WO2009099050A1 - レーザ装置およびレーザ装置の制御データ - Google Patents

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oscillation
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Hirokazu Tanaka
Tsutomu Ishikawa
Toyotoshi Machida
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Eudyna Devices Inc.
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    • H01S5/142—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon which comprises an additional resonator

Definitions

  • the present invention relates to a laser device and control data of the laser device.
  • a tunable laser capable of selecting a plurality of output wavelengths by providing wavelength selection means inside the resonator is known.
  • a tunable laser including a CSG-DBR (Chirped Sampled Distributed Distributed Bragg Reflector) region and an SG-DFB (Sampled Distributed Diverted Feedback) region is disclosed (see, for example, Patent Document 1).
  • the reflection spectrum peaks generated in the SG-DFB region and the CSG-DBR region have different periods. Thereby, a vernier effect is generated. That is, the wavelength having the greatest intensity is selected as the oscillation wavelength among the wavelengths where the peaks overlap.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the relationship between the refractive index change in the CSG-DBR region and the oscillation wavelength.
  • FIG. 1 shows the characteristics when the temperature of each heater is changed while maintaining the relationship of the temperature differences of a plurality of heaters provided on the CSG-DBR region. Specifically, FIG. 1 shows characteristics when the temperature change amount of each heater is equal and the refractive index change amount of the portion corresponding to each heater in the CSG-DBR region is equal.
  • the flat terrace portion indicates the wavelength at which the tunable laser can oscillate.
  • the width of each terrace corresponds to the peak interval of wavelength characteristics in the SG-DFB region.
  • the oscillation wavelength changes in one direction with respect to the refractive index change in the CSG-DBR region. In FIG. 1, the oscillation wavelength changes to the longer wavelength side as the refractive index of the CSG-DBR region increases.
  • the periodic peak of the reflection spectrum in the CSG-DBR region is limited to a predetermined wavelength band. Thereby, wavelengths other than the desired oscillation wavelength are excluded.
  • the range of wavelength selection is limited to ⁇ 1 to ⁇ 7. Since wavelength selection by the vernier effect has a regressive property, a plurality of wavelength selection ranges of ⁇ 1 to ⁇ 7 are generated periodically and continuously.
  • the characteristics shown in FIG. 1 include not only a combination of the SG-DFB area and the CSG-DBR area, but also a plurality of wavelength selection means having different wavelength characteristic periods and a means for limiting the oscillation wavelength band. It occurs when there is.
  • Such a tunable laser operates based on a set value called from a lookup table.
  • This look-up table is created by acquiring a set value while confirming a desired output wavelength with a high-accuracy wavelength meter during a shipping test.
  • one range in which the selected wavelength changes in one direction with respect to the refractive index change in the CSG-DBR region is selected.
  • setting values corresponding to ⁇ 1 to ⁇ 7 are acquired.
  • An object of the present invention is to provide a laser device capable of suppressing power consumption and control data of the laser device.
  • the laser apparatus includes a gain unit, a first wavelength selection unit having a periodic peak in wavelength characteristics, and a first wavelength selection unit in a wavelength range limited to a band narrower than a variable band of oscillation wavelengths. Includes a second wavelength selection unit having a peak in wavelength characteristics at different periods and a peak wavelength shifting by a change in refractive index, and is selected by a change in refractive index in one direction of the second wavelength selection unit in the same wavelength range.
  • a storage unit storing a value selected from the range, and a controller for giving a set value stored in the storage unit to the resonator.
  • the storage unit is selected in the range from the oscillation wavelength selected in a state where the refractive index change is not given to the second wavelength selection means until the oscillation wavelength that is the origin in the adjacent range is selected again.
  • Stored values may be stored. In this case, power consumption for changing the refractive index of the second wavelength selection unit is suppressed as compared with the case where the set value is selected within the range of each range.
  • the storage unit starts from the oscillation wavelength adjacent to the oscillation wavelength selected without changing the refractive index with respect to the second wavelength selection unit, and until the oscillation wavelength serving as the start point in the adjacent range is selected again.
  • the value selected in the range may be stored. In this case, power consumption for changing the refractive index of the second wavelength selection unit is suppressed as compared with the case where the set value is selected within the range of each range.
  • the set value of the refractive index of the second wavelength selection unit may be the temperature of the second wavelength selection unit or the amount of current injected into the second wavelength selection unit.
  • the storage unit may store the setting value of the refractive index of the second wavelength selection unit for each desired wavelength.
  • the control data according to the present invention includes a gain unit, a first wavelength selection unit having a periodic peak in wavelength characteristics, a first wavelength selection unit in a wavelength range limited to a narrower band than a variable band of oscillation wavelengths, Includes a resonator having a second wavelength selection unit having a peak in wavelength characteristics at different periods and a peak wavelength being shifted by a change in refractive index, and in one direction of the second wavelength selection unit in the same wavelength range.
  • Control data of a laser device having a plurality of ranges in which the oscillation wavelength selected by a change in refractive index changes in one direction includes a setting value for determining the refractive index of the second wavelength selection means
  • the range of the maximum value and the minimum value of the refractive index corresponding to the oscillation wavelength to be realized is stored in a range extending over a plurality of ranges.
  • the set value of the refractive index of the second wavelength selection unit may be the temperature of the second wavelength selection unit or the amount of current injected into the second wavelength selection unit.
  • the present invention it is possible to provide a laser device capable of suppressing power consumption and control data of the laser device.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of a tunable laser according to a first embodiment of the present invention and a laser apparatus including the tunable laser.
  • FIG. It is a figure which shows the example of the look-up table.
  • FIG. It is a figure which shows the oscillation wavelength with respect to the refractive index change of a CSG-DBR area
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the overall configuration of the tunable laser 10 and the laser apparatus 100 including the tunable laser 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • the laser device 100 includes a tunable laser 10, a temperature control device 20, an output detection unit 30, a wavelength detection unit 40, and a controller 50.
  • the tunable laser 10 is disposed on the temperature control device 20. Next, details of each part will be described.
  • the tunable laser 10 has a structure in which a CSG-DBR region 11, an SG-DFB region 12, and a semiconductor optical amplifier (SOA) region 13 are sequentially connected.
  • SOA semiconductor optical amplifier
  • the CSG-DBR region 11 includes an optical waveguide provided with a plurality of segments each provided with a first region having a diffraction grating and a second region connected to the first region and serving as a space portion.
  • This optical waveguide is made of a semiconductor crystal whose absorption edge wavelength is shorter than the laser oscillation wavelength.
  • the lengths of the second regions are different.
  • heaters 14a to 14c are sequentially provided along the optical waveguide.
  • the CSG-DBR region 11 has a periodic peak in wavelength characteristics only in a limited wavelength band. In the present embodiment, the CSG-DBR region 11 has a periodic peak in the reflection spectrum only in a limited wavelength band.
  • the SG-DFB region 12 includes an optical waveguide provided with a plurality of segments each provided with a first region having a diffraction grating and a second region connected to the first region and serving as a space portion.
  • This optical waveguide is made of a semiconductor crystal having a gain with respect to laser oscillation at a target wavelength.
  • each second region has the same length.
  • An electrode 15 is provided on the SG-DFB region 12.
  • the SG-DFB region 12 has a periodic peak in wavelength characteristics. In the present embodiment, in the SG-DFB region 12, gain spectrum peaks are periodically distributed.
  • the CSG-DBR region 11 and the SG-DFB region 12 each have a peak in wavelength characteristics at different periods and function as a wavelength selection unit.
  • a vernier effect is generated. That is, the wavelength having the greatest intensity is selected as the oscillation wavelength among the wavelengths where the peaks overlap.
  • the SOA region 13 includes an optical waveguide made of a semiconductor crystal that gives a gain to light by current control or voltage control or absorbs light.
  • An electrode 16 is provided on the SOA region 13.
  • the optical waveguides of the CSG-DBR region 11, the SG-DFB region 12, and the SOA region 13 are optically coupled to each other.
  • the tunable laser 10 is mounted on the temperature control device 20. Further, a thermistor (not shown) for measuring the temperature of the temperature control device 20 is provided on the temperature control device 20.
  • the output detection unit 30 includes a light receiving element that measures the intensity of the laser output light that has passed through the SOA region 13.
  • the wavelength detection unit 40 includes a light receiving element that measures the intensity of the laser output light and a light receiving element that measures the intensity of the laser output light including the wavelength characteristics by transmitting the etalon.
  • the wavelength detection unit 40 is disposed on the CSG-DBR region 11 side and the output detection unit 30 is disposed on the SOA region 13 side, but this is not a limitation.
  • each detection part may be arrange
  • the controller 50 includes a control unit such as a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), and a ROM (Read Only Memory), a power source, and the like.
  • the ROM of the controller 50 stores control information, a control program, and the like for the tunable laser 10.
  • the control information is recorded in the lookup table 51, for example.
  • FIG. 3 shows an example of the lookup table 51.
  • the lookup table 51 includes an initial setting value and a feedback control target value for each channel.
  • Initial setting The value, the initial current value I LD of the SG-DFB region 12, an initial current value I SOA of the SOA region 13, the heater 14a initial current value Ia Heater of ⁇ 14c ⁇ Ic Heater and the initial temperature value of the temperature control device 20 T LD is included.
  • the feedback control target value includes a feedback control target value Im1 of the output detection unit 30, a feedback control target value Im3 / Im2 of the wavelength detection unit 40, and feedback control target values Pa Heater to Pc Heater of the heaters 14a to 14c.
  • the feedback control target value Im1 indicates the target detection value of the light receiving element of the output detection unit 30.
  • the feedback control target value Im3 / Im2 indicates the target value of the ratio of the detection values of the two light receiving elements of the wavelength detector 40.
  • the controller 50 refers to the look-up table 51 to obtain an initial current value I LD , an initial current value I SOA , an initial current value Ia Heater to Ic Heater, and an initial temperature value T LD corresponding to the set channel. .
  • the controller 50 controls the temperature control device 20 so that the temperature of the temperature control device 20 becomes the initial temperature value TLD .
  • the temperature of the tunable laser 10 is controlled to a constant temperature near the initial temperature value TLD .
  • the equivalent refractive index of the optical waveguide in the SG-DFB region 12 is controlled.
  • the controller 50 supplies a current having a magnitude of the initial current value I LD to the electrode 15.
  • light is generated in the optical waveguide in the SG-DFB region 12.
  • the light generated in the SG-DFB region 12 is repeatedly reflected and amplified by the optical waveguides in the CSG-DBR region 11 and the SG-DFB region 12 to cause laser oscillation.
  • the controller 50 supplies currents having initial current values Ia Heater to Ic Heater to the heaters 14a to 14c, respectively. Thereby, the equivalent refractive index of the optical waveguide in the CSG-DBR region 11 is controlled to a predetermined value.
  • the controller 50 supplies a current having a magnitude of the initial current value ISOA to the electrode 16.
  • the tunable laser 10 emits laser light to the outside with an initial wavelength corresponding to the set channel.
  • the controller 50 feedback-controls the supply current or voltage to the SOA region 13 so that the detection result of the light receiving element of the output detection unit 30 becomes the feedback control target value Im1. Thereby, the intensity of the laser beam can be controlled within a specified range.
  • the controller 50 feedback-controls the temperature of the temperature control device 20 so that the ratio of the detection values of the two light receiving elements of the wavelength detection unit 40 becomes the feedback control target value Im3 / Im2. Thereby, the oscillation wavelength can be controlled within a specified range.
  • the controller 50 performs feedback control so that the power supplied to the heaters 14a to 14c becomes the feedback control target values Pa Heater to Pc Heater , respectively.
  • the tunable laser 10 oscillates at a desired wavelength.
  • FIG. 4 is a diagram showing an oscillation wavelength with respect to a change in the refractive index of the CSG-DBR region 11 as in FIG.
  • the refractive index of the CSG-DBR region 11 is controlled by the temperature of the heaters 14a to 14c.
  • three heaters are provided, but the characteristics shown in FIG. 4 indicate a case where each heater has the same temperature.
  • the wavelength ⁇ 5 in the range 0 is selected as the oscillation wavelength of the tunable laser 10 when power is not supplied to the heaters 14a to 14c (the amount of heat generated is zero).
  • the oscillation wavelength selected when the heater temperature is the lowest is not ⁇ 1.
  • initial setting values Ia Heater to Ic Heater are created so that ⁇ 1 to ⁇ 7 in range 1 are selected as oscillation wavelengths.
  • the initial setting values Ia Heater to Ic Heater are created so that the oscillation wavelength is selected from a range extending over two adjacent ranges.
  • the initial setting values Ia Heater to Ic Heater are created so that the wavelength range from ⁇ 5 in range 0 to ⁇ 4 in range 1 becomes the wavelength selection range.
  • the power consumption of the heater is the same as when the range 1 is adopted as the wavelength selection range.
  • the range 0 is used, so that the power consumption in the heaters 14a to 14c can be reduced. Accordingly, the temperature of the heaters 14a to 14c can be lowered as compared with the case of using ⁇ 1 to ⁇ 7 in the range 1. As a result, the power consumption of the heaters 14a to 14c can be reduced.
  • the selectable oscillation wavelength is the same regardless of whether the oscillation wavelength is selected over the range 0 and the range 1 or the ⁇ 1 to ⁇ 7 of the range 1 is used.
  • the initial set values Ia Heater to Ic Heater of the present embodiment can be obtained at high speed by storing the set values in the lookup table 51 for each desired wavelength in advance.
  • the wavelength characteristics of FIG. 4 are obtained by measuring the oscillation wavelength with high accuracy using a wavelength meter while changing the refractive index of the CSG-DBR region 11 by changing the power supplied to the heaters 14a to 14c. Can do. Such wavelength characteristics are preferably acquired at the time of a shipping test of the laser apparatus 100.
  • the wavelength selection range is divided from ⁇ 5 in the range 0, but is not limited thereto.
  • the wavelength selection range may be divided starting from the adjacent ⁇ 6.
  • the wavelength selection range is from ⁇ 6 in range 0 to ⁇ 5 in range 1. If ⁇ 1 and 2 in range 1 cannot be used, a range from ⁇ 3 in range 1 to ⁇ 2 in range 2 may be used as the wavelength selection range. Even in this case, since it is not necessary to use ⁇ 3 to ⁇ 7 in the range 2, the power consumption of the heaters 14a to 14c can be suppressed.
  • the refractive index of the entire CSG-DBR region 11 is changed equally has been described.
  • the refractive index of the portion corresponding to each heater in the CSG-DBR region 11 may be individually controlled.
  • the selectable wavelength shifts from the selectable wavelength shown in FIG. 4 to the short wavelength side or the long wavelength side.
  • the tunable laser 10 in order to realize a wide wavelength tunable band in the tunable laser 10, it is possible to select not only by changing the temperature of the entire CSG-DBR region 11 but also by partially changing the temperature of the CSG-DBR region 11. Shift wavelength. Even in this case, the power consumption in the heater can be suppressed by selecting the oscillation wavelength from the range extending over two adjacent ranges.
  • the heater is used as the refractive index control means of the CSG-DBR region 11, but the invention is not limited to this.
  • the refractive index may be changed by injecting a current into the CSG-DBR region 11. Even in this case, the amount of injected current can be suppressed by selecting the oscillation wavelength from a range extending over two adjacent ranges.
  • the SG-DFB region 12 corresponds to the first wavelength selection unit and the gain unit
  • the CSG-DBR region 11 corresponds to the second wavelength selection unit
  • the controller 50 corresponds to the storage unit, and is tunable.
  • the laser 10 corresponds to a resonator.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a tunable laser 10a according to a second embodiment of the present invention.
  • the tunable laser 10a is a ring resonator type laser.
  • the tunable laser 10 a includes ring resonators 61, 62, and 63 that are optically coupled to each other, and an SOA region 64 that is optically coupled to the ring resonators 61, 62, and 63.
  • the ring resonator 61, ring resonator 62, and ring resonator 63 are optically coupled in order from the SOA region 64 side.
  • An AR (Anti Reflection) film 66 is formed on the end face on the ring resonator 61 side
  • an HR (High Reflection) film 67 is formed on the end face on the ring resonator 63 side.
  • the ring resonator 61 is a resonator having a periodic peak in wavelength characteristics, and functions as a filter having a reflection spectrum peak periodically at a predetermined wavelength interval.
  • the ring resonator 61 has a wavelength characteristic equivalent to the wavelength characteristic of the SG-DFB region 12 of the tunable laser 10 according to the first embodiment, and has a function of determining the oscillatable wavelength of the tunable laser 10a.
  • the ring resonators 62 and 63 are resonators having a periodic peak in wavelength characteristics, and function as a filter having a reflection spectrum peak periodically at a predetermined wavelength interval.
  • Each of the ring resonators 62 and 63 has a radius different from that of the ring resonator 61.
  • the ring resonator 62 has a radius different from that of the ring resonator 63.
  • the ring resonators 62 and 63 are provided with heaters (not shown) at the top or bottom of the ring, respectively. Each heater has a function of controlling the refractive index of the ring resonators 62 and 63. Therefore, the oscillation wavelength of the tunable laser 10a can be controlled by controlling the temperature of each heater.
  • the vernier effect is generated by superimposing the peak of the reflection spectrum of the ring resonator 61 and the peak of the reflection spectrum of the ring resonators 62 and 63, and a wavelength capable of oscillation is selected.
  • the SOA region 64 is a semiconductor optical amplifier that gives gain to these resonators.
  • the wavelength characteristics described with reference to FIG. 4 also appear in the tunable laser 10a according to the present embodiment. Therefore, the power consumption of the heater can be suppressed by selecting the oscillation wavelength from a range extending over two adjacent ranges.
  • the ring resonator 61 corresponds to the first wavelength selection means
  • the ring resonators 62 and 63 correspond to the second wavelength selection means
  • the tunable laser 10a corresponds to the resonator.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a tunable laser 10b according to a third embodiment of the present invention.
  • the tunable laser 10b has a structure in which a CSG-DBR region 11, a PS (Phase Shft) region 71, a gain region 17 and an SG-DBR (Sampled Grading Reflector) region 72 are sequentially connected.
  • An electrode 73 is provided on the PS region 71.
  • the PS region 71 is a phase shift unit for controlling the longitudinal mode.
  • the PS region 71 is a phase shift unit for controlling the longitudinal mode based on an electric signal given to the electrode 73.
  • the SG-DBR region 72 includes an optical waveguide provided with a plurality of segments each provided with a first region having a diffraction grating and a second region connected to the first region and serving as a space portion.
  • This optical waveguide is made of a semiconductor crystal whose absorption edge wavelength is shorter than the laser oscillation wavelength.
  • the lengths of the second regions are equal.
  • the SG-DBR region 72 has a periodic peak in the wavelength characteristic and a periodic peak in the reflection spectrum.
  • the gain region 17, the PS region 71, and the SG-DBR region 72 have a function corresponding to the SG-DFB region 12 in FIG.
  • the CSG-DBR region 11 and the SG-DBR region 72 each have a peak in wavelength characteristics at different periods and function as a wavelength selection unit.
  • a vernier effect is generated. That is, the wavelength having the greatest intensity is selected as the oscillation wavelength among the wavelengths where the peaks overlap.
  • the wavelength characteristic described in FIG. 4 appears. Therefore, the power consumption of the heaters 14a to 14c can be suppressed by selecting the oscillation wavelength from a range extending over two adjacent ranges.
  • the gain region 17 corresponds to the gain section
  • the SG-DBR region 72 corresponds to the first wavelength selection means
  • the tunable laser 10b corresponds to the resonator.

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Abstract

　レーザ装置は、利得部と、波長特性に周期的なピークを有する第１波長選択手段と、発振波長の可変帯域よりも狭い帯域に制限された波長範囲において第１波長選択手段とは異なる周期で波長特性にピークを有し、屈折率変化によってピーク波長がシフトする第２波長選択手段と、を備え、同じ波長範囲において第２波長選択手段の一方向の屈折率変化によって選択される発振波長が一方向に変化する複数のレンジを備える共振器と、発振波長を選択するための第２波長選択手段の屈折率の設定値として、複数のレンジのうち隣接する２つのレンジにまたがった範囲の中から選択された値が格納された記憶部と、記憶部に格納された設定値を共振器に与えるコントローラと、を備える。

Description

レーザ装置およびレーザ装置の制御データ
　本発明は、レーザ装置およびレーザ装置の制御データに関する。
　共振器内部に波長選択手段を備えることで、複数の出力波長を選択することが可能なチューナブルレーザが知られている。例えば、ＣＳＧ－ＤＢＲ（Ｃｈｉｒｐｅｄ　Ｓａｍｐｌｅｄ　Ｇｒａｔｉｎｇ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｂｒａｇｇ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）領域およびＳＧ－ＤＦＢ（Ｓａｍｐｌｅｄ　Ｇｒａｔｉｎｇ　Ｄｉｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｆｅｅｄｂａｃｋ）領域を備えるチューナブルレーザが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
　ＣＳＧ－ＤＢＲ領域においては、限られた波長帯域でのみ、反射スペクトルに周期的なピークが生じる。ＳＧ－ＤＦＢ領域とＣＳＧ－ＤＢＲ領域それぞれに生じる反射スペクトルのピークは、互いに異なる周期を有している。それにより、バーニア効果が生じる。すなわち、ピーク同士が重なり合う波長のうち、もっとも強度の大きい波長が発振波長として選択される。
特開２００７－０４８９８８号公報
　図１は、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域の屈折率変化と発振波長との関係の一例を示す図である。図１は、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域上に設けられた複数のヒータの温度差の関係を維持したまま各ヒータの温度を変化させた場合の特性を示している。具体的には、図１は、各ヒータの温度変化量が等しくＣＳＧ－ＤＢＲ領域の各ヒータに対応した部分の屈折率変化量が等しい場合の特性を示している。
　以下の説明では、特に言及しない限り、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域の屈折率を変化させる場合は、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域の各ヒータに対応した部分の屈折率変化量が等しい場合であるとする。
　図１において平坦なテラス部分は、このチューナブルレーザの発振可能な波長を示している。各テラスの幅は、ＳＧ－ＤＦＢ領域の波長特性のピーク間隔に相当している。発振波長は、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域の屈折率変化に対して一方向に変化する。図１においては、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域の屈折率の増加に伴って、発振波長が長波長側に変化する。
　ＣＳＧ－ＤＢＲ領域の反射スペクトルのピーク間隔を狭くすると、小さい屈折率変化で隣接する波長を選択可能になる。しかしながら、この場合、バーニア効果によって同時に選択される波長ピークの間隔も狭くなってしまう。そこで、前述したように、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域の反射スペクトルの周期的なピークを、所定の波長帯域に制限する。それにより、所望の発振波長以外の波長が排除される。
　また、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域の反射スペクトルの周期的なピークが所定の波長帯域に制限されると、例えば、波長選択の範囲がλ１～λ７に制限される。バーニア効果による波長選択は回帰性を持っていることから、λ１～λ７の波長選択レンジが周期的に連続して複数発生する。なお、図１のような特性は、ＳＧ－ＤＦＢ領域とＣＳＧ－ＤＢＲ領域との組合せだけではなく、波長特性の周期が異なる複数の波長選択手段と発振波長帯域を制限する手段とが設けられている場合に生じるものである。
　このようなチューナブルレーザは、ルックアップテーブルから呼び出した設定値に基づいて動作する。このルックアップテーブルは、出荷試験時に高精度の波長計によって所望の出力波長を確認しつつ設定値を取得することによって作成される。通常、この設定値を取得する作業においては、図１のレンジ１，２，３等の、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域の屈折率変化に対して選択波長が一方向に変化するレンジが１つ選択され、このレンジ内でλ１～λ７に対応する設定値の取得がなされる。
　ところで、このようなチューナブルレーザについては、消費電力を小さくすることが求められている。しかしながら、これまでのチューナブルレーザでは、消費電力を抑えることが困難であった。
　本発明の目的は、消費電力を抑制することが可能なレーザ装置およびレーザ装置の制御データを提供することを目的とする。
　本発明に係るレーザ装置は、利得部と、波長特性に周期的なピークを有する第１波長選択手段と、発振波長の可変帯域よりも狭い帯域に制限された波長範囲において第１波長選択手段とは異なる周期で波長特性にピークを有し、屈折率変化によってピーク波長がシフトする第２波長選択手段と、を備え、同じ波長範囲において第２波長選択手段の一方向の屈折率変化によって選択される発振波長が一方向に変化する複数のレンジを備える共振器と、発振波長を選択するための第２波長選択手段の屈折率の設定値として、複数のレンジのうち隣接する２つのレンジにまたがった範囲の中から選択された値が格納された記憶部と、記憶部に格納された設定値を共振器に与えるコントローラと、を備えることを特徴とするものである。本発明に係るレーザ装置においては、隣接する２つのレンジから第２波長選択手段の屈折率の設定値が選択されることから、第２波長選択手段の屈折率を変化させるための消費電力が抑制される。
　記憶部は、第２波長選択手段に対して屈折率変化を与えない状態で選択される発振波長を起点とし、隣接するレンジにおいて当該起点となる発振波長が再度選択されるまでの範囲において選択された値を格納していてもよい。この場合、各レンジの範囲内で設定値を選択する場合に比較して、第２波長選択手段の屈折率を変化させるための消費電力が抑制される。
　記憶部は、第２波長選択手段に対して屈折率変化を与えない状態で選択される発振波長に隣接する発振波長を起点とし、隣接するレンジにおいて当該起点となる発振波長が再度選択されるまでの範囲において選択された値を格納していてもよい。この場合、各レンジの範囲内で設定値を選択する場合に比較して、第２波長選択手段の屈折率を変化させるための消費電力が抑制される。
　第２波長選択手段の屈折率の設定値は、第２波長選択手段の温度または第２波長選択手段への電流注入量であってもよい。記憶部は、第２波長選択手段の屈折率の設定値を、所望の波長ごとに格納してもよい。
　本発明に係る制御データは、利得部と、波長特性に周期的なピークを有する第１波長選択手段と、発振波長の可変帯域よりも狭い帯域に制限された波長範囲において第１波長選択手段とは異なる周期で波長特性にピークを有し、屈折率変化によってピーク波長がシフトする第２波長選択手段と、を備えた共振器を有し、同じ波長範囲において第２波長選択手段の一方向の屈折率変化によって選択される発振波長が一方向に変化する複数のレンジを備えるレーザ装置の制御データであって、制御データには、第２波長選択手段の屈折率を決定するための設定値が、実現するべき発振波長に対応させて、かつ、屈折率の最大値と最小値の範囲が複数のレンジにまたがった範囲で格納されてなることを特徴とするものである。
　第２波長選択手段の屈折率の設定値は、第２波長選択手段の温度または第２波長選択手段への電流注入量であってもよい。
　本発明によれば、消費電力を抑制することが可能なレーザ装置およびレーザ装置の制御データを提供することができる。
ＣＳＧ－ＤＢＲ領域の屈折率変化と発振波長との関係の一例を示す図である。 本発明の第１実施例に係るチューナブルレーザおよびそれを備えたレーザ装置の全体構成を示す模式図である。 ルックアップテーブル５１の例を示す図である。 ＣＳＧ－ＤＢＲ領域の屈折率変化に対する発振波長を示す図である。 本発明の第２実施例に係るチューナブルレーザを示す模式図である。 本発明の第３実施例に係るチューナブルレーザを説明するための模式図である。
　以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
　図２は、本発明の第１実施例に係るチューナブルレーザ１０およびそれを備えたレーザ装置１００の全体構成を示す模式図である。図２に示すように、レーザ装置１００は、チューナブルレーザ１０、温度制御装置２０、出力検知部３０、波長検知部４０およびコントローラ５０を備える。チューナブルレーザ１０は、温度制御装置２０上に配置されている。次に、各部の詳細を説明する。
　チューナブルレーザ１０は、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域１１、ＳＧ－ＤＦＢ領域１２および半導体光増幅（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）領域１３が順に連結した構造を有する。
　ＣＳＧ－ＤＢＲ領域１１は、回折格子を有する第１の領域と第１の領域に連結されかつスペース部となる第２の領域とが設けられたセグメントが複数設けられた光導波路を含む。この光導波路は、吸収端波長がレーザ発振波長よりも短波長側にある半導体結晶からなる。また、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域１１においては、各第２の領域の長さが異なっている。ＣＳＧ－ＤＢＲ領域１１の表面には、光導波路に沿ってヒータ１４ａ～１４ｃが順に設けられている。ＣＳＧ－ＤＢＲ領域１１は、限られた波長帯域でのみ波長特性に周期的なピークを有する。本実施例においては、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域１１は、限られた波長帯域でのみ、反射スペクトルに周期的なピークを有する。
　ＳＧ－ＤＦＢ領域１２は、回折格子を有する第１の領域とこの第１の領域に連結されかつスペース部となる第２の領域とが設けられたセグメントが複数設けられた光導波路を含む。この光導波路は、目的とする波長でのレーザ発振に対して利得を有する半導体結晶からなる。また、ＳＧ－ＤＦＢ領域１２においては、各第２の領域は同じ長さを有している。ＳＧ－ＤＦＢ領域１２上には、電極１５が設けられている。ＳＧ－ＤＦＢ領域１２は、波長特性に周期的なピークを有する。本実施例においては、ＳＧ－ＤＦＢ領域１２においては、利得スペクトルのピークが周期的に分布する。
　ＣＳＧ－ＤＢＲ領域１１およびＳＧ－ＤＦＢ領域１２は、それぞれ異なる周期で波長特性にピークを有し、波長選択部として機能する。ＣＳＧ－ＤＢＲ領域１１およびＳＧ－ＤＦＢ領域１２の波長特性を変化させることによって、バーニア効果が生じる。すなわち、ピーク同士が重なり合う波長のうち、もっとも強度の大きい波長が発振波長として選択される。
　ＳＯＡ領域１３は、電流制御もしくは電圧制御によって光に利得を与える、または光を吸収するための半導体結晶からなる光導波路を含む。ＳＯＡ領域１３上には、電極１６が設けられている。なお、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域１１、ＳＧ－ＤＦＢ領域１２およびＳＯＡ領域１３の各光導波路は、互いに光結合している。
　チューナブルレーザ１０は、温度制御装置２０上に搭載されている。また、温度制御装置２０上には、温度制御装置２０の温度を測定するためのサーミスタ（図示せず）が設けられている。
　出力検知部３０は、ＳＯＡ領域１３を通過したレーザ出力光の強度を測定する受光素子を含む。波長検知部４０は、レーザ出力光の強度を測定する受光素子とエタロンを透過することによって波長特性を含んだレーザ出力光の強度を測定する受光素子とを含む。なお、図２では、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域１１側に波長検知部４０が配置されＳＯＡ領域１３側に出力検知部３０が配置されているが、それに限られない。例えば、各検知部が逆に配置されていてもよい。
　コントローラ５０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）等の制御部、電源等から構成される。コントローラ５０のＲＯＭには、チューナブルレーザ１０の制御情報、制御プログラム等が格納されている。制御情報は、例えば、ルックアップテーブル５１に記録されている。図３にルックアップテーブル５１の例を示す。
　図３に示すように、ルックアップテーブル５１は、各チャネルごとに、初期設定値およびフィードバック制御目標値を含む。初期設定値には、ＳＧ－ＤＦＢ領域１２の初期電流値ＩＬＤ、ＳＯＡ領域１３の初期電流値ＩＳＯＡ、ヒータ１４ａ～１４ｃの初期電流値ＩａＨｅａｔｅｒ～ＩｃＨｅａｔｅｒおよび温度制御装置２０の初期温度値ＴＬＤが含まれる。フィードバック制御目標値は、出力検知部３０のフィードバック制御目標値Ｉｍ１、波長検知部４０のフィードバック制御目標値Ｉｍ３／Ｉｍ２およびヒータ１４ａ～１４ｃの電力のフィードバック制御目標値ＰａＨｅａｔｅｒ～ＰｃＨｅａｔｅｒを含む。フィードバック制御目標値Ｉｍ１は、出力検知部３０の受光素子の目標検出値を示す。フィードバック制御目標値Ｉｍ３／Ｉｍ２は、波長検知部４０の二つの受光素子の検出値の比の目標値を示す。
　続いて、レーザ装置１００の起動時の動作について説明する。まず、コントローラ５０は、ルックアップテーブル５１を参照し、設定されたチャネルに対応する初期電流値ＩＬＤ、初期電流値ＩＳＯＡ、初期電流値ＩａＨｅａｔｅｒ～ＩｃＨｅａｔｅｒおよび初期温度値ＴＬＤを取得する。
　次に、コントローラ５０は、温度制御装置２０の温度が初期温度値ＴＬＤになるように温度制御装置２０を制御する。それにより、チューナブルレーザ１０の温度が初期温度値ＴＬＤ近傍の一定温度に制御される。その結果、ＳＧ－ＤＦＢ領域１２の光導波路の等価屈折率が制御される。次に、コントローラ５０は、初期電流値ＩＬＤの大きさを持つ電流を電極１５に供給する。それにより、ＳＧ－ＤＦＢ領域１２の光導波路において光が発生する。その結果、ＳＧ－ＤＦＢ領域１２で発生した光は、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域１１およびＳＧ－ＤＦＢ領域１２の光導波路を繰返し反射および増幅されてレーザ発振する。
　次に、コントローラ５０は、初期電流値ＩａＨｅａｔｅｒ～ＩｃＨｅａｔｅｒの大きさを持つ電流をそれぞれヒータ１４ａ～ヒータ１４ｃに供給する。それにより、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域１１の光導波路の等価屈折率が所定の値に制御される。次いで、コントローラ５０は、初期電流値ＩＳＯＡの大きさを持つ電流を電極１６に供給する。以上の制御によって、チューナブルレーザ１０は、設定されたチャネルに対応する初期波長でレーザ光を外部に出射する。
　また、コントローラ５０は、出力検知部３０の受光素子の検出結果がフィードバック制御目標値Ｉｍ１になるように、ＳＯＡ領域１３への供給電流もしくは電圧をフィードバック制御する。それにより、レーザ光の強度を規定範囲内に制御することができる。
　また、コントローラ５０は、波長検知部４０の二つの受光素子の検出値の比がフィードバック制御目標値Ｉｍ３／Ｉｍ２になるように、温度制御装置２０の温度をフィードバック制御する。それにより、発振波長を規定範囲内に制御することができる。
　さらに、コントローラ５０は、ヒータ１４ａ～１４ｃへの供給電力がそれぞれフィードバック制御目標値ＰａＨｅａｔｅｒ～ＰｃＨｅａｔｅｒになるように、フィードバック制御する。以上の動作により、チューナブルレーザ１０は、所望の波長で発振する。
　続いて、ルックアップテーブル５１の初期設定値ＩａＨｅａｔｅｒ～ＩｃＨｅａｔｅｒの作成手順について説明する。図４は、図１と同じく、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域１１の屈折率変化に対する発振波長を示す図である。本実施例においては、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域１１の屈折率は、ヒータ１４ａ～１４ｃの温度によって制御される。なお、本実施例においてはヒータが３つ設けられているが、図４の特性は各ヒータが同じ温度を有している場合を示している。
　例えば、図４に示すように、ヒータ１４ａ～１４ｃに電力が供給されていない（発熱量がゼロ）場合にチューナブルレーザ１０の発振波長としてレンジ０における波長λ５が選択されるとする。この場合、ヒータ温度が最低の場合に選択される発振波長がλ１ではない。
　通常であれば、レンジ１のλ１～λ７が発振波長として選択されるように初期設定値ＩａＨｅａｔｅｒ～ＩｃＨｅａｔｅｒが作成される。しかしながら、本実施例においては、隣接する２つのレンジにまたがった範囲の中から発振波長が選択されるように、初期設定値ＩａＨｅａｔｅｒ～ＩｃＨｅａｔｅｒが作成される。例えば、レンジ０のλ５からレンジ１のλ４までの波長範囲が波長選択範囲となるように、初期設定値ＩａＨｅａｔｅｒ～ＩｃＨｅａｔｅｒが作成される。
　この場合、λ１を発振波長として用いる場合には、波長選択範囲としてレンジ１を採用する場合とヒータの消費電力は同じになる。しかしながら、λ５～λ７を発振波長として用いる場合には、レンジ０が用いられるので、ヒータ１４ａ～１４ｃにおける消費電力を小さくすることができる。したがって、レンジ１のλ１～λ７を用いる場合に比較して、ヒータ１４ａ～１４ｃの温度を低くすることができる。その結果、ヒータ１４ａ～１４ｃの消費電力を小さくすることができる。なお、レンジ０とレンジ１とにまたがって発振波長を選択しても、レンジ１のλ１～λ７を用いても、選択可能な発振波長は同じである。本実施例の初期設定値ＩａＨｅａｔｅｒ～ＩｃＨｅａｔｅｒは、あらかじめ所望の波長ごとに、その設定値をルックアップテーブル５１に記憶させておくことで、必要な設定値を高速に得ることができる。
　図４の波長特性は、ヒータ１４ａ～１４ｃへの供給電力を変化させてＣＳＧ－ＤＢＲ領域１１の屈折率を変化させつつ、波長計を用いて高精度に発振波長を測定することによって取得することができる。このような波長特性は、レーザ装置１００の出荷試験時に取得されることが好ましい。
　なお、本実施例においてはレンジ０のλ５から波長選択範囲を区切ったが、それに限られない。λ５での発振が不安定である場合等には、隣接するλ６を起点に波長選択範囲を区切ってもよい。この場合、レンジ０のλ６からレンジ１のλ５までが波長選択範囲となる。また、レンジ１のλ１，２を用いることができない場合、レンジ１のλ３からレンジ２のλ２までの範囲を波長選択範囲としてもよい。この場合においても、レンジ２のλ３～λ７を用いる必要がないので、ヒータ１４ａ～１４ｃの消費電力を抑制することができる。
　なお、以上の説明においては、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域１１全体の屈折率を等しく変化させた場合について説明した。しかしながら、本実施例のようにヒータが複数分割して設けられている場合には、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域１１において各ヒータに対応する部分の屈折率を個別に制御してもよい。この場合、ヒータの平均温度を一定に維持しつつ各ヒータの温度を異ならせた場合には、選択可能波長は、図４に示す選択可能波長から短波長側もしくは長波長側にシフトする。
　また、チューナブルレーザ１０において広い波長可変帯域を実現するためには、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域１１全体の温度を変化させるだけではなく、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域１１の温度を部分的に異ならせることによって選択可能波長をシフトさせる。この場合においても、隣接する２つのレンジにまたがった範囲の中から発振波長を選択することによって、ヒータにおける消費電力を抑制することができる。
　また、以上の説明においてはＣＳＧ－ＤＢＲ領域１１の屈折率制御手段としてヒータを用いたが、それに限られない。例えば、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域１１に対して電流を注入して屈折率を変化させてもよい。この場合においても、隣接する２つのレンジにまたがった範囲の中から発振波長を選択することによって、注入電流量を抑制することができる。
　本実施例においては、ＳＧ－ＤＦＢ領域１２が第１波長選択手段および利得部に相当し、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域１１が第２波長選択手段に相当し、コントローラ５０が記憶部に相当し、チューナブルレーザ１０が共振器に相当する。
　図５は、本発明の第２実施例に係るチューナブルレーザ１０ａを示す模式図である。チューナブルレーザ１０ａは、リング共振器型レーザである。図５に示すように、チューナブルレーザ１０ａは、互いに光結合するリング共振器６１，６２，６３と、リング共振器６１，６２，６３と光結合するＳＯＡ領域６４と、を備える。ＳＯＡ領域６４側から順に、リング共振器６１、リング共振器６２およびリング共振器６３が光結合している。リング共振器６１側の端面には、ＡＲ（Ａｎｔｉ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）膜６６が、リング共振器６３側の端面にはＨＲ（Ｈｉｇｈ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）膜６７が形成されている。
　リング共振器６１は、波長特性に周期的なピークを持つ共振器であり、所定の波長間隔で周期的に反射スペクトルのピークを持つフィルタとして機能する。リング共振器６１は、実施例１に係るチューナブルレーザ１０のＳＧ－ＤＦＢ領域１２が有する波長特性と同等の波長特性を有し、チューナブルレーザ１０ａの発振可能波長を決定する機能を有する。
　リング共振器６２，６３は、波長特性に周期的なピークを有する共振器であり、所定の波長間隔で周期的に反射スペクトルのピークを持つフィルタとして機能する。リング共振器６２，６３のいずれもリング共振器６１と異なる半径を有する。また、リング共振器６２は、リング共振器６３と異なる半径を有する。リング共振器６２，６３が設けられていることにより、所定の波長帯域にのみ、周期的な反射スペクトルのピークが実現される。したがって、リング共振器６２，６３は、実施例１に係るチューナブルレーザ１０ａのＣＳＧ－ＤＢＲ領域１１が有する波長特性と同等の波長特性を有する。
　リング共振器６２，６３には、リングの上部または下部にそれぞれヒータ（図示せず）が設けられている。それぞれのヒータは、リング共振器６２，６３の屈折率を制御する機能を有する。したがって、それぞれのヒータの温度を制御することによって、チューナブルレーザ１０ａの発振波長を制御することができる。
　チューナブルレーザ１０ａにおいては、リング共振器６１の反射スペクトルのピークとリング共振器６２，６３の反射スペクトルのピークとの重ね合わせによりバーニア効果が生じ、発振可能な波長が選択される。ＳＯＡ領域６４は、これらの共振器に利得を与える半導体光増幅器である。
　本実施例に係るチューナブルレーザ１０ａにおいても、図４で説明した波長特性が現れる。したがって、隣接する２つのレンジにまたがった範囲の中から発振波長を選択することによって、ヒータの消費電力を抑制することができる。
　本実施例においては、リング共振器６１が第１波長選択手段に相当し、リング共振器６２，６３が第２波長選択手段に相当し、チューナブルレーザ１０ａが共振器に相当する。
　図６は、本発明の第３実施例に係るチューナブルレーザ１０ｂを説明するための模式図である。チューナブルレーザ１０ｂは、ＣＳＧ－ＤＢＲ領域１１、ＰＳ（Ｐｈａｓｅ　Ｓｈｆｔ）領域７１、ゲイン領域１７およびＳＧ－ＤＢＲ（Ｓａｍｐｌｅｄ　Ｇｒａｔｉｎｇ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）領域７２が順に連結した構造を有する。ＰＳ領域７１上には、電極７３が設けられている。ＰＳ領域７１は、縦モードを制御するための位相シフト部である。
　ＰＳ領域７１は、電極７３に与えられる電気信号に基づいて縦モードを制御するための位相シフト部である。ＳＧ－ＤＢＲ領域７２は、回折格子を有する第１の領域と第１の領域に連結されかつスペース部となる第２の領域とが設けられたセグメントが複数設けられた光導波路を含む。この光導波路は、吸収端波長がレーザ発振波長よりも短波長側にある半導体結晶からなる。また、ＳＧ－ＤＢＲ領域７２においては、各第２の領域の長さが等しくなっている。ＳＧ－ＤＢＲ領域７２は、波長特性に周期的なピークを有し、反射スペクトルに周期的なピークを有する。
　本実施例においては、ゲイン領域１７、ＰＳ領域７１およびＳＧ－ＤＢＲ領域７２が図２のＳＧ－ＤＦＢ領域１２に相当する機能を有する。ＣＳＧ－ＤＢＲ領域１１およびＳＧ－ＤＢＲ領域７２は、それぞれ異なる周期で波長特性にピークを有し、波長選択部として機能する。ＣＳＧ－ＤＢＲ領域１１およびＳＧ－ＤＢＲ領域７２の波長特性を変化させることによって、バーニア効果が生じる。すなわち、ピーク同士が重なり合う波長のうち、もっとも強度の大きい波長が発振波長として選択される。
　本実施例に係るチューナブルレーザ１０ｂにおいても、図４で説明した波長特性が現れる。したがって、隣接する２つのレンジにまたがった範囲の中から発振波長を選択することによって、ヒータ１４ａ～１４ｃの消費電力を抑制することができる。
　本実施例においては、ゲイン領域１７が利得部に相当し、ＳＧ－ＤＢＲ領域７２が第１波長選択手段に相当し、チューナブルレーザ１０ｂが共振器に相当する。

Claims (7)

  1. 　利得部と、波長特性に周期的なピークを有する第１波長選択手段と、発振波長の可変帯域よりも狭い帯域に制限された波長範囲において前記第１波長選択手段とは異なる周期で波長特性にピークを有し、屈折率変化によってピーク波長がシフトする第２波長選択手段と、を備え、同じ波長範囲において前記第２波長選択手段の一方向の屈折率変化によって選択される前記発振波長が一方向に変化する複数のレンジを備える共振器と、
    　前記発振波長を選択するための前記第２波長選択手段の屈折率の設定値として、前記複数のレンジのうち隣接する２つのレンジにまたがった範囲の中から選択された値が格納された記憶部と、
    　前記記憶部に格納された前記設定値を前記共振器に与えるコントローラと、を備えることを特徴とするレーザ装置。
  2. 　前記記憶部は、前記第２波長選択手段に対して屈折率変化を与えない状態で選択される発振波長を起点とし、前記隣接するレンジにおいて当該起点となる発振波長が再度選択されるまでの範囲において選択された値を格納していることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
  3. 　前記記憶部は、前記第２波長選択手段に対して屈折率変化を与えない状態で選択される発振波長に隣接する発振波長を起点とし、前記隣接するレンジにおいて当該起点となる発振波長が再度選択されるまでの範囲において選択された値を格納していることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
  4. 　前記第２波長選択手段の屈折率の設定値は、前記第２波長選択手段の温度または前記第２波長選択手段への電流注入量であることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
  5. 　前記記憶部は、前記第２波長選択手段の屈折率の設定値を、所望の波長ごとに格納することを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のレーザ装置。
  6. 　利得部と、波長特性に周期的なピークを有する第１波長選択手段と、発振波長の可変帯域よりも狭い帯域に制限された波長範囲において前記第１波長選択手段とは異なる周期で波長特性にピークを有し、屈折率変化によってピーク波長がシフトする第２波長選択手段と、を備えた共振器を有し、同じ波長範囲において前記第２波長選択手段の一方向の屈折率変化によって選択される前記発振波長が一方向に変化する複数のレンジを備えるレーザ装置の制御データであって、
    　前記制御データには、前記第２波長選択手段の屈折率を決定するための設定値が、実現するべき発振波長に対応させて、かつ、前記屈折率の最大値と最小値の範囲が前記複数のレンジにまたがった範囲で格納されてなることを特徴とするレーザ装置の制御データ。
  7. 　前記第２波長選択手段の屈折率の設定値は、前記第２波長選択手段の温度または前記第２波長選択手段への電流注入量であることを特徴とする請求項６記載のレーザ装置の制御データ。
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