびロス特性によって決まる。図3に
は、利得特性40と、フロントSSG DBR領域31
の反射特性(太線)41と、リアSSG DBR領域3
4の反射特性(点線)42と、フロントSSG DBR
領域31とリアSSG DBR領域34との間の共振器
長によって決まる共振縦モード43(細線)とが示され
ている。各反射特性および共振縦モードともにピークで
反射率が最大となる。フロントSSG DBR領域31
の反射ピーク41の周期と、リアSSG DBR領域3
4の反射ピークの周期42(波長間隔)とは、前述した
ように、僅かに異なるようになっている。
R領域31の反射ピークとリアSSG DBR領域34
の反射ピークが一致する波長は、特にSSGモードと呼
ばれ、このSSGモードと共振縦モードが一致する波長
で発振する。図3の場合は、中心付近の波長λ0で、S
SGモードと共振縦モードが一致しており、この波長λ
0で発振する。
と、半導体レーザ1の素子温度Tldを変えることで利
得帯域およびSSGモードを調整し、また位相制御領域
33への注入電流Ipを変えて共振縦モードを変化させ
ることで波長を調節する。
が一定の条件下でIf,Irを変化させたときの発振波
長の分布を示したものである。図5は、図4が色によっ
て波長の区分をしており、モノクロ化された状態では説
明の都合上視認が困難なため、図4における波長分布の
波長境界を実線および破線で示したものである。図5に
よって、図4では特に視認困難な左上から右下に延びる
方向への波長境界を破線で示している。
振波長が長波長になることを示している。また、図4で
は、視認が困難であるが、図5に示す紙面上で左下から
右上に延びる実線で囲まれた複数の各領域中では、左下
から右上に向けて発振波長が連続的に短波長側に変化し
ている。この連続的変化の境界が図5に示す破線に対応
している。
他方を連続的に変化させた場合、波長が急激に変化する
点(図4では矩形の小さな白抜きブロックKとして示さ
れている)が存在する。これは図3で示すフロントSS
G DBR領域31とリアSSG DBR領域34の反射
特性が波長に対して変化していることに起因する。すな
わちこれは、フロントSSG DBR領域31とリアS
SG DBR領域34の反射特性41,42のどちらか
一方のみが変化させていくと、バーニア効果により隣の
反射ピークにSSGモードが移り、大きく波長が跳ぶモ
ードホッピングを原因としている。
変化する電流条件(図4および5中A点:If=13.
8mA,Ir=17mA)で測定した発振スペクトルを
示す。また、図6(b)に、それ以外の電流条件(図4
および5中B点:If=18mA,Ir=17mA)で
測定した発振スペクトルを示す。なお、B点は、図5に
おいて、実線と破線で囲まれた1つの鱗状の領域の中央
付近を選択している。
2つの波長で発振が生じ、多モード発振となっている。
尚、この2つの波長での発振は2つ共が常時発振してい
るわけではなく、時間軸上では不定期にどちらかが発振
している状態である。これは上述の隣接したSSGモー
ド同士の競合が原因であり、ゆえに発振が不安定になっ
ている。それに対して、鱗状の領域の中央付近を選択し
ているB点では、図6(b)に示すように、単一縦モー
ド発振が得られている。
発振になる場合がある。すなわち、図4および図5にお
いて、左下から右上に連続的にIf,Irを変化させた
場合にも波長が少し跳ぶ。これは発振縦モードが隣接し
たモードに移ったことを示しており、この場合にも発振
が不安定になる。
ると、前述した複数の鱗状の領域の中心部分は、安定し
て単一縦モードが発振している領域となり、その境界部
分(図5の実線および破線の近傍領域)は発振が不安定
になることが判る。本発明は、このような考察に基づい
てなされたものであり、データベース25に安定発振す
る条件のみを抽出可能な所定の関数を設定し、この関数
を規定するための定数値を発振波長に対応して記憶する
ようにする。その詳細は、後述する。
モニタ7は、入力光の波長を弁別し、波長に応じて変化
する波長モニタ信号を出力する装置であり、例えば波長
フィルタと光検出器とで構成される。波長フィルタは、
入力光波長に応じて透過率を変える特性を有している。
波長フィルタとしては、例えばファブリペローエタロン
や、複屈折フィルタ、薄膜フィルタ、ファイバーグレー
ティング等を用いる。波長フィルタの入力光波長に応じ
て透過率を変える特性を利用して、波長フィルタで波長
情報を強度情報に変換する。そして、光検出器で波長フ
ィルタからの光信号を電気信号に変換することにより、
波長に応じた強度の電気信号を得ることができる。
目標波長をλcとする。もし発振波長がΔλずれた場
合、それに応じて波長モニタ信号の強度が増減する。こ
の増減をモニタすることにより波長変動量を検出するこ
とができる。したがって、波長制御回路21で、波長モ
ニタ信号が目標波長λcの時の強度になるように注入電
流Ip、Ia、If、Irのいずれかもしくは素子温度
Tldを調節することにより波長を目標波長λcへ安定
化できる。
する。発振モードモニタ8は、発振モード状態に応じて
単一縦モード発振をしているかもしくは多モード発振を
しているかを判別し、該判別結果を示す発振モードモニ
タ信号を出力する。発振モードモニタ8としては、例え
ば、入力光の直流成分を除いた交流成分のみを検知する
ことができる光検出器を用いる。モード競合等により発
振モードが不安定になると、強度雑音が増加するため、
前記光検出器からの出力は多モード発振になると増加
し、単一縦モード発振になると減少する傾向をもつ。光
検出器の出力信号に対して閾値を設定し、閾値以上であ
れば多モード発振、閾値以下であれば単一縦モード発振
という判断をする。発振モード制御回路22は、発振モ
ードモニタ信号を元に半導体レーザ1への注入電流Ip
を制御することにより発振モードを安定化させる。
光強度モニタ9は、レーザ光の強度変化に応じた信号を
光強度モニタ信号として出力する。構成としては、例え
ば光検出器があげられる。光検出器は入力光強度が増加
すると出力信号が増加し、入力光強度が減少すると出力
信号が減少する特性をもつ。従ってこの信号をモニタす
ることにより、レーザ光強度変化を検出することができ
る。光強度制御回路23では、光強度モニタ信号が一定
になるように活性層領域32への注入電流Iaを制御す
ることにより、レーザ光強度を所望の値に一定に安定化
できる。
信号、発振モードモニタ信号、レーザ光強度モニタ信号
および温度モニタ信号を元に、半導体レーザ1への注入
電流(Ia,If,Ir,Ip)を制御するとともに、
ペルチェ素子3を制御して素子温度(Tld)を制御す
る。オペレータは、半導体レーザ駆動装置に安定化させ
たい目標波長とレーザ光強度を入力するだけで自動的
に、目標波長と目標強度に調整されて単一縦モードで発
振する。
お、レーザ光強度は上記のレーザ光強度モニタ信号を元
に、光強度制御回路23によってあらかじめ設定された
目標強度に安定化されているものとする。図7は、図1
に示される波長可変半導体レーザ装置の波長同調動作を
示すフローチャートであり、このフローチャートに従っ
て動作を説明する。
25について説明する。IfとIrを設定する際に不安
定モード発振を回避することが必要条件としてあげられ
るが、単純に図4のような電流マップを全てデータベー
スとして記録すると、図中の単一縦モード発振領域に設
定できるが、データ容量が膨大になってしまう。
に延びる実線で囲まれた複数の領域中のほぼ真ん中に位
置するようにラインL1〜L4を設定し、このラインL
1〜4上に乗るような条件下でのIfとIrと波長の関
係式を導入することによってSSGモードの遷移領域へ
の移行を回避するとともに、記憶データ量を大幅に削減
する。また、できるだけ、遷移領域から離れた中央付近
を選択することによって、レーザ素子の経年変化にも強
い波長制御を実現する。
遷移領域(図8中の実線で示される波長境界領域)から
離れて、安定した発振モードが得られるIfとIrとの
関係を求める。
DBR領域34の反射モードであるSSGモードのうち
の1本を選択していることに相当している(図3中のフ
ロントDBR領域31の反射特性(太線)41と、リア
DBR領域34の反射特性(点線)42の重なる条件を
決めている)。その関係は直線となり、Ir=a×If
+bの式で表される(a,bは定数)。例えば、ライン
L1でのIfとIrとの関係はIr=0.8×If+
2.0となり、あるIfが与えられたときにこの式を満
たすIrを設定すればよい。ラインL2〜L4について
も同様である。
fと波長の関係を示す。各ラインL1〜L4上での波長
λとIfとの関係をIf=(c×λ+d)2の曲線でフ
ィッティングすることによって求める(c,dは定
数)。
まず目標波長がどのライン上にあるか選択し、選択した
ライン上において、 Ir=a×If+b …式(1) If=(c×λ+d)^2 …式(2) を満たすIf,Irを求め、該求めたIf,Irを印加
する。データベース25には、各ラインL1〜L4につ
いて、 各ラインL1〜L4の選択可能な波長範囲 式(1)の定数a,b 式(2)の定数c,d を記憶しておくだけでよい。なお、上記式(2)は、I
rと波長の関係を用いてもよい。また、データベース2
5に、上記定数a,b,c,dが規定された式(1)お
よび式(2)の関数自体を発振波長に対応して記憶する
ようにしてもよい。
では、図8に実線で示す遷移領域から離れた波長制御は
可能となるが、まだ図8に破線で示す遷移領域への移行
が想定される。このため、上記のIf,Irの設定のみ
では、目標波長に高精度に安定化まではされず、後述の
Ip制御による発振縦モードの安定化および波長モニタ
による波長安定化(素子温度Tld制御など)が必要に
なる。
ャートに従って、上記データベース25を用いた波長同
調手順を説明する。
長λcの波長を半導体レーザ駆動装置20に入力する
(ステップ100)。具体的には、図示しない入力装置
を介してオペレータが電源コントローラ26に入力す
る。
源コントローラ26ではデータベース25を参照して、
If,Irを求め、該求めたIf,Irを半導体レーザ
1のフロントSSG DBR領域31,リアSSG DB
R領域34に注入し、発振波長を目標波長λc付近に到
達させる(ステップ110)。
0で行うDBR領域印加電流処理を示す。まず、目標設
定波長λcが入力されると(ステップ200)、ステッ
プ210、230、250、270でのライン判断処理
によって、データベース25を参照して目標波長λcが
どのライン上にあるかを判断する。
あると(ステップ210)、1つのラインについての前
記関係式(1)(2)を用いてIf,Irが求められる
(ステップ220)。すなわち、選択されたラインで設
定されている定数a,b,c,dをデータベース25か
ら読み込み、式(1)および式(2)を用いてIf,I
rを決定する。
あると(ステップ230)、別のラインについての前記
関係式(1)(2)を用いてIf,Irが求められる
(ステップ240)。目標波長λcがλ3<λc≦λ4
の範囲にあると(ステップ250)、別のラインについ
ての前記関係式(1)(2)を用いてIf,Irが求め
られる(ステップ260)。目標波長λcがλ4<λc
≦λ5の範囲にあると(ステップ270)、別のライン
についての前記関係式(1)(2)を用いてIf,Ir
が求められる(ステップ280)。
い場合は、その半導体レーザ1の発振波長外であること
を示し、エラー表示を行う(ステップ290)。
λcの選択範囲をλ1≦λc≦λ2とし、ステップ23
0では、目標波長の選択範囲をλ2<λc≦λ3とし、
ステップ250では、目標波長の選択範囲をλ3<λc
≦λ4とし、ステップ270では、目標波長の選択範囲
をλ4<λc≦λ5とすることで、各ステップで目標波
長の選択範囲が重ならないようにするとともに、各ステ
ップ210,230,250,270で条件が成立した
場合、一つのラインを選択して、選択した1つのライン
についての関係式(1)(2)を用いてIf,Irを求
めるようにしているので、目標波長λcが半導体レーザ
1の発振可能な波長範囲λ1≦λc≦λ5の中であれ
ば、唯一のラインが選択されることとなる。
注入電流が大きいほうのラインを選ぶようにすれば、電
流が大きくなる欠点がある反面、より安定な波長制御を
なし得る。これは、図4,図5から判るように、電流値
If,Irが大きなほうが、前述した鱗状の領域の大き
さが大きくなり、ライン上の点が遷移領域からより遠ざ
かるからである。
ドモニタ処理について説明する。発振モード制御回路2
2は、発振モードモニタ8からの信号を参照し(ステッ
プ120)、今発振しているモードが単一か多モード発
振をしているかを判断する(ステップ130)。発振モ
ードが安定な場合は、発振モードモニタ8からの信号強
度は低く、逆に発振モードが不安定な場合には信号強度
が大きくなる。そこで、発振モード制御回路22は、予
め設定しておいた基準値と比較し、信号が基準値以下な
ら手順をつぎのステップ150に移行させ、閾値以上の
多モード発振をしている場合は、閾値以下になるまで位
相制御領域33への注入電流Ipを0から増加させるこ
とによって発振モードを微調整して、安定化させる(ス
テップ140)。なお、先のステップ110でのDBR
領域印加電流処理において最適なIfおよびIrを選択
しているため、SSGモードの競合による不安定モード
発振は考慮しなくてもよく、従ってこのステップ140
での処理で、IfおよびIrを調節する必要はない。こ
の制御により、各ラインL1〜L4上で、発振モードを
遷移領域から移行させて、発振モードを安定化させるこ
とができる。
7からの波長モニタ信号を元に目標波長λcからのずれ
量を検出する(ステップ150、160)。波長制御回
路21は、この波長ずれ量が予め規定された閾値(発振
波長確度)よりも大きい場合は、電源コントローラ26
を介してペルチェ素子3を駆動して温度モニタ10によ
って半導体レーザ近傍の温度をモニタしながら素子温度
Tldを調節することによって目標波長λcに安定化さ
せる(ステップ170)。また、波長制御回路21は、
前記波長ずれ量が発振波長確度よりも小さい場合には、
目標波長に安定した旨を表示する。
づく波長制御においては、素子温度Tldのみの制御に
よって波長の微調整を行うようにしている。これは、こ
のステップ150〜170の段階で、注入電流Ip、I
a、If、Irのいずれかを制御して波長制御を行う
と、先のステップ110、140で調整されたIp、I
f、Irが変化して、発振モードなどにも悪影響を及ぼ
すことを考慮したからである。
は、ステップ120〜ステップ180までの手順が繰り
返し実行されている。
ード競合による不安定モード発振を回避するようなI
f,Irの関係式Ir=a×If+bと、そのときのI
fと波長の関係式If=(c×λ+d)2を導き、これ
ら関係式の定数a、b、c、dまたは関係式自体を発振
波長範囲に対応付けて記憶した簡略化したデータベース
を用いたため、安定な単一縦モード発振を得るための波
長同調を行う際のデータベースの記憶容量が大幅に削減
され、装置の小型化およびコストダウンに寄与する。
モニタ8の出力を用いて位相制御領域33への注入電流
Ipを制御することで、If、Irの制御によって選択
されたライン上での遷移領域への移行を回避するように
したので、単一縦モードでの発信が高精度に安定され
る。また、波長同調動作において、波長モニタ7を用い
て素子温度Tldを調節したため、他の制御パラメータ
である半導体レーザ1への注入電流Ip、If、Irな
どに影響を与えることなく高精度に発振波長を安定化で
きるという効果を奏する。
レーザ装置に用いる波長モニタ7の他の構成例について
説明する。図11に示す波長モニタ7は、入力発振光
(モニタ光)の波長に応じて透過率が変化する狭帯域波
長フィルタ50と、この狭帯域波長フィルタ50の透過
光を受光する光検出器51と、入力発振光の波長に応じ
て透過率が変化する広帯域波長フィルタ52と、この広
帯域波長フィルタ52の透過光を受光する光検出器53
とを備えている。
波長情報を強度情報に変換し、各光検出器51,53
で、波長フィルタ50,52からの光信号を電気信号に
変換することにより、波長に応じた強度の電気信号を得
ることができる図12は、狭帯域波長フィルタ50の波
長特性と広帯域波長フィルタ52の波長特性を示すもの
である。Δλldは半導体レーザの波長可変領域であ
り、Δλf1は広帯域波長フィルタ52の波長弁別領域
であり、Δλf2は狭帯域波長フィルタ50の波長弁別
領域である。また、ITUグリッドの各波長(チャネ
ル)間隔を狭帯域波長フィルタ50の波長弁別領域の2
倍(2×λf2)に等しく設定している。ITUグリッ
ドは、国際電気通信連合(International Telecommunic
ation Union)で指定された特定の波長領域、例えば1
550nmのウインドウでの近接した間隔の波長セット
であり、例えば100GHZ間隔の場合は、約0.8n
mの波長間隔に相当する。
半導体レーザに比べ、波長可変領域(Δλld)が、3
0nm〜40nmと、広い。狭帯域波長フィルタ50
は、波長変化に対する信号強度変化が大きく、波長を高
精度に検出できる利点があるが、狭帯域波長フィルタ5
0の波長弁別領域(Δλf2)は狭いので、狭帯域波長
フィルタ50のみでは、半導体レーザの波長可変領域
(Δλld)を全てカバーすることができず、絶対波長
を検出することができない。そこで、半導体レーザの波
長可変領域(Δλld)の全体は、Δλldより広い波
長弁別領域(Δλf1)をもつ広帯域波長フィルタ52
によってカバーすることで、どのグリッドに位置してい
るか、すなわち発振波長の絶対波長を検出するようにし
ている。
性のみを利用する場合は、 ITUグリッドの波長間隔=2×Δλf2 2×Δλf2<Δλld<Δλf1 の関係が成立するように、各波長フィルタ50,52の
波長特性を設定する。
プの特性を利用する場合は、 ITUグリッドの波長間隔=Δλf2 2×Δλf2<Δλld<Δλf1 の関係が成立するように、各波長フィルタ50,52の
波長特性を設定する。
いた波長制御動作を説明する。まず、図1の波長制御回
路21は、広帯域波長フィルタ52側の光検出器53の
出力を取得し(ステップ300)、この出力に基づいて
目標波長λcに到達しているか否かを判定する(ステッ
プ310)。目標波長λcに到達していない場合は、電
源コントローラ26を介してペルチェ素子3を駆動して
素子温度Tldを調節することによって目標波長λcに
安定化させる(ステップ320)。
cに到達していることが検出されると、波長制御回路2
1は、狭帯域波長フィルタ50側の光検出器51の出力
を取得し(ステップ330)、この出力に基づいて目標
波長λcで安定しているか否かを判定する(ステップ3
40)。波長制御回路21は、波長ずれ量が予め規定さ
れた発振波長確度よりも大きい場合は、電源コントロー
ラ26を介してペルチェ素子3を駆動して素子温度Tl
dを調節することによって目標波長λcに安定化させる
(ステップ350)。
おいては、広帯域波長フィルタ52側の出力に基づいて
発振波長の粗調整を行い、その後、狭帯域波長フィルタ
50側の出力に基づいて発振波長の微調整を行うこと
で、半導体レーザの波長可変領域が大きな場合でも、高
精度の波長制御を行えるようにしている。
1にSSG DBR−LDを用いるようにしたが、他の
SG−DBR LD(サンプルド回折格子 Sampled Gra
tingDBR)構造をもつようなLDにも本発明を適用す
ることができる。この場合にも、上記と同様の効果が得
られる。このSG−DBR LDは、同じ周期の回折格
子のある領域と回折格子のない領域を一つの単位とし
て、これを整数回並べたものであり、「回折格子のある
領域」+「ない領域」の並びが同じ間隔で並んでいる。
SG−DBR LDの場合も、基本的に、フロントSS
G DBR領域とリアSSG DBR領域とで、並びの周
期を変えることによって、フロントSSG DBR領域
とリアSSG DBR領域との反射ピークの周期を異な
らせている。このSG−DBR LDの場合、SSG-D
BRと違ってグレーティングのない領域の距離を変える
ことによって、上記反射ピークの周期の違いを達成でき
るため、グレーティング単体の周期は変えなくても済
む。なお、グレーティング単体の周期を変えることによ
って、上記反射ピークの周期の違いを実現するようにし
てもよい。
1からの前面出力光の一部をモニタ光として波長モニタ
7、発振モードモニタ8および光強度モニタ9に入力し
ているが、半導体レーザ1の背面から出力される微量の
発振光をモニタ光として用いても良い。その場合、前面
光出力を減らすことなく外部出力信号として用いること
ができる。さらにビームスプリッタ4は不要となり、構
成が簡略化される。
波長可変半導体レーザの波長制御装置によれば、データ
ベースに安定発振する条件のみを抽出可能な所定の関数
を設定し、この関数を用いて共振器を構成する第1及び
第2の光反射器への注入電流を制御するようにしてお
り、これにより記憶データの少ない簡略したデータベー
スを用いて高精度でかつ安定性のある波長制御を実現で
きる。
の波長制御方法によれば、安定発振する条件のみを抽出
可能な所定の関数が記憶されたデータベースを用いて共
振器を構成する第1及び第2の光反射器への注入電流を
制御するようにしており、これにより記憶データの少な
い簡略したデータベースを用いて高精度でかつ安定性の
ある波長制御を実現できる。
装置によれば、簡略化されたデータベースの記憶データ
を用いて共振器を構成する第1及び第2の光反射器への
注入電流を制御するとともに、発振モードモニタの出力
に基づいて位相注入領域への注入電流を制御するように
しているので、記憶データの少ない簡略したデータベー
スを用いてより高精度でかつ安定性のある波長制御を実
現できる。
導体レーザ装置の構成を示すブロック図である。
る。
ロスの波長特性示す図である。
f,Ir特性を示す図である。
領域を明確にした図である。
不安定モード発振の波長スペクトルを示す図である。
レーザの波長同調手順を示すフローチャートである。
めの図である。
特性を示す図である。
する手順を示すフローチャートである。
ある。
長フィルタ及び狭帯域波長フィルタの波長特性を示す図
である。
順を示すフローチャートである。
子、4,5,6 ビームスプリッタ、7 波長モニタ、
8 発振モードモニタ、9 光強度モニタ、10 温度
モニタ、20 半導体レーザ駆動装置、21 波長制御
回路、22 発振モード制御回路、23 光強度制御回
路、24 温度制御回路、25 データベース、26
電源コントローラ、31 フロントSSG DBR領
域、32活性層領域、33 位相制御領域、34 リア
SSG DBR領域、50 狭帯域波長フィルタ、5
1,53 光検出器、52 広帯域波長フィルタ。
Claims (20)
- 【請求項1】 複数の反射ピークを有する第1及び第2
の光反射器とこれら第1及び第2の光反射器の間に配さ
れる活性層領域とを有する波長可変半導体レーザの発振
波長を制御する波長可変半導体レーザの波長制御装置に
おいて、 前記第1の光反射器への注入電流および第2の光反射器
への注入電流と発振波長との関係から安定発振する1〜
複数の領域を通る関数または該関数を規定するための情
報を記憶したデータベースと、 上記データベースの記憶データに基づいて目標波長に対
応する前記第1および第2の光反射器への注入電流値を
取得し、該取得した注入電流値を用いて前記第1および
第2の光反射器へ注入電流を制御する電源コントローラ
と、 を備えたことを特徴とする波長可変半導体レーザの波長
制御装置。 - 【請求項2】 上記データベースは、前記第1の光反射
器への注入電流をIfとし、第2の光反射器への注入電
流をIrとした場合、下記関数または下記関数を規定す
るための定数a,b,c,dについての1組〜複数組の
データを有していることを特徴とする請求項1に記載の
波長可変半導体レーザの波長制御装置。 Ir=a×If+b If=(c×λ+d)2 (λ:波長、a,b,c,
d:定数) - 【請求項3】 前記波長可変半導体レーザは、第1及び
第2の光反射器が異なる格子間隔の周期をもつ不均一グ
レーティングを用いたDBR構造を有したことを特徴と
する請求項1または2に記載の波長可変半導体レーザの
波長制御装置。 - 【請求項4】 前記波長可変半導体レーザは、前記活性
層領域と前記第1または第2の光反射器の間に位相制御
領域を有し、 発振モードをモニタする発振モードモニタをさらに備
え、 前記発振モードモニタの出力に基づいて前記位相制御領
域への注入電流を制御する発振モード制御回路をさらに
備えることを特徴とする請求項1〜3の何れか一つに記
載の波長可変半導体レーザの波長制御装置。 - 【請求項5】 前記発振モードモニタは、発振光の交流
成分に基づき発振モードが単一縦モード発振または多モ
ード発振の何れであるかを判定することを特徴とする請
求項4に記載の波長可変半導体レーザの波長制御装置。 - 【請求項6】 発振波長をモニタする波長モニタをさら
に備え、 前記波長モニタの出力に基づいて前記波長可変半導体レ
ーザの素子温度または注入電流の制御を行う波長制御回
路をさらに備えることを特徴とする請求項1〜5の何れ
か一つに記載の波長可変半導体レーザの波長制御装置。 - 【請求項7】 上記波長モニタは、 入力発振光の波長に応じて透過率が変化する波長フィル
タと、 この波長フィルタの透過光を受光する光検出器と、 を備えることを特徴とする請求項6に記載の波長可変半
導体レーザの波長制御装置。 - 【請求項8】 上記波長モニタは、 入力発振光の波長に応じて透過率が変化する狭帯域の波
長フィルタと、 この狭帯域の波長フィルタの透過光を受光する第1の光
検出器と、 入力発振光の波長に応じて透過率が変化する広帯域の波
長フィルタと、 この広帯域の波長フィルタの透過光を受光する第2の光
検出器と、 を備えることを特徴とする請求項6に記載の波長可変半
導体レーザの波長制御装置。 - 【請求項9】 前記狭帯域の波長フィルタの波長弁別領
域はITUグリッドに対応し、 前記広帯域の波長フィルタの波長弁別領域は半導体レー
ザの波長可変範囲よりも大きいことを特徴とする請求項
8に記載の波長可変半導体レーザの波長制御装置。 - 【請求項10】 上記波長フィルタは、ファブリペロー
エタロン、複屈折フィルタ、多層膜フィルタ、ファイバ
ーグレーティングの何れかであることを特徴とする請求
項7〜9の何れか一つに記載の波長可変半導体レーザの
波長制御装置。 - 【請求項11】 発振光の光強度を検出する光強度モニ
タをさらに備え、 前記光強度モニタの検出出力が一定になるように前記活
性層領域への注入電流を制御する光強度制御回路をさら
に備えることを特徴とする請求項1〜10の何れか一つ
に記載の波長可変半導体レーザの波長制御装置。 - 【請求項12】 複数の反射ピークを有する第1及び第
2の光反射器とこれら第1及び第2の光反射器の間に配
される活性層領域および位相制御領域とを有する波長可
変半導体レーザの発振波長を制御する波長可変半導体レ
ーザの波長制御方法において、 前記第1の光反射器への注入電流および第2の光反射器
への注入電流と発振波長との関係から安定発振する1〜
複数の領域を通る関数または該関数を規定するための情
報を記憶したデータベースの記憶データに基づいて目標
波長に対応する前記第1および第2の光反射器への注入
電流値を取得し、該取得した注入電流値を用いて前記第
1および第2の光反射器へ注入電流を制御する光反射器
制御ステップを備えたことを特徴とする波長可変半導体
レーザの波長制御方法。 - 【請求項13】 前記光反射器制御ステップの後に実行
され、検出した発振モードに基づいて前記位相制御領域
への注入電流を制御する発振モード制御ステップをさら
に備えることを特徴とする請求項12に記載の波長可変
半導体レーザの波長制御方法。 - 【請求項14】 前記光反射器制御ステップの後に実行
され、検出した発振波長に基づいて前記波長可変半導体
レーザの素子温度または注入電流を制御する波長制御ス
テップをさらに備えることを特徴とする請求項13に記
載の波長可変半導体レーザの波長制御方法。 - 【請求項15】 検出した光強度が一定になるように前
記活性層領域への注入電流を制御する光強度制御ステッ
プをさらに備えることを特徴とする請求項14に記載の
波長可変半導体レーザの波長制御方法。 - 【請求項16】 上記データベースは、前記第1の光反
射器への注入電流をIfとし、第2の光反射器への注入
電流をIrとした場合、下記関数または下記関数を規定
するための定数a,b,c,dについての1組〜複数組
のデータを有していることを特徴とする請求項12〜1
5の何れか一つに記載の波長可変半導体レーザの波長制
御方法。 Ir=a×If+b If=(c×λ+d)2 (λ:波長、a,b,c,
d:定数) - 【請求項17】 複数の反射ピークを有する第1及び第
2の光反射器とこれら第1及び第2の光反射器の間に配
される活性層領域および位相制御領域とを有する波長可
変半導体レーザと、 前記第1の光反射器への注入電流および第2の光反射器
への注入電流と発振波長との関係から安定発振する1〜
複数の領域を通る関数または該関数を規定するための情
報を記憶したデータベースと、 発振モードをモニタする発振モードモニタと、上記デー
タベースの記憶データに基づいて目標波長に対応する前
記第1および第2の光反射器への注入電流値を取得し、
該取得した注入電流値を用いて前記第1および第2の光
反射器へ注入電流を制御する電源コントローラと、 前記発振モードモニタの出力に基づいて前記位相制御領
域への注入電流を制御する発振モード制御回路と、 を備えたことを特徴とする波長可変半導体レーザ装置。 - 【請求項18】 上記データベースは、前記第1の光反
射器への注入電流をIfとし、第2の光反射器への注入
電流をIrとした場合、下記関数または下記関数を規定
するための定数a,b,c,dについての1組〜複数組
のデータを有していることを特徴とする請求項17に記
載の波長可変半導体レーザ装置。 Ir=a×If+b If=(c×λ+d)2 (λ:波長、a,b,c,
d:定数) - 【請求項19】 上記波長可変半導体レーザの前面光出
力の光軸上にレーザ光を分岐し、分岐した一方の出力を
前記発振モードモニタに入力する光分岐器をさらに備え
ることを特徴とする請求項17または18に記載の波長
可変半導体レーザ装置。 - 【請求項20】 前記発振モードモニタは、上記波長可
変半導体レーザの背面光の一部または全てを受光するよ
うに配置されることを特徴とする請求項17または18
に記載の波長可変半導体レーザ装置。
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