JP2013077801A - Control method for variable wavelength semiconductor laser - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To allow high-speed control of optical output and wavelength without causing increase in power consumption nor increase in circuit scale.SOLUTION: The control method for the variable wavelength semiconductor laser 10 includes an SG-DFB region 24 whose gain wavelength characteristic becomes variable when a current is injected, and a CSG-DBR region 22 whose reflection wavelength characteristic becomes variable when an electric power is applied to a heater, so that, a wavelength of output light becomes variable by operation temperature, currents, and applied electric power. By monitoring applied electric power, intensity of output light, and operation temperature, the wavelength of output light is kept at a predetermined value, and in response to an external control signal, by monitoring only the intensity and applied electric power, the wavelength of output light is switched to stabilize the wavelength.

Description

本発明は、波長可変半導体レーザの制御方法に関するものである。   The present invention relates to a method for controlling a wavelength tunable semiconductor laser.

近年、ＷＤＭ（波長分割多重）通信技術の発展に伴い、波長可変半導体レーザが注目されている。波長可変半導体レーザは、利得領域と波長選択領域を有している。通常、波長可変半導体レーザは、ペルチェ素子などの熱電冷却素子（ＴＥＣ）を用いてレーザの動作温度に対する制御を行い、波長選択領域に電流や熱を与えて光導波路の屈折率を変化させたり、レーザの動作温度を調整することで所望の発振波長を出力させる。   In recent years, with the development of WDM (wavelength division multiplexing) communication technology, wavelength tunable semiconductor lasers have attracted attention. The wavelength tunable semiconductor laser has a gain region and a wavelength selection region. Usually, a wavelength tunable semiconductor laser uses a thermoelectric cooling element (TEC) such as a Peltier element to control the operating temperature of the laser, and changes the refractive index of the optical waveguide by applying current or heat to the wavelength selection region. A desired oscillation wavelength is output by adjusting the operating temperature of the laser.

波長可変半導体レーザのなかには、下記特許文献１のように、光増幅（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）領域を有する場合がある。このような波長可変半導体レーザでは、エタロンや受光素子（ＰＤ）等で構成される波長ロッカを搭載して、波長ロッカから出力された光出力及び波長の情報をＡ／Ｄコンバータを用いてモニタし、光出力制御、波長制御を行うことで、高精度の制御が可能である。   Some wavelength tunable semiconductor lasers have an optical amplification (SOA: Semiconductor Optical Amplifier) region as in Patent Document 1 below. In such a wavelength tunable semiconductor laser, a wavelength locker composed of an etalon, a light receiving element (PD) or the like is mounted, and the optical output and wavelength information output from the wavelength locker are monitored using an A / D converter. By performing optical output control and wavelength control, highly accurate control is possible.

特開２００３−０２３２０８号公報JP 2003-023208 A

最近、波長可変半導体レーザに対して、高速な波長制御が求められており、数十ミリ秒程度で波長を切り替えることが必要になっている。一方、波長可変半導体レーザは、素子の複数の領域に対して電流や電圧等のパラメータを制御することで所望の光出力及び発振波長が得られる。その際、モニタする項目が多いため、高速制御を行うには、高速のＡ／Ｄコンバータを使ってレーザの各領域の値をモニタするか、複数のＡ／Ｄコンバータを使って各領域の値をモニタする方法が考えられる。しかしながら、前者の方法では消費電力の増加と精度の劣化が生じ、後者の方法では回路規模を大きくすることになる。   Recently, high-speed wavelength control is required for a wavelength tunable semiconductor laser, and it is necessary to switch the wavelength in about several tens of milliseconds. On the other hand, a wavelength tunable semiconductor laser can obtain desired optical output and oscillation wavelength by controlling parameters such as current and voltage for a plurality of regions of the element. At that time, since there are many items to monitor, in order to perform high-speed control, the value of each region of the laser is monitored using a high-speed A / D converter, or the value of each region using a plurality of A / D converters. It is conceivable to monitor this. However, the former method increases power consumption and degrades accuracy, and the latter method increases the circuit scale.

そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、消費電力の増加及び回路規模の増大を生じさせることなく、光出力及び波長の高速制御を可能にする波長可変半導体レーザの制御方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and controls a wavelength tunable semiconductor laser that enables high-speed control of optical output and wavelength without causing an increase in power consumption and an increase in circuit scale. It aims to provide a method.

上記課題を解決するため、本発明の第１の波長可変半導体レーザの制御方法は、電流の注入によって利得波長特性が変化する第１の波長選択部と、ヒータへの印加電力により反射波長特性が変化する第２の波長選択部とを備え、動作温度、注入電流、及び印加電力により出力光の発振波長が調整可能な波長可変半導体レーザの制御方法であって、印加電力、出力光の強度、及び動作温度をモニタすることで発振波長を所定値に維持し、外部制御信号に応答して、出力光の強度及び印加電力のみモニタして発振波長を切り替える、ことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, a first wavelength tunable semiconductor laser control method according to the present invention includes a first wavelength selection unit in which a gain wavelength characteristic changes due to current injection, and a reflected wavelength characteristic depending on power applied to a heater. A wavelength tunable semiconductor laser control method comprising: a second wavelength selection unit that changes, wherein the oscillation wavelength of the output light can be adjusted by operating temperature, injection current, and applied power, the applied power, the intensity of the output light; In addition, the oscillation wavelength is maintained at a predetermined value by monitoring the operating temperature, and only the output light intensity and applied power are monitored and the oscillation wavelength is switched in response to an external control signal.

また、上記第１の波長可変半導体レーザの制御方法は、印加電力、出力光の強度、及び動作温度をモニタして発振波長を所定値に維持し、外部制御信号に応答して、動作温度を間欠的にモニタし、印加電力、出力光の強度を連続的にモニタして、発振波長を切り替えてもよい。   The first tunable semiconductor laser control method monitors the applied power, the intensity of output light, and the operating temperature to maintain the oscillation wavelength at a predetermined value, and in response to an external control signal, sets the operating temperature. The oscillation wavelength may be switched by monitoring intermittently and continuously monitoring the applied power and output light intensity.

このような第１の波長可変半導体レーザの制御方法によれば、ヒータに印加される印加電力、出力光の強度、及びレーザ動作温度の各パラメータのモニタ値に応じて、第１の波長選択部に対する注入電流、及びヒータに対する印加電力を調整することで出力光の波長が所定値に維持される。また、外部制御信号により出力光の波長が切り替えられる際には、出力光の強度及び印加電力のみのモニタ値に応じて、出力光の波長が安定化される。このようにすれば、出力光の波長切り替え時のモニタ動作の高速化が図れる。また、出力光の波長が切り替えられる際は、出力光の強度及び印加電力を除く項目のモニタ頻度を下げることで前記出力光の強度及び印加電力のモニタ頻度を上げることも可能であり、この方法を用いた場合でもモニタ動作の高速化が図れる。   According to such a control method of the first wavelength tunable semiconductor laser, the first wavelength selection unit is selected according to the monitor values of the parameters of the applied power applied to the heater, the intensity of the output light, and the laser operating temperature. The wavelength of the output light is maintained at a predetermined value by adjusting the injection current for and the applied power to the heater. Further, when the wavelength of the output light is switched by the external control signal, the wavelength of the output light is stabilized according to the monitor value of only the intensity of the output light and the applied power. In this way, it is possible to speed up the monitoring operation when switching the wavelength of the output light. Further, when the wavelength of the output light is switched, it is also possible to increase the monitoring frequency of the output light intensity and applied power by lowering the monitoring frequency of items other than the output light intensity and applied power. Even when using, the monitor operation can be speeded up.

さらに、この場合でも光出力制御及び発振波長制御に必要なパラメータはモニタされているので、高精度な制御が可能にされる。その結果、消費電力の増加及び回路規模の増大を生じさせることなく、光出力及び波長の高速制御が実現される。   Furthermore, even in this case, the parameters required for the light output control and the oscillation wavelength control are monitored, so that highly accurate control is possible. As a result, high-speed control of optical output and wavelength can be realized without causing an increase in power consumption and an increase in circuit scale.

ここで、レーザの動作温度に対する出力光波長（発振波長）の応答時間は、電流及び印加電力に対する出力光波長（発振波長）の応答時間よりも長いことが好ましい。この場合、出力光波長（発振波長）切り替え時にレーザ動作温度をモニタしなくても、出力光の強度及び印加電力をモニタするだけで、光出力制御及び発振波長制御の精度を十分確保することができる。   Here, the response time of the output light wavelength (oscillation wavelength) with respect to the operating temperature of the laser is preferably longer than the response time of the output light wavelength (oscillation wavelength) with respect to the current and applied power. In this case, even if the laser operating temperature is not monitored at the time of switching the output light wavelength (oscillation wavelength), the accuracy of the light output control and the oscillation wavelength control can be sufficiently ensured only by monitoring the intensity of the output light and the applied power. it can.

また、本発明の第２の波長可変半導体レーザの制御方法は、第１のヒータへの第１の印加電力により利得波長特性が変化する第１の波長選択部と、第２のヒータへの第２の印加電力により反射波長特性が変化する第２の波長選択部とを備え、動作温度並びに第１及び第２の印加電力により出力光の発振波長が調整可能な波長可変半導体レーザの制御方法であって、第１及び第２の印加電力、出力光の強度、及び動作温度をモニタすることで発振波長を所定値に維持し、外部制御信号に応答して、出力光の強度及び第１及び第２の印加電力のみモニタして発振波長を切り替える、ことを特徴とする。   According to the second tunable semiconductor laser control method of the present invention, the first wavelength selection unit whose gain wavelength characteristic is changed by the first applied power to the first heater, and the second to the second heater. A wavelength tunable semiconductor laser comprising: a second wavelength selection unit that changes a reflected wavelength characteristic by an applied power of 2; and an oscillation temperature of output light that can be adjusted by an operating temperature and first and second applied powers. The oscillation wavelength is maintained at a predetermined value by monitoring the first and second applied power, the intensity of the output light, and the operating temperature, and in response to the external control signal, the intensity of the output light and the first and second Only the second applied power is monitored and the oscillation wavelength is switched.

また、上記第２の波長可変半導体レーザの制御方法は、第１及び第２の印加電力、出力光の強度、及び動作温度をモニタして発振波長を所定値に維持し、外部制御信号に応答して、動作温度を間欠的にモニタし、第１及び第２の印加電力並びに出力光の強度を連続的にモニタして、発振波長を切り替えてもよい。   The second tunable semiconductor laser control method monitors the first and second applied power, the intensity of output light, and the operating temperature, maintains the oscillation wavelength at a predetermined value, and responds to an external control signal. Then, the operating temperature may be monitored intermittently, and the first and second applied powers and the intensity of the output light may be continuously monitored to switch the oscillation wavelength.

このような第２の波長可変半導体レーザの制御方法によれば、第１及び第２のヒータに印加される第１及び第２の印加電力、出力光の強度、及びレーザ動作温度の各パラメータのモニタ値に応じて、第１のヒータに対する第１の印加電力、及び第２のヒータに対する第２の印加電力を調整することで出力光の波長が所定値に維持される。また、外部制御信号により出力光の波長が切り替えられる際には、出力光の強度並びに第１及び第２の印加電力のみのモニタ値に応じて、出力光の波長が安定化される。このようにすれば、出力光の波長切り替え時のモニタ動作の高速化が図れる。また、出力光の波長が切り替えられる際は、出力光の強度並びに第１及び第２の印加電力を除く項目のモニタ頻度を下げることで前記出力光の強度並びに第１及び第２の印加電力のモニタ頻度を上げることも可能であり、この方法を用いた場合でもモニタ動作の高速化が図れる。   According to such a control method of the second wavelength tunable semiconductor laser, the parameters of the first and second applied power applied to the first and second heaters, the intensity of the output light, and the laser operating temperature are set. The wavelength of the output light is maintained at a predetermined value by adjusting the first applied power to the first heater and the second applied power to the second heater according to the monitor value. Further, when the wavelength of the output light is switched by the external control signal, the wavelength of the output light is stabilized according to the intensity of the output light and the monitor values of only the first and second applied powers. In this way, it is possible to speed up the monitoring operation when switching the wavelength of the output light. In addition, when the wavelength of the output light is switched, the intensity of the output light and the first and second applied powers are reduced by reducing the monitoring frequency of items other than the output light intensity and the first and second applied powers. It is also possible to increase the monitoring frequency, and even when this method is used, the speed of the monitoring operation can be increased.

さらに、この場合でも光出力制御及び発振波長制御に必要なパラメータはモニタされているので、高精度な制御が可能になる。その結果、消費電力の増加及び回路規模の増大を生じさせることなく、光出力及び波長の高速制御が実現される。   Furthermore, even in this case, parameters necessary for the optical output control and the oscillation wavelength control are monitored, so that highly accurate control is possible. As a result, high-speed control of optical output and wavelength can be realized without causing an increase in power consumption and an increase in circuit scale.

ここで、レーザの動作温度に対する出力光波長（発振波長）の応答時間は、第１及び第２の印加電力に対する出力光波長（発振波長）の応答時間よりも長いことが好ましい。この場合、出力光波長（発振波長）切り替え時にレーザ動作温度をモニタしなくても、出力光の強度並びに第１及び第２の印加電力をモニタするだけで、光出力制御及び発振波長制御の精度を十分確保することができる。   Here, the response time of the output light wavelength (oscillation wavelength) with respect to the operating temperature of the laser is preferably longer than the response time of the output light wavelength (oscillation wavelength) with respect to the first and second applied powers. In this case, even if the laser operating temperature is not monitored when the output light wavelength (oscillation wavelength) is switched, only the output light intensity and the first and second applied powers are monitored. Can be secured sufficiently.

本発明の波長可変半導体レーザの制御方法によれば、消費電力の増加及び回路規模の増大を生じさせることなく、光出力及び波長の高速制御を可能にする。   According to the method for controlling a wavelength tunable semiconductor laser of the present invention, it is possible to perform high-speed control of optical output and wavelength without causing an increase in power consumption and an increase in circuit scale.

図１は、本発明の第１実施形態に係る波長可変半導体レーザの駆動装置の基本構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a wavelength tunable semiconductor laser driving device according to the first embodiment of the present invention. 図２は、図１のコントローラ１８におけるモード切替動作を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing the mode switching operation in the controller 18 of FIG. 図３は、図２に示す各モードにおいてコントローラ１８によってモニタされる項目の順番を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the order of items monitored by the controller 18 in each mode shown in FIG. 図４は、本発明の第２実施形態に係る波長可変半導体レーザの駆動装置の基本構成を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a basic configuration of a wavelength tunable semiconductor laser driving device according to the second embodiment of the present invention. 図５は、図４のコントローラ３８におけるモード切替動作を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing the mode switching operation in the controller 38 of FIG. 図６は、図５に示す各モードにおいてコントローラ３８によってモニタされる項目の順番を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the order of items monitored by the controller 38 in each mode shown in FIG.

以下、添付図面を参照しながら本発明による波長可変半導体レーザの制御方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   Embodiments of a method for controlling a wavelength tunable semiconductor laser according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る波長可変半導体レーザ用駆動装置の基本構成を示すブロック図である。この駆動装置１は、波長可変半導体レーザ１０が載置されたペルチェ素子などの熱電冷却素子（ＴＥＣ：Thermoelectric Cooler）１２、波長可変半導体レーザ１０の周辺温度を検出するサーミスタ等の温度センサ１４、波長可変半導体レーザ１０の出力光の強度及び波長を検出する波長ロッカ１６、及び波長可変半導体レーザ１０の光出力動作を制御するコントローラ（制御回路）１８を含んで構成されている。 (First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a wavelength tunable semiconductor laser driving device according to the first embodiment of the present invention. The drive device 1 includes a thermoelectric cooling element (TEC: Thermoelectric Cooler) 12 such as a Peltier element on which the wavelength tunable semiconductor laser 10 is mounted, a temperature sensor 14 such as a thermistor for detecting the ambient temperature of the wavelength tunable semiconductor laser 10, a wavelength A wavelength locker 16 that detects the intensity and wavelength of the output light of the tunable semiconductor laser 10 and a controller (control circuit) 18 that controls the light output operation of the tunable semiconductor laser 10 are configured.

波長ロッカ１６は、半導体レーザ１０の出力光を、スプリッタ３４ａ，３４ｂを経由して受光してその強度を検知する受光素子ＰＤ_１と、半導体レーザ１０の出力光をスプリッタ３４ａ及びエタロン３６を経由して受光してその波長特性を含んだ出力光の強度を検知する受光素子ＰＤ_２とを含み、２つの受光素子の検知信号をコントローラ１８に出力する。 Wavelength locker 16, the output light of the semiconductor laser 10, splitter 34a, the light receiving element PD ₁ for detecting the intensity received via 34b, the output light of the semiconductor laser 10 via the splitter 34a and the etalon 36 And a light receiving element PD ₂ that detects the intensity of the output light including the wavelength characteristic and outputs the detection signals of the two light receiving elements to the controller 18.

コントローラ１８は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）等の演算回路と、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶手段と、電源回路と、Ａ／Ｄコンバータを含むモニタ回路とを含んで構成されている。このコントローラ１８は、一部もしくは全体がＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の集積回路によって構成されてもよい。コントローラ１８に含まれる記憶手段は、出力光に関する各設定波長に対応する各種制御パラメータの初期設定値、制御目標値等から構成されるルックアップテーブル(LUT：Lookup table)を含む。このコントローラ１８の出力は、電極２８ａ〜２８ｃ，３０，３２，３３等の電極を介して、レーザ１０の各領域２２，２４，２６に接続されている。   The controller 18 includes an arithmetic circuit such as a CPU (Central Processing Unit), storage means such as a RAM (Random Access Memory) and ROM (Read Only Memory), a power supply circuit, and a monitor circuit including an A / D converter. It is configured to include. The controller 18 may be partially or entirely configured by an integrated circuit such as an FPGA (Field Programmable Gate Array) or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit). The storage means included in the controller 18 includes a look-up table (LUT) configured from initial setting values of various control parameters corresponding to the set wavelengths related to output light, control target values, and the like. The output of the controller 18 is connected to the respective regions 22, 24, and 26 of the laser 10 through electrodes such as electrodes 28 a to 28 c, 30, 32, and 33.

次に、本実施形態の駆動装置１の制御対象である波長可変半導体レーザ１０について説明する。この波長可変半導体レーザ１０は、反射領域（ＣＳＧ−ＤＢＲ（Chirped Sampled Grating Distributed BraggReflector）領域）２２、活性領域（ＳＧ−ＤＦＢ（SampledGrating Distributed Feedback）領域）２４、及び光増幅領域（ＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）領域）２６が順に連結された構造を持つ。ここで、波長可変に寄与し、波長選択部に相当する領域はＳＧ−ＤＦＢ領域２４とＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２である。   Next, the wavelength tunable semiconductor laser 10 that is a control target of the drive device 1 of the present embodiment will be described. The wavelength tunable semiconductor laser 10 includes a reflection region (CSG-DBR (Chirped Sampled Grating Distributed Bragg Reflector) region) 22, an active region (SG-DFB (Sampled Grating Distributed Feedback) region) 24, and an optical amplification region (SOA (Semiconductor Optical Amplifier). ) Area) 26 is connected in order. Here, the SG-DFB region 24 and the CSG-DBR region 22 are regions that contribute to wavelength variation and correspond to the wavelength selection unit.

ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２は、回折格子が所定の間隔で設けられた光導波路を含み、所定の間隔の複数のピークを有する反射スペクトルを示す。ここで、後述するＳＧ−ＤＦＢ領域２４による複数の利得ピークがもつ所定の間隔と、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２の反射ピーク間隔は僅かに異なっている。そして、この２つの波長選択領域による複数のピークの組み合わせのうち、最も反射強度の大きな波長でレーザ１０が発振する。また、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２には、この領域上にモノリシックに集積されたヒータが３つ設けられており、ヒータに与える熱量により光導波路の屈折率を変化させることで反射スペクトルの波長を調整する。すなわち、ヒータに設けられた電極２８ａ、２８ｂ、２８ｃに印加する電力により、波長が変化する。さらに、この反射スペクトルはレーザの動作温度によっても変化する。   The CSG-DBR region 22 includes an optical waveguide in which diffraction gratings are provided at a predetermined interval, and shows a reflection spectrum having a plurality of peaks at a predetermined interval. Here, a predetermined interval of a plurality of gain peaks due to the SG-DFB region 24 described later and a reflection peak interval of the CSG-DBR region 22 are slightly different. Then, the laser 10 oscillates at a wavelength having the highest reflection intensity among a plurality of peak combinations of the two wavelength selection regions. Further, the CSG-DBR region 22 is provided with three heaters monolithically integrated on this region, and the wavelength of the reflection spectrum is adjusted by changing the refractive index of the optical waveguide according to the amount of heat applied to the heater. . That is, the wavelength changes depending on the power applied to the electrodes 28a, 28b, 28c provided in the heater. Further, this reflection spectrum also changes depending on the operating temperature of the laser.

ＳＧ−ＤＦＢ領域２４は、回折格子が所定の間隔で設けられ、かつ利得領域と屈折率可変領域（Ｔｕｎｅ領域）によって形成された光導波路を含み、所定間隔の複数のピークを有する利得スペクトルを示す。ＳＧ−ＤＦＢ領域２４では、利得領域に対して駆動電流を注入するための電極３０と、Ｔｕｎｅ領域に対して電気信号を与える電極３１を備える。Ｔｕｎｅ領域は、電極３１から注入する電流によって屈折率を変化させることで、ＳＧ−ＤＦＢ領域２４の利得スペクトルの波長を変化させる。さらに、この利得スペクトルは、レーザの動作温度によっても変化する。   The SG-DFB region 24 includes an optical waveguide having a diffraction grating provided at a predetermined interval and formed by a gain region and a refractive index variable region (Tune region), and shows a gain spectrum having a plurality of peaks at a predetermined interval. . The SG-DFB region 24 includes an electrode 30 for injecting a drive current into the gain region, and an electrode 31 for giving an electric signal to the Tune region. The Tun region changes the wavelength of the gain spectrum of the SG-DFB region 24 by changing the refractive index by the current injected from the electrode 31. Furthermore, this gain spectrum also changes with the operating temperature of the laser.

ＳＯＡ領域２６は、光導波路を含んでおり、その光導波路での光増幅率を制御するための電極３２を有している。この電極３２へのキャリア（電流）注入量を変更することにより、光増幅率を調整可能である。なお、これらのＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２、ＳＧ−ＤＦＢ領域２４、及びＳＯＡ領域２６は、それらの光導波路が互いに光結合されている。   The SOA region 26 includes an optical waveguide, and has an electrode 32 for controlling the optical amplification factor in the optical waveguide. The optical amplification factor can be adjusted by changing the amount of carrier (current) injection into the electrode 32. Note that these optical waveguides of the CSG-DBR region 22, the SG-DFB region 24, and the SOA region 26 are optically coupled to each other.

半導体レーザ１０は、上記のような構造を有することで、レーザの動作温度を一定に制御した状態で、ヒータへの印加電力（ヒータ電力）、及びＴｕｎｅ領域への注入電流（Ｔｕｎｅ電流）によって出力光の波長特性を高速に制御できるように構成されている。   Since the semiconductor laser 10 has the above-described structure, it is output by the power applied to the heater (heater power) and the injection current (Tune current) applied to the Tun area in a state where the operating temperature of the laser is controlled to be constant. The wavelength characteristic of light can be controlled at high speed.

次に、コントローラ１８の動作の概要について説明する。駆動装置１を起動後、半導体レーザ１０の動作温度は、Ａ／Ｄコンバータでモニタした温度センサ１４の値を熱電冷却素子１２に帰還することで、目標値に一致するように制御される。また、コントローラ１８は、動作温度が一定温度に安定化した後初期動作として、ＬＵＴから取得した、設定波長に対応する初期電流値Ｉ_ＬＤ、初期電流値Ｉ_{ＳＯＡ＿ｉｎｉ}、初期電流値Ｉ_{ＨＴ１＿ｉｎｉ}、Ｉ_{ＨＴ２＿ｉｎｉ}、Ｉ_{ＨＴ３＿ｉｎｉ}、及び初期電流値Ｉ_{Ｔｕｎｅ＿ｉｎｉ}を半導体レーザ１０に供給しレーザ発振させる。この初期電流値Ｉ_ＬＤは、ＳＧ−ＤＦＢ領域２４の利得領域に注入する電流値であり、初期電流値Ｉ_{ＳＯＡ＿ｉｎｉ}は、ＳＯＡ領域２６に注入する電流値であり、初期電流値Ｉ_{ＨＴ１＿ｉｎｉ}、Ｉ_{ＨＴ２＿ｉｎｉ}、Ｉ_{ＨＴ３＿ｉｎｉ}は、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２内の３つのヒータに供給する電流値であり、初期電流値Ｉ_{Ｔｕｎｅ＿ｉｎｉ}は、ＳＧ−ＤＦＢ領域２４のＴｕｎｅ領域に注入する電流値である。このように、設定波長に対応する初期電流値が設定されると、半導体レーザ１０の発振波長が目標値に近い値となる。このとき、Ａ／Ｄコンバータによって得られた波長ロッカ１６の２つの受光素子ＰＤ_１，ＰＤ_２の検出結果の比Ｉ_ＰＤ２／Ｉ_ＰＤ１は、波長の状態を示し、発振波長の目標値に近い値となる。ここで、Ｉ_ＰＤ１は受光素子ＰＤ_１の出力電流、Ｉ_ＰＤ２は受光素子ＰＤ_２の出力電流である。また、ＰＤ_１から得られた出力電流Ｉ_ＰＤ１は、光出力の強度の状態を示し、光出力の目標値に近い値となる。 Next, an outline of the operation of the controller 18 will be described. After the drive device 1 is started, the operating temperature of the semiconductor laser 10 is controlled to match the target value by feeding back the value of the temperature sensor 14 monitored by the A / D converter to the thermoelectric cooling element 12. In addition, the controller 18 performs initial operation after the operating temperature is stabilized at a constant temperature, and obtains an initial current value I _LD , an initial current value I _{SOA_ini} , an initial current value I _{HT1_ini} , and I _{HT2_ini} corresponding to the set wavelength obtained from the LUT. , I _{HT3 — ini} and an initial current value I _{Tune — ini} are supplied to the semiconductor laser 10 to cause laser oscillation. The initial current value I _LD is a current value injected into the gain region of the SG-DFB region 24, and the initial current value I _{SOA_ini} is a current value injected into the SOA region 26. The initial current values I _{HT1_ini} and I _{HT2_ini} , I _{HT3_ini} are current values supplied to the three heaters in the CSG-DBR region 22, and the initial current value I _{Tune_ini} is a current value injected into the Tune region of the SG-DFB region 24. Thus, when the initial current value corresponding to the set wavelength is set, the oscillation wavelength of the semiconductor laser 10 becomes a value close to the target value. At this time, the ratio I _PD2 / I _PD1 of the detection results of the _two light receiving elements PD ₁ and PD ₂ of the wavelength locker 16 obtained by the A / D converter indicates the wavelength state and is a value close to the target value of the oscillation wavelength It becomes. Here, I _PD1 is an output current of the light receiving element PD ₁ , and I _PD2 is an output current of the light receiving element PD ₂ . The output current I _PD1 obtained from the PD ₁ indicates the state of the light output intensity, and is a value close to the target value of the light output.

また、コントローラ１８は、設定波長に対応する初期電流値を設定後にＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２の反射スペクトルを安定化させるために、ヒータへの印加電力を安定化させるように制御する。初期電流値の設定後には、ヒータ電流の初期設定値はＩ_{ＨＴｘ＿ｉｎｉ}（ｘ＝１，２，３、以後同様）となっているので、ヒータへの印加電力の初期値Ｐ_{ＨＴｘ＿ｉｎｉ}は、下記式；
Ｐ_{ＨＴｘ＿ｉｎｉ}＝Ｉ_{ＨＴｘ＿ｉｎｉ}×Ｖ_{ＨＴｘ＿ｉｎｉ}
Ｖ_{ＨＴｘ＿ｉｎｉ}＝Ｉ_{ＨＴｘ＿ｉｎｉ}×Ｒ_{ＨＴｘ＿ｉｎｉ}
によって計算される。この初期電流値Ｉ_{ＨＴｘ＿ｉｎｉ}は、Ｐ_{ＨＴｘ＿ｉｎｉ}が電力目標値ｔ＿Ｐ_ＨＴｘと等しくなるように、予め調整時に求められ、ＬＵＴに設定されている。ここで、Ｖ_{ＨＴｘ＿ｉｎｉ}はヒータへの印加電圧、Ｒ_{ＨＴｘ＿ｉｎｉ}はヒータの抵抗値である。コントローラ１８は、初期電流値Ｉ_{ＨＴｘ＿ｉｎｉ}を設定後、Ａ／Ｄコンバータによってモニタしたヒータ印加電圧Ｖ_ＨＴｘ、及び初期電流値Ｉ_{ＨＴｘ＿ｉｎｉ}から現在の電力値Ｐ_ＨＴｘを求め、目標値ｔ＿Ｐ_ＨＴｘとのずれを電流値にフィードバックすることでヒータ印加電力が一定になるように制御する。このような制御は、３つのヒータそれぞれに対して独立に行う。３つのヒータは、グラウンドに接続している端子が共通に存在しており、寄生抵抗がある場合がある。この場合、３つのヒータに電流が流れると寄生抵抗によってグラウンド端子に電圧が発生するため、Ａ／Ｄコンバータによって３つのヒータの端子の電圧（ヒータ１〜３の電圧）と、グラウンド端子の電圧（ＧＮＤ電圧）とがモニタされる。そして、コントローラ１８は、ヒータ印加電圧Ｖ_ＨＴｘを、ヒータ１〜３の電圧それぞれと、ＧＮＤ電圧との差から求める。 Further, the controller 18 controls the power applied to the heater to be stabilized in order to stabilize the reflection spectrum of the CSG-DBR region 22 after setting the initial current value corresponding to the set wavelength. After the initial current value is set, the initial set value of the heater current is I _{HTx_ini} (x = 1, 2, 3, and so on), so the initial value P _{HTx_ini of the} power applied to the heater is given by the following formula:
_{PHTx_ini} = _{IHTx_ini} × _{VHTx_ini}
V _{HTx_ini} = I _{HTx_ini} × R _{HTx_ini}
Calculated by This initial current value I _{HTx_ini} is obtained in advance so as to make P _{HTx_ini} equal to the power target value t_P _HTx and is set in the LUT. Here, V _{HTx_ini} is a voltage applied to the heater, and R _{HTx_ini} is a resistance value of the heater. After setting the initial current value I _{HTx_ini} , the controller 18 _{obtains the} current power value P _HTx from the heater application voltage V _HTx monitored by the A / D converter and the initial current value I _{HTx_ini,} and the deviation from the target value t_P _HTx is obtained. Feedback is applied to the current value to control the heater applied power to be constant. Such control is performed independently for each of the three heaters. The three heaters have a common terminal connected to the ground, and may have parasitic resistance. In this case, when a current flows through the three heaters, a voltage is generated at the ground terminal due to parasitic resistance. Therefore, the voltage of the terminals of the three heaters (voltage of the heaters 1 to 3) and the voltage of the ground terminal (the GND voltage) is monitored. And the controller 18 _{calculates | requires} heater applied voltage _VHTx from the difference of each voltage of the heaters 1-3, and a GND voltage.

さらに、コントローラ１８は、光出力強度を目標値により正確に一致させるため、Ａ／Ｄコンバータでモニタした受光素子ＰＤ_１の検出結果Ｉ_ＰＤ１が目標値になるようにＳＯＡ領域２６の注入電流を制御する（以下、「光出力制御動作」と呼ぶ。）。また、コントローラ１８は、発振波長を目標波長により正確に一致させるため、Ａ／Ｄコンバータでモニタした受光素子ＰＤ_１，ＰＤ_２の検出結果の比Ｉ_ＰＤ２／Ｉ_ＰＤ１が目標値になるように、Ｔｕｎｅ領域への注入電流及び３つのヒータへの印加電力を制御する（以下、「波長制御動作」と呼ぶ。）。 Furthermore, the controller 18, to cause the light output intensity matched precisely by the target value, controlling the injection current of the SOA region 26 as a detection result I _PD1 of the light-receiving element PD ₁ which is monitored by the A / D converter becomes the target value (Hereinafter referred to as “light output control operation”). Further, the controller 18 matches the oscillation wavelength more accurately with the target wavelength, so that the ratio I _PD2 / I _PD1 of the detection results of the light receiving elements PD ₁ and PD ₂ monitored by the A / D converter becomes the target value. The injection current to the Tun area and the power applied to the three heaters are controlled (hereinafter referred to as “wavelength control operation”).

なお、コントローラ１８は、上述した半導体レーザ１０の駆動制御を実行する際には、３つのモードを使い分けることにより、Ａ／Ｄコンバータにてモニタすべき項目を切り替える。図２は、コントローラ１８におけるモード切替動作を示すフローチャートであり、図３は、各モードにおいてコントローラ１８によってモニタされる項目の順番を示す図である。   The controller 18 switches items to be monitored by the A / D converter by properly using the three modes when executing the drive control of the semiconductor laser 10 described above. FIG. 2 is a flowchart showing the mode switching operation in the controller 18, and FIG. 3 is a diagram showing the order of items monitored by the controller 18 in each mode.

図２に示すモード切替動作は、駆動装置１を起動後にコントローラ１８によって所定周期で繰り返し実行される。具体的には、モード切替動作がスタートすると、コントローラ１８において外部制御信号として発振波長を切り替えるための波長切替信号が所定時間内に受け付けられたか否かが判定される（ステップＳ０１）。判定の結果、波長切替信号が受け付けられていた場合（ステップＳ０１；ＹＥＳ）、その波長切替信号に応答してコントローラ１８のモニタ項目がモード２又はモード３に切り替えられ、光出力制御動作及び波長制御動作時にモニタすべき項目のサンプリングレートが上げられる（ステップＳ０２）。光出力が出力されている場合は、一旦コントローラ１８による３つのヒータに対する印加電力制御、光出力制御動作及び波長制御動作、ＳＯＡ領域２６への注入電流が停止され光出力が遮断される。その後、外部から与えられた設定波長に応じた制御パラメータをＬＵＴから取得し、ＳＯＡ領域２６への注入電流を含む初期電流値の設定が実行されたのち、ヒータの印加電力制御、光出力制御動作及び波長制御動作が開始される（ステップＳ０３）。その後、光出力及び発振波長が安定化しているか否かが判定される（ステップ０４）。ステップ０４の判定の結果、光出力或いは発振波長が安定化していない場合には（ステップ０４：ＮＯ）、ステップ０４の判定を繰り返す。一方、光出力及び発振波長が安定化した場合は（ステップ０４：ＹＥＳ）、コントローラ１８のモニタ項目がモード１に切り替えられる。   The mode switching operation shown in FIG. 2 is repeatedly executed at a predetermined cycle by the controller 18 after the drive device 1 is started. Specifically, when the mode switching operation is started, it is determined whether or not a wavelength switching signal for switching the oscillation wavelength as an external control signal is received within a predetermined time in the controller 18 (step S01). If the wavelength switching signal is accepted as a result of the determination (step S01; YES), the monitor item of the controller 18 is switched to mode 2 or mode 3 in response to the wavelength switching signal, and the light output control operation and wavelength control are performed. The sampling rate of items to be monitored during operation is increased (step S02). When the optical output is being output, the controller 18 temporarily stops the applied power control to the three heaters, the optical output control operation and the wavelength control operation, and the injection current to the SOA region 26, and the optical output is cut off. Thereafter, a control parameter corresponding to a set wavelength given from the outside is acquired from the LUT, and an initial current value including an injection current into the SOA region 26 is set, and then the heater applied power control and light output control operation are performed. Then, the wavelength control operation is started (step S03). Thereafter, it is determined whether or not the optical output and the oscillation wavelength are stabilized (step 04). If the light output or the oscillation wavelength is not stabilized as a result of the determination in step 04 (step 04: NO), the determination in step 04 is repeated. On the other hand, when the optical output and the oscillation wavelength are stabilized (step 04: YES), the monitor item of the controller 18 is switched to mode 1.

一方、所定時間内に波長切替信号が受け付けられていない場合（ステップＳ０１；ＮＯ）、コントローラ１８はモード１の構成のままモニタを続け、より多くのモニタ項目が均等にモニタされる。その後、再び、波長切替信号の確認をするまで、同じ状態が保たれる。   On the other hand, when the wavelength switching signal has not been received within the predetermined time (step S01; NO), the controller 18 continues monitoring with the configuration of mode 1, and more monitor items are monitored equally. Thereafter, the same state is maintained until the wavelength switching signal is confirmed again.

図３（ａ）に示すように、モード１においては、コントローラ１８により、モニタすべき項目全てを同じ頻度で循環的にモニタする。同図に示す“ヒータ１”、“ヒータ２”、“ヒータ３”は３つのヒータの印加電圧、“ヒータＧＮＤ”はヒータのＧＮＤ電圧であり、“ＰＤ１”、“ＰＤ２”は受光素子ＰＤ_１，ＰＤ_２の検出電流である。また、“サーミスタ”は温度センサ１４の検出値であり、“モニタ１”〜“モニタ５”は光出力制御動作及び波長制御動作に関連無くモニタされる項目であり、供給電圧や半導体レーザ１０の各領域に供給する電圧等である。“モニタ１”〜“モニタ５”としては、例えば、電源電圧ＶＣＣ１、ＳＯＡ領域２６への注入電流を決めるバイアス値、ＳＧ−ＤＦＢ領域２４のうち利得領域とＴｕｎｅ領域のそれぞれの注入電流を決めるバイアス値、熱電冷却素子１２に供給する電流値等が挙げられる。 As shown in FIG. 3A, in the mode 1, the controller 18 cyclically monitors all items to be monitored at the same frequency. “Heater 1”, “Heater 2” and “Heater 3” shown in FIG. 3 are applied voltages of the three heaters, “Heater GND” is the GND voltage of the heater, and “PD1” and “PD2” are the light receiving elements PD _1. , PD ₂ detection current. “Thermistor” is a detection value of the temperature sensor 14, and “Monitor 1” to “Monitor 5” are items monitored regardless of the light output control operation and the wavelength control operation. The voltage supplied to each region. “Monitor 1” to “Monitor 5” include, for example, a power supply voltage VCC1, a bias value that determines the injection current into the SOA region 26, and a bias that determines the injection current in each of the gain region and the Tune region in the SG-DFB region 24. Value, current value supplied to the thermoelectric cooling element 12, and the like.

その一方で、図３（ｂ）に示すモード２は、光出力制御及び波長制御に必要な項目“ヒータ１”、“ヒータ２”、“ヒータ３”、“ヒータＧＮＤ”、“ＰＤ１”、及び“ＰＤ２”のみを、循環的にモニタするモードである。この場合、モード１からモード２に変更することにより、Ａ／Ｄコンバータの光出力制御及び波長制御に関する項目のサンプリングレートを、Ａ／Ｄコンバータに供給するクロック周波数を変化することなく２倍に上げることができる。すなわち、モード１では少なくとも全１２項目（光出力制御及び波長制御に関する６項目とその他のパラメータ６項目）をモニタするのに対して、モード２では光出力制御及び波長制御のためのパラメータ６項目のみをモニタする。波長制御のためのパラメータのひとつに着目すると、モード１では１／１２の頻度であったところ、モード２では１／６の頻度となる。従って、モード１からモード２に変更することによって、等価的なサンプリングレートが２倍となる。また、光出力制御動作、波長制御動作については、サンプリングレート（ＳＰＳ：sample/sec）の変更のみで、制御の応答速度を２倍に上げることができる。   On the other hand, in the mode 2 shown in FIG. 3B, items “heater 1”, “heater 2”, “heater 3”, “heater GND”, “PD1”, and In this mode, only “PD2” is monitored cyclically. In this case, by changing from mode 1 to mode 2, the sampling rate of the items related to the optical output control and wavelength control of the A / D converter is doubled without changing the clock frequency supplied to the A / D converter. be able to. That is, in mode 1, at least a total of 12 items (6 items related to optical output control and wavelength control and 6 other parameters) are monitored, whereas in mode 2, only 6 parameters for optical output control and wavelength control are monitored. To monitor. Focusing on one of the parameters for wavelength control, the frequency in mode 1 is 1/12, but in mode 2 it is 1/6. Therefore, changing from mode 1 to mode 2 doubles the equivalent sampling rate. For the light output control operation and the wavelength control operation, the control response speed can be doubled only by changing the sampling rate (SPS: sample / sec).

また、コントローラ１８のモニタ項目は、モード２の代わりに図３（ｃ）に示すモード３に切り替えられてもよい。このモード３は、光出力制御及び波長制御に関連する項目に対してそれらの制御に関連のない項目のサンプリングレートを落としたモードである。詳細には、モニタ項目“ヒータ１”、“ヒータ２”、“ヒータ３”、“ヒータＧＮＤ”、“ＰＤ１”、及び“ＰＤ２”については絶えず循環的（連続的）にモニタし、それ以外のモニタ項目は間欠的に循環してモニタする。これにより、Ａ／Ｄコンバータの光出力制御及び波長制御に関する項目のサンプリングレートを平均して上げることができ、モード１に比較した光出力制御動作及び波長制御動作についての応答速度を上昇させることができる。   Further, the monitor item of the controller 18 may be switched to the mode 3 shown in FIG. This mode 3 is a mode in which the sampling rate of items not related to those controls is reduced with respect to items related to light output control and wavelength control. Specifically, the monitoring items “Heater 1”, “Heater 2”, “Heater 3”, “Heater GND”, “PD1”, and “PD2” are continuously monitored in a cyclical manner. Monitor items are circulated intermittently for monitoring. As a result, the sampling rate of the items related to the optical output control and wavelength control of the A / D converter can be increased on average, and the response speed for the optical output control operation and wavelength control operation compared to mode 1 can be increased. it can.

以上説明した波長可変半導体レーザの制御方法によれば、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２のヒータに印加される印加電力、出力光の強度、及び動作温度の各パラメータのモニタ値に応じて、注入電流及び印加電力を調整することで出力光の波長が所定値に維持される。また、外部制御信号により出力光の波長が切り替えられる際には、出力光の強度及び印加電力のみのモニタ値に応じて、出力光の波長が安定化される。このようにすれば、出力光の波長切り替え時のモニタ動作の高速化が図れる。さらに、この場合でも光出力制御及び発振波長制御に必要なパラメータはモニタされているので、高精度な制御が可能にされる。その結果、高速のＡ／Ｄコンバータの使用による消費電力の増加や、複数のＡ／Ｄコンバータの利用による回路規模の増大を生じさせることなく、光出力及び波長の高速制御が実現される。   According to the control method of the wavelength tunable semiconductor laser described above, the injection current and the application are determined according to the monitor values of the applied power applied to the heater in the CSG-DBR region 22, the intensity of the output light, and the operating temperature. The wavelength of the output light is maintained at a predetermined value by adjusting the power. Further, when the wavelength of the output light is switched by the external control signal, the wavelength of the output light is stabilized according to the monitor value of only the intensity of the output light and the applied power. In this way, it is possible to speed up the monitoring operation when switching the wavelength of the output light. Furthermore, even in this case, the parameters required for the light output control and the oscillation wavelength control are monitored, so that highly accurate control is possible. As a result, high-speed control of optical output and wavelength can be realized without causing an increase in power consumption due to the use of a high-speed A / D converter and an increase in circuit scale due to the use of a plurality of A / D converters.

すなわち、半導体レーザ全体の動作温度の変化による発振波長の応答時間は、Ｔｕｎｅ領域の注入電流の変化やヒータへの印加電力の変化に対する発振波長の応答時間よりも長い。そのため、動作温度安定化後の定常時には光出力制御及び波長制御の応答は遅くても問題は生じない。一方、半導体レーザ１０の発振波長の切替時には、光出力の変更によるＳＯＡ領域２６の注入電流値の変化と、発振波長の変更に伴うヒータ電流値及びＴｕｎｅ領域の電流値の変更とが、レーザの温度分布にも影響を与え、その発振波長が変化してしまう。数十ミリ秒程度の短い時間内に光出力、発振波長を目標値に安定化させるためには、光出力制御及び波長制御の応答速度を上げる必要がある。デジタル処理による負帰還制御を利用した場合、応答速度を決める要因は、
（１）物理現象の応答速度、
（２）Ａ／Ｄコンバータのサンプリングレート、
（３）制御の演算に要する時間、
の３つである。本実施形態における波長制御では、モノリシックのヒータを制御因子としているゆえ、その波長変動の応答速度は遅くとも数マイクロ秒である。また、制御の演算に要する時間はＡ／Ｄコンバータのサンプリングレートに比べて極めて速いため、制御の応答速度を制限する主要因は、（２）のＡ／Ｄコンバータのサンプリングレートにある。よって、波長制御の応答速度を速めるためには、これらの光出力制御及び波長制御に関わるモニタ項目のサンプリングレートを上げることで対応可能である。従来は、１つのＡ／Ｄコンバータ（コントローラに搭載されているＡ／Ｄコンバータ）だけでこれらの波長制御用の種々のモニタ、或いは他のパラメータのモニタを全て担うため、波長制御のためのサンプリングレートを速くすることは困難であった。高機能なＡ／Ｄコンバータ、複数のＡ／Ｄコンバータを採用することで波長制御のためのサンプリングレートを上げることは可能であるが、前者は消費電力の増大、後者では回路規模の増大を招いてしまう。 That is, the response time of the oscillation wavelength due to the change in the operating temperature of the entire semiconductor laser is longer than the response time of the oscillation wavelength to the change in the injection current in the Tune region and the change in the power applied to the heater. Therefore, no problem occurs even if the response of the light output control and the wavelength control is slow at the steady state after the stabilization of the operating temperature. On the other hand, when the oscillation wavelength of the semiconductor laser 10 is switched, the change in the injection current value in the SOA region 26 due to the change in the optical output and the change in the heater current value and the current value in the Tune region due to the change in the oscillation wavelength are The temperature distribution is also affected, and the oscillation wavelength changes. In order to stabilize the light output and the oscillation wavelength to the target values within a short time of about several tens of milliseconds, it is necessary to increase the response speed of the light output control and the wavelength control. When using negative feedback control by digital processing, the factor that determines the response speed is
(1) Response speed of physical phenomena,
(2) A / D converter sampling rate,
(3) Time required for control calculation,
It is three. In the wavelength control in this embodiment, since a monolithic heater is used as a control factor, the response speed of the wavelength fluctuation is at most several microseconds. Further, since the time required for the control calculation is extremely fast compared to the sampling rate of the A / D converter, the main factor that limits the control response speed is the sampling rate of the A / D converter (2). Therefore, in order to increase the response speed of wavelength control, it is possible to respond by increasing the sampling rate of the monitor items related to the light output control and wavelength control. Conventionally, since only one A / D converter (A / D converter installed in the controller) is responsible for monitoring these various types of wavelength control or other parameters, sampling for wavelength control is required. It was difficult to increase the rate. Although it is possible to increase the sampling rate for wavelength control by adopting a high-performance A / D converter and multiple A / D converters, the former causes an increase in power consumption and the latter causes an increase in circuit scale. I will.

これに対して、本実施形態によれば、コントローラ１８においてモード１とモード２，３とを切り替えることにより、光出力制御及び発振波長制御時の各モニタ値のサンプリングレートを効率的に上げることができ、光出力制御及び発振波長制御動作をより高速化することができる。   On the other hand, according to the present embodiment, by switching between mode 1 and modes 2 and 3 in the controller 18, the sampling rate of each monitor value at the time of optical output control and oscillation wavelength control can be increased efficiently. Thus, the optical output control and the oscillation wavelength control operation can be further speeded up.

（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る波長可変半導体レーザ用駆動装置の基本構成を示すブロック図である。この駆動装置２は、波長可変半導体レーザ４０が載置されたペルチェ素子などの熱電冷却素子（ＴＥＣ）１２、波長可変半導体レーザ４０の周辺温度を検出するサーミスタ等の温度センサ１４、波長可変半導体レーザ４０の出力光の強度及び波長を検出する波長ロッカ１６、及び波長可変半導体レーザ４０の光出力動作を制御するコントローラ（制御回路）３８を含んで構成されている。 (Second Embodiment)
FIG. 4 is a block diagram showing a basic configuration of a wavelength tunable semiconductor laser driving device according to the second embodiment of the present invention. The driving device 2 includes a thermoelectric cooling element (TEC) 12 such as a Peltier element on which the wavelength tunable semiconductor laser 40 is mounted, a temperature sensor 14 such as a thermistor that detects the ambient temperature of the wavelength tunable semiconductor laser 40, and a wavelength tunable semiconductor laser. The wavelength locker 16 detects the intensity and wavelength of the output light 40, and the controller (control circuit) 38 controls the light output operation of the wavelength tunable semiconductor laser 40.

波長ロッカ１６は、半導体レーザ４０の出力光を、スプリッタ３４ａ，３４ｂを経由して受光してその強度を検知する受光素子ＰＤ_１と、半導体レーザ４０の出力光をスプリッタ３４ａ及びエタロン３６を経由して受光してその波長特性を含んだ出力光の強度を検知する受光素子ＰＤ_２とを含み、２つの受光素子の検知信号をコントローラ３８に出力する。 Wavelength locker 16, the output light of the semiconductor laser 40, splitter 34a, the light receiving element PD ₁ for detecting the intensity received via 34b, the output light of the semiconductor laser 40 via the splitter 34a and the etalon 36 And a light receiving element PD ₂ that detects the intensity of the output light including the wavelength characteristic and outputs detection signals of the two light receiving elements to the controller 38.

コントローラ３８は、ＣＰＵ等の演算回路と、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶手段と、電源回路と、Ａ／Ｄコンバータを含むモニタ回路とを含んで構成されている。このコントローラ３８は、一部もしくは全体がＦＰＧＡやＡＳＩＣ等の集積回路によって構成されてもよい。コントローラ３８に含まれる記憶手段は、出力光に関する各設定波長に対応する各種制御パラメータの初期設定値、制御目標値等から構成されるルックアップテーブル（ＬＵＴ）を含む。このコントローラ３８の出力は、電極２８ａ〜２８ｃ，３０，３８ａ，３８ｂ，３２等の電極を介して、レーザ４０の各領域２２，２５，２６に接続されている。   The controller 38 includes an arithmetic circuit such as a CPU, storage means such as a RAM and a ROM, a power supply circuit, and a monitor circuit including an A / D converter. The controller 38 may be partially or entirely configured by an integrated circuit such as an FPGA or an ASIC. The storage means included in the controller 38 includes a look-up table (LUT) composed of initial set values of various control parameters corresponding to the set wavelengths related to output light, control target values, and the like. The output of the controller 38 is connected to the respective regions 22, 25, 26 of the laser 40 through electrodes such as electrodes 28 a to 28 c, 30, 38 a, 38 b, 32.

次に、本実施形態の駆動装置２の制御対象である波長可変半導体レーザ４０について説明する。この波長可変半導体レーザ４０は、反射領域（ＣＳＧ−ＤＢＲ領域）２２、活性領域（ＳＧ−ＤＦＢ領域）２５、及び光増幅領域（ＳＯＡ領域）２６が順に連結された構造を有する。ここで、波長可変に寄与し、波長選択部に相当する領域はＳＧ−ＤＦＢ領域２５及びＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２である。   Next, the wavelength tunable semiconductor laser 40 that is a control target of the drive device 2 of the present embodiment will be described. The wavelength tunable semiconductor laser 40 has a structure in which a reflection region (CSG-DBR region) 22, an active region (SG-DFB region) 25, and an optical amplification region (SOA region) 26 are sequentially connected. Here, the SG-DFB region 25 and the CSG-DBR region 22 are regions that contribute to wavelength variation and correspond to the wavelength selection unit.

ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２は、回折格子が所定の間隔で設けられた光導波路を含み、所定の間隔の複数のピークを有する反射スペクトルを示す。ここで、後述するＳＧ−ＤＦＢ領域２５による複数の利得ピークがもつ所定の間隔と、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２の反射ピーク間隔は僅かに異なっている。そして、この２つの波長選択領域による複数のピークの組み合わせのうち、最も反射強度の大きな波長でレーザ４０が発振する。また、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２には、この領域上にモノリシックに集積されたヒータ（第２のヒータ）が３つ設けられており、該ヒータに与える熱量により光導波路の屈折率を変化させることで反射スペクトルの波長を調整する。すなわち、ヒータに設けられた電極２８ａ、２８ｂ、２８ｃに印加する電力（第２の印加電力）により、波長が変化する。さらに、この反射スペクトルはレーザの動作温度によっても変化する。   The CSG-DBR region 22 includes an optical waveguide in which diffraction gratings are provided at a predetermined interval, and shows a reflection spectrum having a plurality of peaks at a predetermined interval. Here, a predetermined interval of a plurality of gain peaks due to the SG-DFB region 25 described later and a reflection peak interval of the CSG-DBR region 22 are slightly different. Then, the laser 40 oscillates at a wavelength having the highest reflection intensity among a plurality of peak combinations of the two wavelength selection regions. In addition, the CSG-DBR region 22 is provided with three heaters (second heaters) monolithically integrated on this region, and the refractive index of the optical waveguide is changed by the amount of heat applied to the heater. Adjust the wavelength of the reflection spectrum. That is, the wavelength changes depending on the power (second applied power) applied to the electrodes 28a, 28b, and 28c provided in the heater. Further, this reflection spectrum also changes depending on the operating temperature of the laser.

ＳＧ−ＤＦＢ領域２５は、回折格子が形成された領域が光軸に沿って所定の間隔で設けられ、且つ利得領域と屈折率可変領域とが交互に配置されて成る光導波路を含む。このＳＧ−ＤＦＢ領域２５は、全体として、所定間隔の複数のピークを有する利得スペクトルを示す。屈折率可変領域には、この領域上にモノリシックに集積されたヒータ（第１のヒータ）が２つ設けられており、該ヒータに与えられる熱量によって屈折率可変領域の光導波路の屈折率が変化する。また、ＳＧ−ＤＦＢ領域２５は、利得領域に対して駆動電流を注入するための電極３０と、屈折率可変領域上に配置された２つのヒータに電力を与えるための電極３８ａ，３８ｂとを備える。ＳＧ−ＤＦＢ領域２５では、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２と同様に、ヒータに設けられた電極３８ａ，３８ｂに印加される電力（第１の印加電力）によって屈折率可変領域の屈折率を変化させることで、利得スペクトルの波長が変化する。さらに、この利得スペクトルは、レーザの動作温度によっても変化する。   The SG-DFB region 25 includes an optical waveguide in which regions where diffraction gratings are formed are provided at predetermined intervals along the optical axis, and gain regions and refractive index variable regions are alternately arranged. This SG-DFB region 25 shows a gain spectrum having a plurality of peaks at a predetermined interval as a whole. In the variable refractive index region, two heaters (first heaters) monolithically integrated on this region are provided, and the refractive index of the optical waveguide in the variable refractive index region varies depending on the amount of heat applied to the heater. To do. The SG-DFB region 25 includes an electrode 30 for injecting a drive current into the gain region, and electrodes 38a and 38b for supplying power to two heaters arranged on the refractive index variable region. . In the SG-DFB region 25, as in the CSG-DBR region 22, the refractive index of the refractive index variable region is changed by the power (first applied power) applied to the electrodes 38a and 38b provided in the heater. The wavelength of the gain spectrum changes. Furthermore, this gain spectrum also changes with the operating temperature of the laser.

ＳＯＡ領域２６は、光導波路を含んでおり、その光導波路での光増幅率を制御するための電極３２を有している。この電極３２へのキャリア（電流）注入量を変更することにより、光増幅率を調整可能である。なお、これらのＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２、ＳＧ−ＤＦＢ領域２５、及びＳＯＡ領域２６は、それらの光導波路が互いに光結合されている。   The SOA region 26 includes an optical waveguide, and has an electrode 32 for controlling the optical amplification factor in the optical waveguide. The optical amplification factor can be adjusted by changing the amount of carrier (current) injection into the electrode 32. Note that these optical waveguides of the CSG-DBR region 22, the SG-DFB region 25, and the SOA region 26 are optically coupled to each other.

半導体レーザ４０は、上記のような構造を有することで、レーザの動作温度を一定に制御した状態で、ＳＧ−ＤＦＢ領域２５の第１のヒータへ第１の印加電力を与え、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２の第２のヒータへ第２の印加電力を与えることによって、出力光の波長特性を高速に制御できるように構成されている。   Since the semiconductor laser 40 has the above-described structure, the first applied power is applied to the first heater in the SG-DFB region 25 in a state where the operating temperature of the laser is controlled to be constant, and the CSG-DBR region. By applying the second applied power to the 22 second heaters, the wavelength characteristics of the output light can be controlled at high speed.

次に、コントローラ３８の動作の概要について説明する。駆動装置２を起動後、半導体レーザ４０の動作温度は、Ａ／Ｄコンバータでモニタした温度センサ１４の値を熱電冷却素子１２に帰還することで、目標値に一致するように制御される。また、コントローラ３８は、動作温度が一定温度に安定化した後の初期動作として、ＬＵＴから取得した、設定波長に対応する初期電流値Ｉ_ＬＤ、初期電流値Ｉ_{ＳＯＡ＿ｉｎｉ}、初期電流値Ｉ_{ＨＴ１＿ｉｎｉ}、Ｉ_{ＨＴ２＿ｉｎｉ}、Ｉ_{ＨＴ３＿ｉｎｉ}、及び初期電流値Ｉ_{ＨＴ４＿ｉｎｉ}、Ｉ_{ＨＴ５＿ｉｎｉ}を半導体レーザ４０に供給しレーザ発振させる。この初期電流値Ｉ_ＬＤは、ＳＧ−ＤＦＢ領域２５の利得領域に注入する電流値であり、初期電流値Ｉ_{ＳＯＡ＿ｉｎｉ}は、ＳＯＡ領域２６に注入する電流値であり、初期電流値Ｉ_{ＨＴ１＿ｉｎｉ}、Ｉ_{ＨＴ２＿ｉｎｉ}、Ｉ_{ＨＴ３＿ｉｎｉ}は、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２内の３つのヒータに供給する電流値であり、初期電流値Ｉ_{ＨＴ４＿ｉｎｉ}、Ｉ_{ＨＴ５＿ｉｎｉ}は、ＳＧ−ＤＦＢ領域２５の屈折率可変領域の２つのヒータに注入する電流値である。このように、設定波長に対応する初期電流値が設定されると、半導体レーザ４０の発振波長が目標値に近い値となる。このとき、Ａ／Ｄコンバータによって得られた波長ロッカ１６の２つの受光素子ＰＤ_１，ＰＤ_２の検出結果の比Ｉ_ＰＤ２／Ｉ_ＰＤ１は、波長の状態を示し、発振波長の目標値に近い値となる。ここで、Ｉ_ＰＤ１は受光素子ＰＤ_１の出力電流、Ｉ_ＰＤ２は受光素子ＰＤ_２の出力電流である。また、ＰＤ_１から得られた出力電流Ｉ_ＰＤ１は、光出力の強度の状態を示し、光出力の目標値に近い値となる。 Next, an outline of the operation of the controller 38 will be described. After the drive device 2 is started, the operating temperature of the semiconductor laser 40 is controlled to match the target value by feeding back the value of the temperature sensor 14 monitored by the A / D converter to the thermoelectric cooling element 12. In addition, the controller 38 obtains an initial current value I _LD , an initial current value I _{SOA_ini} , and an initial current value I _{HT1_ini} , I corresponding to the set wavelength, which are acquired from the LUT, as an initial operation after the operating temperature is stabilized at a constant temperature. _{HT2_ini} , _{IHT3_ini} , and initial current values _{IHT4_ini} , _{IHT5_ini} are supplied to the semiconductor laser 40 to cause laser oscillation. The initial current value I _LD is a current value injected into the gain region of the SG-DFB region 25, and the initial current value I _{SOA_ini} is a current value injected into the SOA region 26, and the initial current values I _{HT1_ini} and I _{HT2_ini} , _{IHT3_ini} are current values supplied to the three heaters in the CSG-DBR region 22, and initial current values _{IHT4_ini} and _{IHT5_ini} are injected into the two heaters in the refractive index variable region of the SG-DFB region 25. Current value. Thus, when the initial current value corresponding to the set wavelength is set, the oscillation wavelength of the semiconductor laser 40 becomes a value close to the target value. At this time, the ratio I _PD2 / I _PD1 of the detection results of the _two light receiving elements PD ₁ and PD ₂ of the wavelength locker 16 obtained by the A / D converter indicates the wavelength state and is a value close to the target value of the oscillation wavelength It becomes. Here, I _PD1 is an output current of the light receiving element PD ₁ , and I _PD2 is an output current of the light receiving element PD ₂ . The output current I _PD1 obtained from the PD ₁ indicates the state of the light output intensity, and is a value close to the target value of the light output.

また、コントローラ３８は、設定波長に対応する初期電流値を設定後、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２の反射スペクトル及びＳＧ−ＤＦＢ領域２５の利得スペクトルを安定化させるために、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２及びＳＧ−ＤＦＢ領域２５の各ヒータへの印加電力を安定化させるように制御する。初期電流値の設定後には、各ヒータ電流の初期設定値はＩ_{ＨＴｘ＿ｉｎｉ}（ｘ＝１，２，３，４，５、以後同様）となっているので、各ヒータへの印加電力の初期値Ｐ_{ＨＴｘ＿ｉｎｉ}は、下記式；
Ｐ_{ＨＴｘ＿ｉｎｉ}＝Ｉ_{ＨＴｘ＿ｉｎｉ}×Ｖ_{ＨＴｘ＿ｉｎｉ}
Ｖ_{ＨＴｘ＿ｉｎｉ}＝Ｉ_{ＨＴｘ＿ｉｎｉ}×Ｒ_{ＨＴｘ＿ｉｎｉ}
によって計算される。この初期電流値Ｉ_{ＨＴｘ＿ｉｎｉ}は、Ｐ_{ＨＴｘ＿ｉｎｉ}が電力目標値ｔ＿Ｐ_ＨＴｘと等しくなるように、予め調整時に求められ、ＬＵＴに設定されている。ここで、Ｖ_{ＨＴｘ＿ｉｎｉ}は各ヒータへの印加電圧、Ｒ_{ＨＴｘ＿ｉｎｉ}は各ヒータの抵抗値である。コントローラ３８は、初期電流値Ｉ_{ＨＴｘ＿ｉｎｉ}を設定後、Ａ／Ｄコンバータによってモニタしたヒータ印加電圧Ｖ_ＨＴｘ、及び初期電流値Ｉ_{ＨＴｘ＿ｉｎｉ}から現在の電力値Ｐ_ＨＴｘを求め、目標値ｔ＿Ｐ_ＨＴｘとのずれを電流値にフィードバックすることで各ヒータ印加電力が一定になるように制御する。このような制御は、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２及びＳＧ−ＤＦＢ領域２５の計５つのヒータそれぞれに対して独立に行う。これらのヒータでは、グラウンドに接続している端子が共通に存在しており、寄生抵抗がある場合がある。この場合、これらのヒータに電流が流れると寄生抵抗によってグラウンド端子に電圧が発生するため、Ａ／Ｄコンバータによってこれらのヒータの端子の電圧と、グラウンド端子の電圧（ＧＮＤ電圧）とがモニタされる。そして、コントローラ３８は、ヒータ印加電圧Ｖ_ＨＴｘを、これらのヒータの電圧それぞれと、ＧＮＤ電圧との差から求める。 In addition, the controller 38 sets the initial current value corresponding to the set wavelength, and then stabilizes the reflection spectrum of the CSG-DBR region 22 and the gain spectrum of the SG-DFB region 25, so that the CSG-DBR region 22 and the SG- Control is performed so that the power applied to each heater in the DFB region 25 is stabilized. After the initial current value is set, the initial set value of each heater current is I _{HTx_ini} (x = 1, 2, 3, 4, 5, and so on), so the initial value P of the power applied to each heater _{HTx_ini} is the following formula:
_{PHTx_ini} = _{IHTx_ini} × _{VHTx_ini}
V _{HTx_ini} = I _{HTx_ini} × R _{HTx_ini}
Calculated by This initial current value I _{HTx_ini} is obtained in advance so as to make P _{HTx_ini} equal to the power target value t_P _HTx and is set in the LUT. Here, V _{HTx_ini} is an applied voltage to each heater, and R _{HTx_ini} is a resistance value of each heater. After setting the initial current value I _{HTx_ini} , the controller 38 _{obtains the} current power value P _HTx from the heater applied voltage V _HTx monitored by the A / D converter and the initial current value I _{HTx_ini,} and the deviation from the target value t_P _HTx is obtained. Control is performed so that the power applied to each heater becomes constant by feeding back to the current value. Such control is performed independently for each of the total five heaters of the CSG-DBR region 22 and the SG-DFB region 25. These heaters have a common terminal connected to the ground, and may have parasitic resistance. In this case, when a current flows through these heaters, a voltage is generated at the ground terminals due to parasitic resistance. Therefore, the voltage at the terminals of these heaters and the voltage at the ground terminal (GND voltage) are monitored by the A / D converter. . Then, the controller 38 _obtains the heater applied voltage _VHTx from the difference between each of these heater voltages and the GND voltage.

さらに、コントローラ３８は、光出力強度を目標値に更に正確に一致させるため、Ａ／Ｄコンバータでモニタした受光素子ＰＤ_１の検出結果Ｉ_ＰＤ１が目標値になるようにＳＯＡ領域２６の注入電流を制御する（光出力制御動作）。また、コントローラ３８は、発振波長を目標波長により正確に一致させるため、Ａ／Ｄコンバータでモニタした受光素子ＰＤ_１，ＰＤ_２の検出結果の比Ｉ_ＰＤ２／Ｉ_ＰＤ１が目標値になるように、ＳＧ−ＤＦＢ領域２５の２つのヒータへの印加電力、及びＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２の３つのヒータへの印加電力を制御する（波長制御動作）。 Furthermore, controller 38, in order to further precisely match the light output intensity to the target value, the injection current of the SOA region 26 as a detection result I _PD1 of the light-receiving element PD ₁ which is monitored by the A / D converter becomes the target value Control (light output control operation). In addition, the controller 38 accurately matches the oscillation wavelength with the target wavelength so that the ratio I _PD2 / I _PD1 of the detection results of the light receiving elements PD ₁ and PD ₂ monitored by the A / D converter becomes the target value. The power applied to the two heaters in the SG-DFB region 25 and the power applied to the three heaters in the CSG-DBR region 22 are controlled (wavelength control operation).

なお、コントローラ３８は、上述した半導体レーザ４０の駆動制御を実行する際には、３つのモードを使い分けることにより、Ａ／Ｄコンバータにてモニタすべき項目を切り替える。図５は、コントローラ３８におけるモード切替動作を示すフローチャートであり、図６は、各モードにおいてコントローラ３８によってモニタされる項目の順番を示す図である。   The controller 38 switches items to be monitored by the A / D converter by properly using the three modes when executing the drive control of the semiconductor laser 40 described above. FIG. 5 is a flowchart showing the mode switching operation in the controller 38, and FIG. 6 is a diagram showing the order of items monitored by the controller 38 in each mode.

図５に示すモード切替動作は、駆動装置２を起動後にコントローラ３８によって所定周期で繰り返し実行される。具体的には、モード切替動作がスタートすると、コントローラ３８において外部制御信号として発振波長を切り替えるための波長切替信号が所定時間内に受け付けられたか否かが判定される（ステップＳ１１）。判定の結果、波長切替信号が受け付けられていた場合（ステップＳ１１；ＹＥＳ）、その波長切替信号に応答してコントローラ３８のモニタ項目がモード２又はモード３に切り替えられ、光出力制御動作及び波長制御動作時にモニタすべき項目のサンプリングレートが上げられる（ステップＳ１２）。光出力が出力されている場合は、一旦コントローラ３８による５つのヒータに対する印加電力制御、光出力制御動作及び波長制御動作、ＳＯＡ領域２６への注入電流が停止され光出力が遮断される。その後、外部から与えられた設定波長に応じた制御パラメータをＬＵＴから取得し、ＳＯＡ領域２６への注入電流を含む初期電流値の設定が実行されたのち、ヒータの印加電力制御、光出力制御動作及び波長制御動作が開始される（ステップＳ１３）。その後、光出力及び発振波長が安定化しているか否かが判定される（ステップ１４）。ステップ１４の判定の結果、光出力或いは発振波長が安定化していない場合には（ステップ１４：ＮＯ）、ステップ１４の判定を繰り返す。一方、光出力及び発振波長が安定化した場合は（ステップ１４：ＹＥＳ）、コントローラ３８のモニタ項目がモード１に切り替えられる。   The mode switching operation shown in FIG. 5 is repeatedly executed at a predetermined cycle by the controller 38 after the drive device 2 is started. Specifically, when the mode switching operation is started, it is determined whether or not a wavelength switching signal for switching the oscillation wavelength as an external control signal is received within a predetermined time in the controller 38 (step S11). If the wavelength switching signal is accepted as a result of the determination (step S11; YES), the monitor item of the controller 38 is switched to mode 2 or mode 3 in response to the wavelength switching signal, and the light output control operation and wavelength control are performed. The sampling rate of items to be monitored during operation is increased (step S12). When the optical output is being output, the controller 38 temporarily stops the applied power control to the five heaters, the optical output control operation and the wavelength control operation, and the injection current to the SOA region 26, thereby interrupting the optical output. Thereafter, a control parameter corresponding to a set wavelength given from the outside is acquired from the LUT, and an initial current value including an injection current into the SOA region 26 is set, and then the heater applied power control and light output control operation are performed. Then, the wavelength control operation is started (step S13). Thereafter, it is determined whether or not the optical output and the oscillation wavelength are stabilized (step 14). If the light output or the oscillation wavelength is not stabilized as a result of the determination in step 14 (step 14: NO), the determination in step 14 is repeated. On the other hand, when the optical output and the oscillation wavelength are stabilized (step 14: YES), the monitor item of the controller 38 is switched to mode 1.

一方、所定時間内に波長切替信号が受け付けられていない場合（ステップＳ１１；ＮＯ）、コントローラ３８はモード１の構成のままモニタを続け、より多くのモニタ項目が均等にモニタされる。その後、再び、波長切替信号の確認をするまで、同じ状態が保たれる。   On the other hand, when the wavelength switching signal is not received within the predetermined time (step S11; NO), the controller 38 continues monitoring with the configuration of mode 1, and more monitor items are monitored equally. Thereafter, the same state is maintained until the wavelength switching signal is confirmed again.

図６（ａ）に示すように、モード１においては、コントローラ３８により、モニタすべき項目全てを同じ頻度で循環的にモニタする。同図に示す“ヒータ１”、“ヒータ２”、“ヒータ３”はＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２の３つのヒータの印加電圧、“ヒータ４”、“ヒータ５”はＳＧ−ＤＦＢ領域２５の２つのヒータの印加電圧、“ヒータＧＮＤ”はヒータのＧＮＤ電圧であり、“ＰＤ１”、“ＰＤ２”は受光素子ＰＤ_１，ＰＤ_２の検出電流である。また、“サーミスタ”は温度センサ１４の検出値であり、“モニタ１”〜“モニタ５”は光出力制御動作及び波長制御動作に関連無くモニタされる項目であり、供給電圧や半導体レーザ４０の各領域に供給する電圧等である。“モニタ１”〜“モニタ５”としては、例えば、電源電圧ＶＣＣ１、ＶＣＣ２、ＳＯＡ領域２６への注入電流を決めるバイアス値、ＳＧ−ＤＦＢ領域２５への注入電流を決めるバイアス値、熱電冷却素子１２に供給する電流値等が挙げられる。 As shown in FIG. 6A, in mode 1, the controller 38 cyclically monitors all items to be monitored at the same frequency. “Heater 1”, “Heater 2”, and “Heater 3” shown in the same figure are applied voltages of the three heaters in the CSG-DBR region 22, and “Heater 4” and “Heater 5” are two in the SG-DFB region 25. The applied voltage of the heater, “heater GND” is the GND voltage of the heater, and “PD1” and “PD2” are detection currents of the light receiving elements PD ₁ and PD ₂ . “Thermistor” is a detection value of the temperature sensor 14, and “Monitor 1” to “Monitor 5” are items monitored regardless of the light output control operation and the wavelength control operation. The voltage supplied to each region. Examples of “monitor 1” to “monitor 5” include power supply voltages VCC1, VCC2, a bias value that determines an injection current into the SOA region 26, a bias value that determines an injection current into the SG-DFB region 25, and the thermoelectric cooling element 12. Current value to be supplied to the.

その一方で、図６（ｂ）に示すモード２は、光出力制御及び波長制御に必要な項目“ヒータ１”、“ヒータ２”、“ヒータ３”、“ヒータ４”、“ヒータ５”、“ヒータＧＮＤ”、“ＰＤ１”、及び“ＰＤ２”のみを、循環的にモニタするモードである。この場合、モード１からモード２に変更することにより、Ａ／Ｄコンバータの光出力制御及び波長制御に関する項目のサンプリングレートを、Ａ／Ｄコンバータに供給するクロック周波数を変化することなく１．７５倍に上げることができる。すなわち、モード１では少なくとも全１４項目（光出力制御及び波長制御に関する８項目とその他のパラメータ６項目）をモニタするのに対して、モード２では光出力制御及び波長制御のためのパラメータ８項目のみをモニタする。波長制御のためのパラメータのひとつに着目すると、モード１では１／１４の頻度であったところ、モード２では１／８の頻度となる。従って、モード１からモード２に変更することによって、等価的なサンプリングレートが１．７５倍となる。また、光出力制御動作、波長制御動作については、サンプリングレート（ＳＰＳ：sample/sec）の変更のみで、制御の応答速度を１．７５倍に上げることができる。   On the other hand, in the mode 2 shown in FIG. 6B, items “heater 1”, “heater 2”, “heater 3”, “heater 4”, “heater 5” necessary for light output control and wavelength control, In this mode, only “heater GND”, “PD1”, and “PD2” are cyclically monitored. In this case, by changing from mode 1 to mode 2, the sampling rate of the items related to optical output control and wavelength control of the A / D converter is 1.75 times without changing the clock frequency supplied to the A / D converter. Can be raised. That is, in mode 1, at least a total of 14 items (eight items related to light output control and wavelength control and 6 other parameters items) are monitored, while in mode 2, only 8 parameters for light output control and wavelength control are monitored. To monitor. Focusing on one of the parameters for wavelength control, the frequency is 1/14 in mode 1 but 1/8 in mode 2. Therefore, by changing from mode 1 to mode 2, the equivalent sampling rate becomes 1.75 times. For the light output control operation and the wavelength control operation, the control response speed can be increased to 1.75 times only by changing the sampling rate (SPS: sample / sec).

また、コントローラ３８のモニタ項目は、モード２の代わりに図６（ｃ）に示すモード３に切り替えられてもよい。このモード３は、光出力制御及び波長制御に関連する項目に対してそれらの制御に関連のない項目のサンプリングレートを落としたモードである。詳細には、モニタ項目“ヒータ１”、“ヒータ２”、“ヒータ３”、“ヒータ４”、“ヒータ５”、“ヒータＧＮＤ”、“ＰＤ１”、及び“ＰＤ２”については絶えず循環的（連続的）にモニタし、それ以外のモニタ項目は間欠的に循環してモニタする。これにより、Ａ／Ｄコンバータの光出力制御及び波長制御に関する項目のサンプリングレートを平均して上げることができ、モード１に比較した光出力制御動作及び波長制御動作についての応答速度を上昇させることができる。   Further, the monitor item of the controller 38 may be switched to the mode 3 shown in FIG. This mode 3 is a mode in which the sampling rate of items not related to those controls is reduced with respect to items related to light output control and wavelength control. Specifically, the monitor items “heater 1”, “heater 2”, “heater 3”, “heater 4”, “heater 5”, “heater GND”, “PD1”, and “PD2” are constantly cyclic ( Monitor continuously, and monitor other items in an intermittent manner. As a result, the sampling rate of the items related to the optical output control and wavelength control of the A / D converter can be increased on average, and the response speed for the optical output control operation and wavelength control operation compared to mode 1 can be increased. it can.

以上説明した波長可変半導体レーザの制御方法によれば、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２及びＳＧ−ＤＦＢ領域２５の各ヒータに印加される印加電力、出力光の強度、及び動作温度の各パラメータのモニタ値に応じて、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域２２及びＳＧ−ＤＦＢ領域２５の各ヒータへの印加電力を調整することで出力光の波長が所定値に維持される。また、外部制御信号により出力光の波長が切り替えられる際には、出力光の強度及び各ヒータへの印加電力のみのモニタ値に応じて、出力光の波長が安定化される。このようにすれば、出力光の波長切り替え時のモニタ動作の高速化が図れる。さらに、この場合でも光出力制御及び発振波長制御に必要なパラメータはモニタされているので、高精度な制御が可能にされる。その結果、高速のＡ／Ｄコンバータの使用による消費電力の増加や、複数のＡ／Ｄコンバータの利用による回路規模の増大を生じさせることなく、光出力及び波長の高速制御が実現される。   According to the control method of the wavelength tunable semiconductor laser described above, the monitor value of each parameter of the applied power, the intensity of the output light, and the operating temperature applied to each heater of the CSG-DBR region 22 and the SG-DFB region 25 is set. Accordingly, the wavelength of the output light is maintained at a predetermined value by adjusting the power applied to each heater in the CSG-DBR region 22 and the SG-DFB region 25. When the wavelength of the output light is switched by the external control signal, the wavelength of the output light is stabilized according to the monitor value of only the intensity of the output light and the applied power to each heater. In this way, it is possible to speed up the monitoring operation when switching the wavelength of the output light. Furthermore, even in this case, the parameters required for the light output control and the oscillation wavelength control are monitored, so that highly accurate control is possible. As a result, high-speed control of optical output and wavelength can be realized without causing an increase in power consumption due to the use of a high-speed A / D converter and an increase in circuit scale due to the use of a plurality of A / D converters.

すなわち、半導体レーザ全体の動作温度の変化による発振波長の応答時間は、ヒータへの印加電力の変化に対する発振波長の応答時間よりも長い。そのため、動作温度安定化後の定常時には光出力制御及び波長制御の応答は遅くても問題は生じない。一方、半導体レーザ４０の発振波長の切替時には、光出力の変更によるＳＯＡ領域２６の注入電流値の変化と、発振波長の変更に伴うヒータ印加電力の変更とが、レーザの温度分布にも影響を与え、その発振波長が変化してしまう。数十ミリ秒程度の短い時間内に光出力、発振波長を目標値に安定化させるためには、光出力制御及び波長制御の応答速度を上げる必要がある。デジタル処理による負帰還制御を利用した場合、応答速度を決める要因は、
（１）物理現象の応答速度、
（２）Ａ／Ｄコンバータのサンプリングレート、
（３）制御の演算に要する時間、
の３つである。本実施形態における波長制御では、モノリシックのヒータを制御因子としているゆえ、その波長変動の応答速度は遅くとも数マイクロ秒である。また、制御の演算に要する時間はＡ／Ｄコンバータのサンプリングレートに比べて極めて速いため、制御の応答速度を制限する主要因は、（２）のＡ／Ｄコンバータのサンプリングレートにある。よって、波長制御の応答速度を速めるためには、これらの光出力制御及び波長制御に関わるモニタ項目のサンプリングレートを上げることで対応可能である。従来は、１つのＡ／Ｄコンバータ（コントローラに搭載されているＡ／Ｄコンバータ）だけでこれらの波長制御用の種々のモニタ、或いは他のパラメータのモニタを全て担うため、波長制御のためのサンプリングレートを速くすることは困難であった。高機能なＡ／Ｄコンバータ、複数のＡ／Ｄコンバータを採用することで波長制御のためのサンプリングレートを上げることは可能であるが、前者は消費電力の増大、後者では回路規模の増大を招いてしまう。 That is, the response time of the oscillation wavelength due to the change in the operating temperature of the entire semiconductor laser is longer than the response time of the oscillation wavelength with respect to the change in the power applied to the heater. Therefore, no problem occurs even if the response of the light output control and the wavelength control is slow at the steady state after the stabilization of the operating temperature. On the other hand, when the oscillation wavelength of the semiconductor laser 40 is switched, the change in the injection current value in the SOA region 26 due to the change in the optical output and the change in the heater applied power accompanying the change in the oscillation wavelength also affect the laser temperature distribution. The oscillation wavelength changes. In order to stabilize the light output and the oscillation wavelength to the target values within a short time of about several tens of milliseconds, it is necessary to increase the response speed of the light output control and the wavelength control. When using negative feedback control by digital processing, the factor that determines the response speed is
(1) Response speed of physical phenomena,
(2) A / D converter sampling rate,
(3) Time required for control calculation,
It is three. In the wavelength control in this embodiment, since a monolithic heater is used as a control factor, the response speed of the wavelength fluctuation is at most several microseconds. Further, since the time required for the control calculation is extremely fast compared to the sampling rate of the A / D converter, the main factor that limits the control response speed is the sampling rate of the A / D converter (2). Therefore, in order to increase the response speed of wavelength control, it is possible to respond by increasing the sampling rate of the monitor items related to the light output control and wavelength control. Conventionally, since only one A / D converter (A / D converter installed in the controller) is responsible for monitoring these various types of wavelength control or other parameters, sampling for wavelength control is required. It was difficult to increase the rate. Although it is possible to increase the sampling rate for wavelength control by adopting a high-performance A / D converter and multiple A / D converters, the former causes an increase in power consumption and the latter causes an increase in circuit scale. I will.

これに対して、本実施形態によれば、コントローラ３８においてモード１とモード２，３とを切り替えることにより、光出力制御及び発振波長制御時の各モニタ値のサンプリングレートを効率的に上げることができ、光出力制御及び発振波長制御動作をより高速化することができる。   In contrast, according to the present embodiment, by switching between mode 1 and modes 2 and 3 in the controller 38, the sampling rate of each monitor value at the time of optical output control and oscillation wavelength control can be increased efficiently. Thus, the optical output control and the oscillation wavelength control operation can be further speeded up.

１，２…波長可変半導体レーザ用駆動装置、１０，４０…波長可変半導体レーザ、１２…熱電冷却素子、１４…温度センサ、１６…波長ロッカ、ＰＤ_１，ＰＤ_２…受光素子、１８，３８…コントローラ、２２…ＣＳＧ−ＤＢＲ領域、２４，２５…ＳＧ−ＤＦＢ領域、２６…ＳＯＡ領域。 1,2 ... wavelength tunable semiconductor laser driving apparatus, 10, 40 ... wavelength tunable semiconductor laser, 12 ... thermoelectric cooling element, 14 ... Temperature sensor, 16 ... wavelength locker, _PD 1, PD 2 _... light-receiving element, 18, 38 ... Controller, 22 ... CSG-DBR area, 24, 25 ... SG-DFB area, 26 ... SOA area.

Claims (6)

電流の注入によって利得波長特性が変化する第１の波長選択部と、ヒータへの印加電力により反射波長特性が変化する第２の波長選択部とを備え、動作温度、前記注入電流、及び前記印加電力により出力光の発振波長が調整可能な波長可変半導体レーザの制御方法であって、
前記印加電力、前記出力光の強度、及び前記動作温度をモニタすることで前記発振波長を所定値に維持し、
外部制御信号に応答して、前記出力光の強度及び前記印加電力のみモニタして前記発振波長を切り替える、ことを特徴とする波長可変半導体レーザの制御方法。 A first wavelength selection unit whose gain wavelength characteristic is changed by current injection; and a second wavelength selection unit whose reflection wavelength characteristic is changed by electric power applied to the heater, the operating temperature, the injection current, and the application A control method of a wavelength tunable semiconductor laser capable of adjusting an oscillation wavelength of output light by electric power,
By monitoring the applied power, the intensity of the output light, and the operating temperature, the oscillation wavelength is maintained at a predetermined value,
A method for controlling a wavelength tunable semiconductor laser, wherein the oscillation wavelength is switched by monitoring only the intensity of the output light and the applied power in response to an external control signal. 電流の注入によって利得波長特性が変化する第１の波長選択部と、ヒータへの印加電力により反射波長特性が変化する第２の波長選択部とを備え、動作温度、前記注入電流、及び前記印加電力により出力光の発振波長が調整可能な波長可変半導体レーザの制御方法であって、
前記印加電力、前記出力光の強度、及び前記動作温度をモニタして前記発振波長を所定値に維持し、
外部制御信号に応答して、前記動作温度を間欠的にモニタし、前記印加電力、前記出力光の強度を連続的にモニタして、前記発振波長を切り替える、ことを特徴とする波長可変半導体レーザの制御方法。 A first wavelength selection unit whose gain wavelength characteristic is changed by current injection; and a second wavelength selection unit whose reflection wavelength characteristic is changed by electric power applied to the heater, the operating temperature, the injection current, and the application A control method of a wavelength tunable semiconductor laser capable of adjusting an oscillation wavelength of output light by electric power,
Monitoring the applied power, the intensity of the output light, and the operating temperature to maintain the oscillation wavelength at a predetermined value;
In response to an external control signal, the operating temperature is intermittently monitored, the applied power and the intensity of the output light are continuously monitored, and the oscillation wavelength is switched. Control method. 前記動作温度に対する前記出力光波長の応答時間は、前記電流及び前記印加電力に対する前記出力光波長の応答時間よりも長い、ことを特徴とする請求項１又は２記載の波長可変半導体レーザの制御方法。   3. The method of controlling a wavelength tunable semiconductor laser according to claim 1, wherein a response time of the output light wavelength with respect to the operating temperature is longer than a response time of the output light wavelength with respect to the current and the applied power. . 第１のヒータへの第１の印加電力により利得波長特性が変化する第１の波長選択部と、第２のヒータへの第２の印加電力により反射波長特性が変化する第２の波長選択部とを備え、動作温度並びに前記第１及び第２の印加電力により出力光の発振波長が調整可能な波長可変半導体レーザの制御方法であって、
前記第１及び第２の印加電力、前記出力光の強度、及び前記動作温度をモニタすることで前記発振波長を所定値に維持し、
外部制御信号に応答して、前記出力光の強度及び前記第１及び第２の印加電力のみモニタして前記発振波長を切り替える、ことを特徴とする波長可変半導体レーザの制御方法。 A first wavelength selection unit in which the gain wavelength characteristic is changed by the first applied power to the first heater, and a second wavelength selection unit in which the reflection wavelength characteristic is changed by the second applied power to the second heater. A method of controlling a wavelength tunable semiconductor laser capable of adjusting an oscillation wavelength of output light by an operating temperature and the first and second applied powers,
Maintaining the oscillation wavelength at a predetermined value by monitoring the first and second applied power, the intensity of the output light, and the operating temperature;
In response to an external control signal, only the intensity of the output light and the first and second applied powers are monitored, and the oscillation wavelength is switched. 第１のヒータへの第１の印加電力により利得波長特性が変化する第１の波長選択部と、第２のヒータへの第２の印加電力により反射波長特性が変化する第２の波長選択部とを備え、動作温度並びに前記第１及び第２の印加電力により出力光の発振波長が調整可能な波長可変半導体レーザの制御方法であって、
前記第１及び第２の印加電力、前記出力光の強度、及び前記動作温度をモニタして前記発振波長を所定値に維持し、
外部制御信号に応答して、前記動作温度を間欠的にモニタし、前記第１及び第２の印加電力並びに前記出力光の強度を連続的にモニタして、前記発振波長を切り替える、ことを特徴とする波長可変半導体レーザの制御方法。 A first wavelength selection unit in which the gain wavelength characteristic is changed by the first applied power to the first heater, and a second wavelength selection unit in which the reflection wavelength characteristic is changed by the second applied power to the second heater. A method of controlling a wavelength tunable semiconductor laser capable of adjusting an oscillation wavelength of output light by an operating temperature and the first and second applied powers,
Monitoring the first and second applied power, the intensity of the output light, and the operating temperature to maintain the oscillation wavelength at a predetermined value;
In response to an external control signal, the operating temperature is intermittently monitored, the first and second applied powers and the intensity of the output light are continuously monitored, and the oscillation wavelength is switched. A method for controlling a tunable semiconductor laser. 前記動作温度に対する前記出力光波長の応答時間は、前記第１及び第２の印加電力に対する前記出力光波長の応答時間よりも長い、ことを特徴とする請求項１又は２記載の波長可変半導体レーザの制御方法。   3. The wavelength tunable semiconductor laser according to claim 1, wherein a response time of the output light wavelength with respect to the operating temperature is longer than a response time of the output light wavelength with respect to the first and second applied powers. Control method.

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