特許 7105550 レーザ装置及び半導体レーザ素子の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-14

(45)【発行日】2022-07-25

(54)【発明の名称】レーザ装置及び半導体レーザ素子の制御方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/068 20060101AFI20220715BHJP

   H01S 5/024 20060101ALI20220715BHJP

【ＦＩ】

H01S5/068

H01S5/024

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2017199648

(22)【出願日】2017-10-13

(65)【公開番号】P2018064099

(43)【公開日】2018-04-19

【審査請求日】2020-09-24

(31)【優先権主張番号】62/407,890

(32)【優先日】2016-10-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】森田 和正

(72)【発明者】

【氏名】瀬川 嘉洋

(72)【発明者】

【氏名】松井 剛生

(72)【発明者】

【氏名】田尻 毅嗣

【審査官】村井 友和

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００１／００３３５０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００４－１３４５７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０５３３７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０２９３７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００３／０１７３３５３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ光を出力する半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の温度を調節する温度調節素子と、
前記半導体レーザ素子の近傍に配置された第１温度センサと、
前記第１温度センサよりも前記半導体レーザ素子から離間した位置に配置され、前記半導体レーザ素子の環境温度を検知する第２温度センサと、
前記半導体レーザ素子に駆動電流を供給して前記半導体レーザ素子の駆動状態を制御し、前記半導体レーザ素子に駆動電流が供給されている間、前記第１温度センサが検知した温度が目標温度になるように前記温度調節素子の駆動状態を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記半導体レーザ素子をオン状態とするＬＤオン条件が成立しているときに、前記駆動電流の値を、ゼロから目標電流値に変更する際に、前記レーザ光の波長が所定の範囲内に収まるように前記駆動電流の値を変化させながら前記目標電流値に近づけ、
前記ＬＤオン条件は、前記第１温度センサが検知した温度が目標温度以下であること、および、前記駆動電流の値がゼロであること、を含 み、
前記制御部は、前記駆動電流の値を多段ステップ状、直線状、又は曲線状に変化させ、
前記制御部は、前記第２温度センサが検知した温度に基づいて、前記駆動電流の値の変化の形状を変更し、
前記変化の形状は、前記レーザ光の波長が前記所定の範囲から外れない形状として、かつ前記第２温度センサが検知した温度に対応して、予め実験またはシミュレーション計算により求めたものが、前記制御部の記憶部に記憶されている
ことを特徴とするレーザ装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記第１温度センサが検知した温度に基づいて、フィードバック制御によって前記駆動電流の値を変更する
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。

【請求項3】

前記目標温度は、前記レーザ光に対する波長の設定値を実現する温度である
ことを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記駆動電流の値がゼロのときに、前記第１温度センサが検知した温度が前記目標温度よりも低くなるように前記温度調節素子の駆動状態を制御し、
前記駆動電流の値がゼロより大きくなったら、前記第１温度センサが検知した温度が目標温度になるように前記温度調節素子の駆動状態を制御する
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載のレーザ装置。

【請求項5】

制御部が、 レーザ光を出力する半導体レーザ素子をオン状態とするＬＤオン条件が成立しているか否かを判定するステップと、
前記制御部が、 前記ＬＤオン条件が成立しているときに、前記半導体レーザ素子に供給する駆動電流の値を、ゼロから目標電流値に変更する際に、前記レーザ光の波長が所定の範囲内に収まるように前記駆動電流の値を変化させながら前記目標電流値に近づけるステップと、
前記制御部が、 前記半導体レーザ素子に駆動電流が供給されている間、前記半導体レーザ素子の周囲温度が目標温度になるように、前記半導体レーザ素子の温度を調節するステップと、
を含み、
前記ＬＤオン条件は、前記周囲温度が目標温度以下であること、および、前記駆動電流の値がゼロであること、を含 み、
前記制御部が、前記駆動電流の値を多段ステップ状、直線状、又は曲線状に変化させ、
前記制御部が、前記半導体レーザ素子の環境温度に基づいて、前記駆動電流の値の変化の形状を変更し、
前記変化の形状は、前記レーザ光の波長が前記所定の範囲から外れない形状として、かつ前記半導体レーザ素子の環境温度に対応して、予め実験またはシミュレーション計算により求めたものが、前記制御部の記憶部に記憶されている
ことを特徴とする半導体レーザ素子の制御方法。

【請求項6】

前記半導体レーザ素子の周囲温度に基づいて、前記駆動電流の値をフィードバック制御する
ことを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザ素子の制御方法。

【請求項7】

前記目標温度は、前記レーザ光に対する波長の設定値を実現する温度である
ことを特徴とする請求項５または６に記載の半導体レーザ素子の制御方法。

【請求項8】

前記駆動電流の値がゼロのときに、前記半導体レーザ素子の周囲温度が前記目標温度よりも低くなるように前記半導体レーザ素子の温度を制御するステップをさらに含む
ことを特徴とする請求項５～７のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ装置及び半導体レーザ素子の制御方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

光通信等において、半導体レーザ素子を備えたレーザ装置が用いられている。一般的に、半導体レーザ素子は、素子温度が高い程、出力されるレーザ光の波長（レーザ発振波長）が長くなる。この現象は、素子温度を制御することによってレーザ発振波長を制御する際に利用される（特許文献１参照）。レーザ発振波長を制御する方法として、半導体レーザ素子の近傍にサーミスタ等の温度センサを配置し、この温度センサが検知した温度が目標温度になるように、半導体レーザ素子の温度を調節する温度調節素子の駆動状態をフィードバック制御する方法が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－３３８９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、例えば光通信において用いられる半導体レーザ素子について、レーザ発振波長の高精度の制御が要求される場合がある。高精度な制御の要求例として、半導体レーザ素子がレーザ光を出力している状態で、レーザ発振波長が要求波長を含む所定の範囲内に収まるように半導体レーザ素子の駆動状態を制御する要求がある。

【0005】

ここで、例えば半導体レーザ素子の立ち上げ時に、半導体レーザ素子に供給される駆動電流の値がゼロの状態から駆動電流の供給を開始する、すなわち半導体レーザ素子をオフ状態からオン状態にすると、半導体レーザ素子のジャンクション温度は駆動電流の供給に迅速に応答して上昇する。ジャンクション温度の上昇に伴いレーザ発振波長も長くなる。ところが、温度センサは、ジャンクション温度の上昇から遅れて、ジャンクション温度の上昇による半導体レーザ素子の温度上昇を検知する。その結果、温度調節素子のフィードバック制御にも遅れが生じ、この遅れの間にレーザ発振波長が所定の範囲から外れてしまうおそれがある。

【0006】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、半導体レーザ素子をオン状態にする際にレーザ発振波長を所定の範囲から外れないようにすることができるレーザ装置及び半導体レーザ素子の制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るレーザ装置は、レーザ光を出力する半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子の温度を調節する温度調節素子と、前記半導体レーザ素子の近傍に配置された第１温度センサと、前記半導体レーザ素子に駆動電流を供給して前記半導体レーザ素子の駆動状態を制御し、前記半導体レーザ素子に駆動電流が供給されている間、前記第１温度センサが検知した温度が目標温度になるように前記温度調節素子の駆動状態を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記駆動電流の値を、ゼロから目標電流値に変更する際に、前記レーザ光の波長が所定の範囲内に収まるように前記駆動電流の値を変化させながら前記目標電流値に近づけることを特徴とする。

【0008】

本発明の一態様に係るレーザ装置は、前記制御部は、前記駆動電流の値を多段ステップ状、直線状、又は曲線状に変化させることを特徴とする。

【0009】

本発明の一態様に係るレーザ装置は、前記第１温度センサよりも前記半導体レーザ素子から離間した位置に配置され、前記半導体レーザ素子の環境温度を検知する第２温度センサをさらに備え、前記制御部は、前記第２温度センサが検知した温度に基づいて、前記駆動電流の値の変化の形状を変更することを特徴とする。

【0010】

本発明の一態様に係るレーザ装置は、前記制御部は、前記第１温度センサが検知した温度に基づいて、フィードバック制御によって前記駆動電流の値を変更することを特徴とする。

【0011】

本発明の一態様に係るレーザ装置は、前記目標温度は、前記レーザ光に対する波長の設定値を実現する温度であることを特徴とする。

【0012】

本発明の一態様に係るレーザ装置は、前記制御部は、前記駆動電流の値がゼロのときに、前記第１温度センサが検知した温度が前記目標温度よりも低くなるように前記温度調節素子の駆動状態を制御し、前記駆動電流の値がゼロより大きくなったら、前記第１温度センサが検知した温度が目標温度になるように前記温度調節素子の駆動状態を制御することを特徴とする。

【0013】

本発明の一態様に係る半導体レーザ素子の制御方法は、レーザ光を出力する半導体レーザ素子に供給する駆動電流を、ゼロから目標電流値に変更する際に、前記レーザ光の波長が所定の範囲内に収まるように前記駆動電流の値を変化させながら前記目標電流値に近づけるステップと、前記半導体レーザ素子に駆動電流が供給されている間、前記半導体レーザ素子の周囲温度が目標温度になるように、前記半導体レーザ素子の温度を調節するステップと、を含むことを特徴とする。

【0014】

本発明の一態様に係る半導体レーザ素子の制御方法は、前記駆動電流の値を多段ステップ状、直線状、又は曲線状に変化させることを特徴とする。

【0015】

本発明の一態様に係る半導体レーザ素子の制御方法は、前記半導体レーザ素子の環境温度に基づいて、前記駆動電流の値の変化の形状を変更することを特徴とする。

【0016】

本発明の一態様に係る半導体レーザ素子の制御方法は、前記半導体レーザ素子の周囲温度に基づいて、前記駆動電流の値をフィードバック制御することを特徴とする。

【0017】

本発明の一態様に係る半導体レーザ素子の制御方法は、前記目標温度は、前記レーザ光に対する波長の設定値を実現する温度であることを特徴とする。

【0018】

本発明の一態様に係る半導体レーザ素子の制御方法は、前記駆動電流の値がゼロのときに、前記半導体レーザ素子の周囲温度が前記目標温度よりも低くなるように前記半導体レーザ素子の温度を制御するステップをさらに含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、半導体レーザ素子をオン状態にする際にレーザ発振波長を所定の範囲に収めることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は、実施形態１に係るレーザ装置の構成を示す模式図である。

【図2】図２は、図１におけるＡ矢視図である。

【図3】図３は、図１のレーザ装置における制御フローを示す図である。

【図4】図４は、実施例１、比較例のレーザ装置の特性を説明する図である。

【図5】図５は、実施形態２に係るレーザ装置の構成を示す模式図である。

【図6】図６は、実施例２、比較例のレーザ装置の特性を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下に、図面を参照して実施形態について説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

【0022】

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るレーザ装置の構成を示す模式図である。図１に示すように、レーザ装置１００は、筐体１と、温度調節素子である熱電冷却素子２と、サブマウント３と、半導体レーザ素子４と、第１温度センサであるサーミスタ５と、コリメータレンズ６と、集光レンズ７と、光ファイバ８と、を備える半導体レーザモジュールと、第２温度センサである温度センサ９と、制御部１０と、を備えている。制御部１０は、ＴＥＣ（Thermo-Electric Cooler）電流制御部１１と、ＬＤ（Laser Diode）電流制御部１２とを備えている。

【0023】

筐体１は、熱電冷却素子２と、サブマウント３と、半導体レーザ素子４と、サーミスタ５と、コリメータレンズ６と、集光レンズ７と、を少なくとも収容し、光ファイバ８が取り付けられている。

【0024】

図２は、図１におけるＡ矢視図であって、熱電冷却素子２、サブマウント３、半導体レーザ素子４、及びサーミスタ５を示している。図１、２に示すように、熱電冷却素子２は、サブマウント３を搭載している。また、サブマウント３は、半導体レーザ素子４とサーミスタ５とを搭載している。

【0025】

熱電冷却素子２は、例えばペルチェ素子である。熱電冷却素子２は、制御部１０のＴＥＣ電流制御部１１から駆動電流であるＴＥＣ電流Ｃ１が供給されることによって、サブマウント３を介して半導体レーザ素子４を冷却又は加熱して、半導体レーザ素子４の温度を調節することができる。

【0026】

サブマウント３は、例えば熱伝導率が１７０Ｗ／ｍ・Ｋと高い窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなるが、ＡｌＮに限らず、ＣｕＷ、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ダイヤモンドなどの熱伝導率が高い材料でもよい。

【0027】

半導体レーザ素子４は、例えば分布帰還（ＤＦＢ）型のレーザダイオード素子である。半導体レーザ素子４は、制御部１０のＬＤ電流制御部１２から駆動電流であるＬＤ電流Ｃ２が供給されて、単一モードのレーザ光Ｌを出力する。レーザ発振波長は例えば１．５５μｍの波長帯に含まれる。

【0028】

サーミスタ５は、サブマウント３上において半導体レーザ素子４の近傍に配置されている。サーミスタ５は、半導体レーザ素子４の周囲温度を検知するためのものであり、検知した温度に対応する電気信号Ｓ１をＴＥＣ電流制御部１１に出力する。サーミスタ５は、その検知する温度が、半導体レーザ素子４の素子温度と略見なせる程度に、半導体レーザ素子４の近傍に配置されることが好ましい。

【0029】

コリメータレンズ６は、半導体レーザ素子４から出力されたレーザ光Ｌを平行光に変換する。集光レンズ７は、平行光に変換されたレーザ光Ｌを集光して光ファイバ８に入力させる。光ファイバ８はレーザ光Ｌを所定の装置等まで伝送する。

【0030】

なお、コリメータレンズ６と集光レンズ７の間のレーザ光Ｌの光路又は光路の周辺には、公知の光アイソレータや、制御部１０による公知の波長ロック制御（レーザ光Ｌを所望の波長及び強度にするための制御）を行うためのビームスプリッタ、フォトダイオード、エタロンフィルタ等が適宜配置されていてもよい。

【0031】

温度センサ９は、サーミスタ５よりも半導体レーザ素子４から離間した位置である筐体１の外部に設けられており、半導体レーザ素子４の環境温度としてのケース温度を検知するためのものである。温度センサ９は、検知した温度に対応する電気信号Ｓ２を制御部１０に出力する。温度センサ９は、例えば制御部１０に設けられた、制御部１０の温度を測定するための温度センサであってもよい。

【0032】

制御部１０は、演算部と、記憶部とを備えている。演算部は、制御部１０が実行する制御のための各種演算処理を行うものであり、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）で構成される。記憶部は、演算部が演算処理を行うために使用する各種プログラムやデータ等が格納される、たとえばＲＯＭ（Read Only Memory）で構成される部分と、演算部が演算処理を行う際の作業スペースや演算部の演算処理の結果等を記憶する等のために使用される、たとえばＲＡＭ（Random Access Memory）で構成される部分とを備えている。ＴＥＣ電流制御部１１及びＬＤ電流制御部１２は、制御部１０が備える演算部と記憶部の機能によりソフトウェア的に実現される。

【0033】

ＴＥＣ電流制御部１１は、サーミスタ５から入力された電気信号Ｓ１に基づいて、サーミスタ５が検知した温度が所定の温度になるように、熱電冷却素子２にＴＥＣ電流Ｃ１を供給して、熱電冷却素子２の駆動状態をフィードバック制御する。このフィードバック制御は、例えば周知のＰＩＤ制御を用いて実行される。

【0034】

ＬＤ電流制御部１２は、半導体レーザ素子４にＬＤ電流Ｃ２を供給する。ＬＤ電流制御部１２は、ＬＤ電流Ｃ２の値（以下、ＬＤ電流値と記載する）を調整することによって、半導体レーザ素子４の駆動状態を制御する。半導体レーザ素子４は、ＬＤ電流値がゼロの場合は、レーザ光Ｌを出力せず、ＬＤ電流値が半導体レーザ素子４のしきい値電流より大きい場合は、ＬＤ電流値に応じたパワーのレーザ光Ｌを出力する。半導体レーザ素子４をオン状態とする指令や、レーザ光Ｌのパワーの設定値（以下、適宜パワー設定値と記載する）の指令は、例えばレーザ装置１００の外部の装置（レーザ装置１００が組み込まれるシステムの制御装置等）から制御部１０に入力される。ＬＤ電流制御部１２は、指令されたパワー設定値を実現するために必要なＬＤ電流値を算出し、算出した値を目標電流値として、半導体レーザ素子４にＬＤ電流Ｃ２を供給する。なお、或るパワー設定値を実現するために必要なＬＤ電流値は、半導体レーザ素子４の素子温度、より正確にはジャンクション温度にも依存する。制御部１０は、電気信号Ｓ１に基づいてサーミスタ５で検知される温度も考慮して、ＬＤ電流値を算出する。

【0035】

また、レーザ光Ｌの波長であるレーザ発振波長は、半導体レーザ素子４の素子温度、より正確にはジャンクション温度に依存して変化する。制御部１０の記憶部には、レーザ発振波長と、そのレーザ発振波長のときにサーミスタ５で検知される温度との関係が予め記憶されている。そして、レーザ発振波長を或る値に設定する場合は、そのレーザ発振波長が実現される温度が目標温度に設定される。そして、ＴＥＣ電流制御部１１は、サーミスタ５が検知した温度が目標温度になるように熱電冷却素子２の駆動状態をフィードバック制御する。半導体レーザ素子４に対するレーザ発振波長の設定値（以下、適宜波長設定値と記載する）の指令は、例えばレーザ装置１００の外部の装置から制御部１０に入力される。

【0036】

次に、レーザ装置１００において、半導体レーザ素子４のＬＤ電流値をゼロから目標電流値に変更する際に、制御部１０が実行する制御について、図３に示す制御フローを参照して説明する。このような制御は、例えば半導体レーザ素子４の立ち上げ時に実行されるものであり、例えば波長設定値の指令が制御部１０に入力された後で、半導体レーザ素子４をオン状態とする指令が制御部１０に入力されたときにスタートする。また、図３に示す制御フローを実行している間は、サーミスタ５が検知した温度が、波長設定値が実現される目標温度になるようにする熱電冷却素子２のフィードバック制御は実行され続ける。

【0037】

はじめに、制御部１０は、ステップＳ１０１において、半導体レーザ素子４をオン状態とする条件（ＬＤオン条件）が成立しているか否かを判定する。ＬＤオン条件は、例えば、サーミスタ５が検知した温度が目標温度以下であること、及び、半導体レーザ素子４に供給されているＬＤ電流値がゼロである（すなわち半導体レーザ素子４がオフ状態である）ことが含まれる。ＬＤオン条件が成立していないと判定した場合（ステップＳ１０１、Ｎｏ）は、ステップＳ１０１を繰り返し実行する。ＬＤオン条件が成立していると判定した場合（ステップＳ１０１、Ｙｅｓ）は、制御はステップＳ１０２に進む。

【0038】

ステップＳ１０２において、ＬＤ電流制御部１２は、ＬＤ電流値を制御する。具体的には、ＬＤ電流値をゼロから目標電流値に変更する際に、レーザ発振波長が所定の範囲内に収まるようにＬＤ電流Ｃ２の値を変化させながら目標電流値に近づける。これにより、レーザ発振波長が所定の範囲から外れないようにすることができる。なお、所定の範囲は、例えばレーザ装置１００の仕様において、波長設定値等に応じて決められているものである。

【0039】

レーザ発振波長が所定の範囲から外れないようにするためには、半導体レーザ素子４のジャンクション温度が急上昇することを防止する必要がある。ジャンクション温度の急上昇を防止するために、ＬＤ電流値は、例えば、時間に対してＬＤ電流値を段階的に上昇させる多段ステップ状に変化させたり、時間に対してＬＤ電流値を比例的に上昇させる直線状に変化させたり、曲線状に変化させたり、又はこれらの変化を適宜組み合わせた形状とすることが好ましい。このようなＬＤ電流値の変化の形状は、レーザ発振波長が所定の範囲から外れないような形状として、予め実験やシミュレーション計算等により求めておき、制御部１０の記憶部に記憶されていることが好ましい。なお、半導体レーザ素子４に或る値のＬＤ電流Ｃ２を供給したときの半導体レーザ素子４のジャンクション温度の変化は、半導体レーザ素子４の環境温度等を含めた使用環境にも依存する。従って、ＬＤ電流値の変化の形状は、少なくともレーザ装置１００の使用環境下で、レーザ発振波長が所定の範囲から外れないような形状とする必要がある。

【0040】

つづいて、ステップＳ１０３において、制御部１０は、ＬＤ電流値が目標電流値に到達したか否かを判定する。目標電流値に到達していないと判定した場合（ステップＳ１０３、Ｎｏ）は、制御はステップＳ１０２に戻る。目標電流値に到達したと判定した場合（ステップＳ１０３、Ｙｅｓ）は、本制御を終了する。

【0041】

なお、ＬＤ電流値が目標電流値に到達するまでの時間が長いと、半導体レーザ素子４をオン状態とする指令が入力されてからレーザ発振波長が設定波長になるまでの時間が、レーザ装置１００の仕様等を満たさなくなる場合がある。従って、ＬＤ電流値の変化の形状は、ＬＤ電流値をゼロから目標電流値に変更する制御を開始してから目標電流値に到達するまでの時間が、仕様等に定められた目標時間内に収まるように設定することが好ましく、できるだけ迅速に目標電流値に到達するように設定することがより好ましい。

【0042】

半導体レーザ素子をオン状態にする際のレーザ発振波長の変動は、例えばオン状態における半導体レーザ素子のレーザ発振波長を、温度調節によって所望の波長に変化させる場合よりも、所定の範囲を超えやすい。これに対して、以上説明したように、実施形態１に係るレーザ装置１００によれば、半導体レーザ素子４をオン状態にする際にレーザ発振波長を所定の範囲に収めることができる。

【0043】

（実施例１、比較例）
実施例１として、実施形態１に係るレーザ装置１００と同様の構成のレーザ装置を作製し、半導体レーザ素子を立ち上げる際にＬＤ電流値をゼロから多段ステップ状に変化させて目標電流値に変更する制御を行った。一方、比較例として、レーザ装置１００と同様の構成のレーザ装置を作製し、半導体レーザ素子を立ち上げる際にＬＤ電流値をゼロから直接目標電流値に変更する制御を行った。実施例１、比較例のいずれにおいても、サーミスタが検知した半導体レーザ素子の周囲温度が、レーザ発振波長の設定値を実現する目標温度になるように熱電冷却素子を制御した。そして、半導体レーザ素子から出力されるレーザ光の波長を測定した。

【0044】

図４は、実施例１、比較例のレーザ装置の特性を説明する図である。横軸はＬＤ電流値の変更を開始した時間を基準とする時間を示す。左縦軸は測定したレーザ発振波長とレーザ発振波長の設定値との差（Δ波長）を示す。なお、Δ波長には上限値及び下限値が設定されている。右縦軸はＬＤ電流値を示す。

【0045】

比較例において、実線で示すように時間ゼロにおいてＬＤ電流値をゼロから直接目標電流値に変更する制御をした場合は、破線で示すようにＬＤ電流値の変更を開始した直後にΔ波長が急上昇して上限値を超えてしまい、その後ゼロに収束した。一方、実施例１において、一点鎖線で示すようにＬＤ電流値をゼロから多段ステップ状に変化させて目標電流値に変更する制御をした場合は、点線で示すようにΔ波長が上限値を超えず、上限値と下限値との間の範囲に収まりつつ、ゼロに収束した。

【0046】

なお、上記実施形態１の変形例として、ＬＤ電流制御部１２が、温度センサ９が検知したケース温度に基づいて、ＬＤ電流Ｃ２の値の変化の形状を変更してもよい。上述したように、半導体レーザ素子４のジャンクション温度の変化は、半導体レーザ素子４の使用環境にも依存する。従って、温度センサ９が検知したケース温度に基づいて、ＬＤ電流値の変化の形状を変更することで、使用環境に応じてより適切な変化形状を用いて、目標温度への到達時間の最適化、短縮化等の、より適切な制御を行うことができる。この場合、制御部１０は、例えば予め実験やシミュレーション計算等により求めておいた、ケース温度とそのケース温度に適した変化形状との組み合わせを記憶部に記憶しており、検知したケース温度に応じて使用する変化形状を読み出し、制御に使用する。また、環境温度としてレーザ装置１００の外気温度を取得して、外気温度に基づいて、ＬＤ電流Ｃ２の値の変化の形状を変更してもよい。

【0047】

（実施形態２）
図５は、実施形態２に係るレーザ装置の構成を示す模式図である。図５に示すように、レーザ装置１００Ａは、図１に示すレーザ装置１００において、制御部１０を制御部１０Ａに置き換えた構成を備えている。制御部１０Ａは、制御部１０においてＬＤ電流制御部１２をＬＤ電流制御部１２Ａに置き換え、かつ、サーミスタ５からの電気信号Ｓ１がＬＤ電流制御部１２Ａにも入力されるようにした構成を備えている。

【0048】

レーザ装置１００Ａでは、ＴＥＣ電流制御部１１は実施形態１の場合と同様に熱電冷却素子２の制御を行う。しかし、ＬＤ電流制御部１２Ａは、半導体レーザ素子４の制御の際に、サーミスタ５が検知した温度に基づいて、ＬＤ電流値が目標電流値になるようにフィードバック制御することによって、ＬＤ電流値を変更する。このフィードバック制御は、例えば周知のＰＩＤ制御を用いて実行される。これによって、例えばケース温度が急に変動する等の突発的な事態が生じたとしても、半導体レーザ素子４をオン状態にする際に、レーザ発振波長を所定の範囲に収める制御をより適切かつ柔軟に実行することができる。また、様々な変化形状を制御部１０Ａに記憶させておかなくてもよいので、より適切な制御を実行可能でありつつ、制御部１０Ａの記憶容量を節約することができる。

【0049】

レーザ装置１００Ａにおいて、ＬＤ電流値をゼロから目標電流値に変更する際に、制御部１０Ａが実行する制御については、図３の制御フローと同様である。この制御フローを実行している間は、サーミスタ５が検知した温度が、波長設定値を実現する目標温度になるようにする熱電冷却素子２のフィードバック制御は実行され続ける。そして、ＬＤ電流制御部１２Ａは、レーザ発振波長が所定の範囲内に収まるようにフィードバック制御を行う。

【0050】

（実施例２）
実施例２として、実施形態２に係るレーザ装置１００Ａと同様の構成のレーザ装置を作製し、半導体レーザ素子を立ち上げる際にまずＬＤ電流値をゼロから初期値に変更し、その後ＰＩＤフィードバック制御により変化させて目標電流値に変更する制御を行った。なお、初期値は、半導体レーザ素子のジャンクション温度が急激に上昇しない程度の値とした。実施例２において、サーミスタが検知した半導体レーザ素子の周囲温度が、レーザ発振波長の設定値を実現する目標温度になるように熱電冷却素子を制御した。そして、半導体レーザ素子から出力されるレーザ光の波長を測定した。

【0051】

図６は、実施例２のレーザ装置の特性を説明する図である。横軸はＬＤ電流値の変更を開始した時間を基準とする時間を示す。左縦軸は測定したレーザ発振波長とレーザ発振波長の設定値との差（Δ波長）を示す。なお、Δ波長には上限値及び下限値が設定されている。右縦軸はＬＤ電流値を示す。なお、図６では、参考のために図４で示した比較例の特性も図示している。

【0052】

実施例２の場合は、点線で示すようにΔ波長が上限値を超えず、上限値と下限値との間の範囲に収まりつつ、ゼロに収束した。

【0053】

なお、上記実施形態１、２において、ＴＥＣ電流制御部１１は以下のような制御を行ってもよい。すなわち、ＬＤ電流値がゼロのときに、サーミスタ５が検知した温度が目標温度よりも低くなるように熱電冷却素子２の駆動状態を制御し、ＬＤ電流値がゼロより大きくなったら、サーミスタ５が検知した温度が目標温度になるように熱電冷却素子２の駆動状態を制御する。これらの制御は、例えばＰＩＤフィードバック制御である。これにより、ＬＤ電流値がゼロより大きくなってジャンクション温度が上昇しても、目標温度よりも低い温度から上昇を開始するので、実施形態１、２のように上昇を開始する温度が目標温度である場合よりも、レーザ発振波長を所定の範囲から外れないようにすることが容易にできる。

【0054】

また、上記実施形態１、２では、半導体レーザ素子はＤＦＢ型であるが、半導体レーザ素子の型式は特に限定されず、分布ブラッグ反射（ＤＢＲ）型、分布反射（ＤＲ）型等の半導体レーザ素子の、他の単一モード型の半導体レーザ素子でもよい。また、特許文献１に示すような、半導体レーザアレイを備え、波長可変レーザ素子として動作可能な集積型の半導体レーザ素子でもよい。

【0055】

また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

【符号の説明】

【0056】

１ 筐体
２ 熱電冷却素子
３ サブマウント
４ 半導体レーザ素子
５ サーミスタ
６ コリメータレンズ
７ 集光レンズ
８ 光ファイバ
９ 温度センサ
１０、１０Ａ 制御部
１１ ＴＥＣ電流制御部
１２、１２Ａ ＬＤ電流制御部
１００、１００Ａ レーザ装置
Ｃ１ ＴＥＣ電流
Ｃ２ ＬＤ電流
Ｌ レーザ光
Ｓ１、Ｓ２ 電気信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】