特許 7458196 レーザ装置およびその制御方法

(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】2024-03-21

(45)【発行日】2024-03-29

(54)【発明の名称】レーザ装置およびその制御方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/0687 20060101AFI20240322BHJP

【ＦＩ】

H01S5/0687

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020022624

(22)【出願日】2020-02-13

(65)【公開番号】P2021129015

(43)【公開日】2021-09-02

【審査請求日】2022-12-22

(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】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】金堂 晃久

(72)【発明者】

【氏名】西田 昌義

(72)【発明者】

【氏名】三浦 準

【審査官】高椋 健司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１４０３０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０６０９６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２４４５５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００５／００４６８６８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０２７５１６５６（ＣＮ，Ａ）

(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】

出力するレーザ光の周波数を可変とする光源部と、前記レーザ光の周波数に相当する周波数相当量に対応するモニタ値を取得するモニタ部と、を備えるレーザ部と、
制御量を前記レーザ部に供給することによって前記レーザ光の周波数を制御する制御部と、
を備え、
前記モニタ部は、入力する光の周波数に対して透過率が周期的に変化する透過特性を有し、かつ位相がπの整数倍以外の量だけ相対的にずれている第１周波数フィルタおよび第２周波数フィルタと、前記レーザ光が前記第１周波数フィルタを透過した後のレーザ光の強度に対応する第１強度を検出する第１検出部と、前記レーザ光が前記第２周波数フィルタを透過した後のレーザ光の強度に対応する第２強度を検出する第２検出部と、を少なくとも備え、
前記制御部は、
前記レーザ光の周波数の制御目標となる目標周波数を取得する目標周波数設定部と、
前記レーザ光の強度に対する前記第１強度の比に相当する第１比と、前記レーザ光の強度に対する前記第２強度の比に相当する第２比と、を取得し、
前記第１比と前記第２比との和である第３比、および前記第１比と前記第２比との差である第４比を取得可能なモニタ値算出部と、
前記第１比、前記第２比、前記第３比、および前記第４比のいずれか一つを前記レーザ光の周波数に相当するモニタ値として設定する弁別カーブ選択部と、
前記第１乃至第４比の当該いずれか一つに基づいて、前記目標周波数に相当する目標値を取得する目標値取得部と、を備え、
前記目標値と前記モニタ値との差の絶対値が小さくなるように前記制御量を制御する
レーザ装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記第１強度、前記第２強度、および前記レーザ光の強度をデジタル信号に変換し、デジタル演算によって前記第１比または前記第２比を算出する
請求項１に記載のレーザ装置。

【請求項3】

前記第１および第２周波数フィルタの透過率は、周波数の変化に対し正弦関数的に変化する
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、前記第１強度、前記第２強度、および前記レーザ光の強度から、前記第１周波数フィルタの透過特性または前記第２周波数フィルタの透過特性を示す周波数の関数を周波数の正弦関数に変換して、前記第１比または前記第２比を算出する
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】

前記レーザ部は、バーニア効果を利用して前記レーザ光の周波数が可変とされている
請求項１～４のいずれか一つに記載のレーザ装置。

【請求項6】

前記制御部は、前記制御量に対応する電力を前記レーザ部に供給することによって前記レーザ光の周波数を制御する、
請求項１～５のいずれか一つに記載のレーザ装置。

【請求項7】

前記光源部と、第１周波数フィルタおよび第２周波数フィルタとが設置される設置面を有する温度制御器をさらに備え、
前記光源部、前記第１周波数フィルタおよび第２周波数フィルタは、
前記温度制御器の同一の前記設置面に設置される
ことを特徴とする請求項６に記載のレーザ装置。

【請求項8】

前記制御部は、前記第１乃至第４比のうち、前記目標値における周波数変化に対する比の変化が最も大きい比を、前記レーザ光の周波数に相当するモニタ値として設定し選択する
請求項１～７のいずれか一つに記載のレーザ装置。

【請求項9】

出力するレーザ光の周波数を可変とする光源部を備えるレーザ装置の制御方法であって、
前記レーザ光の周波数の制御目標となる目標周波数を取得する第１取得ステップと、
入力する光の周波数に対して透過率が周期的に変化する透過特性を有し、かつ位相がπの整数倍以外の量だけ相対的にずれている第１周波数フィルタおよび第２周波数フィルタのうち、前記レーザ光が前記第１周波数フィルタを透過した後のレーザ光の強度に対応する第１強度を検出し、前記レーザ光が前記第２周波数フィルタを透過した後のレーザ光の強度に対応する第２強度を検出し、前記レーザ光の強度を検出する検出ステップと、
前記レーザ光の強度に対する前記第１強度の比に相当する第１比と、前記レーザ光の強度に対する前記第２強度の比に相当する第２比と、を取得する第２取得ステップと、
前記第１比と前記第２比との和である第３比、および前記第１比と前記第２比との差である第４比を取得する第３取得ステップと、
前記第１比、前記第２比、前記第３比、および前記第４比のいずれか一つから前記レーザ光の周波数に相当する周波数相当量に対応するモニタ値を設定する設定ステップと、
前記第１乃至第４比の当該いずれか一つに基づいて、前記目標周波数に相当する目標値を取得する第３取得ステップと、
前記目標値と前記モニタ値との差の絶対値が小さくなるように制御量を調整する調整ステップと、
を含む
レーザ装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ装置およびその制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

出力するレーザ光の周波数を可変とするレーザ装置において、入力する光の周波数に対して透過率が周期的に変化する透過特性を有する２以上の周波数フィルタを用いて、レーザ光の周波数を制御する技術が開示されている（特許文献１）。この２以上の周波数フィルタは、互いに位相がずれるように設計されている。この制御では、レーザ光の制御目標の周波数において、周波数の変化に対する透過率の変化が大きい方の周波数フィルタの透過光を制御に使用している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１４０３０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

周波数に対して周期的に変化する透過特性を有する周波数フィルタは、その透過特性の極値の付近の周波数帯では、周波数の変化に対する透過率の変化が小さく、制御の精度が低下する。このような周波数帯は不感帯とも呼ばれる。

【0005】

特許文献１の技術では、２以上の周波数フィルタを互いに位相がずれるように設定して、制御目標の周波数において不感帯ではない周波数フィルタを選択することで、制御精度の低下を抑制できるとされている。

【0006】

しかしながら、特許文献１の技術を用いたとしても、周波数フィルタの透過特性が意図しない原因によって周波軸方向にずれる、いわゆる横ずれが生じると、制御目標の周波数が、選択した周波数フィルタの不感帯と意図せずに重なってしまうおそれがある。これにより制御の精度が低下するおそれがある。このような意図しない原因としては、周波数フィルタの温度の変動が考えられる。

【0007】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、レーザ光の周波数の制御精度の低下を抑制できるレーザ装置およびそ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】

【0008】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様は、出力するレーザ光の周波数を可変とする光源部と、前記レーザ光の周波数に相当する周波数相当量に対応するモニタ値を取得するためのモニタ部と、を備えるレーザ部と、制御量に対応する電力を前記レーザ部に供給することによって前記レーザ光の周波数を制御する制御部と、を備え、前記モニタ部は、入力する光の周波数に対して透過率が周期的に変化する透過特性を有し、かつ位相が相対的にずれている第１周波数フィルタおよび第２周波数フィルタと、前記レーザ光が前記第１周波数フィルタを透過した後のレーザ光の強度に対応する第１強度を検出する第１検出部と、前記レーザ光が前記第２周波数フィルタを透過した後のレーザ光の強度に対応する第２強度を検出する第２検出部と、を少なくとも備え、前記制御部は、前記レーザ光の周波数の制御目標となる目標周波数を取得し、前記レーザ光の強度に対する前記第１強度の比に相当する第１比と、前記レーザ光の強度に対する前記第２強度の比に相当する第２比と、を取得し、前記第１比、前記第２比、前記第１比と前記第２比との和である第３比、および前記第１比と前記第２比との差である第４比のいずれか一つを前記レーザ光の周波数に相当するモニタ値として設定し、前記第１乃至第４比の当該いずれか一つに基づいて、前記目標周波数に相当する目標値を取得し、前記目標値と前記モニタ値との差の絶対値が小さくなるように前記制御量を制御するレーザ装置である。

【0009】

前記制御部は、前記第１比または前記第２比を、前記第１強度、前記第２強度、または前記レーザ光の強度に補正係数を適用して算出してもよい。

【0010】

前記制御部は、前記第１強度、前記第２強度、および前記レーザ光の強度をデジタル信号に変換し、デジタル演算によって前記第１比または前記第２比を算出してもよい。

【0011】

前記第１および第２周波数フィルタの透過率は、周波数の変化に対し正弦関数的に変化しもよい。

【0012】

前記制御部は、前記第１強度または前記第２強度、および前記レーザ光の強度から、前記第１周波数フィルタの透過特性または前記第２周波数フィルタの透過特性を示す周波数の関数を周波数の正弦関数に変換して、前記第１比または前記第２比を算出してもよい。

【0013】

前記レーザ部は、バーニア効果を利用して前記レーザ光の周波数が可変とされていてもよい。

【0014】

前記制御部は、前記制御量に対応する電力を前記レーザ部に供給することによって前記レーザ光の周波数を制御してもよい。

【0015】

前記光源部と、第１周波数フィルタおよび第２周波数フィルタとが設置される設置面を有する温度制御器をさらに備え、前記光源部、前記第１周波数フィルタおよび第２周波数フィルタは、前記温度制御器の同一の前記設置面に設置されてもよい。

【0016】

前記制御部は、前記第１乃至第４比のうち、前記目標値における周波数変化に対する比の変化が最も大きい比を、前記レーザ光の周波数に相当するモニタ値として設定し選択してもよい。

【0017】

本発明の一態様は、出力するレーザ光の周波数を可変とする光源部を備えるレーザ装置の制御方法であって、前記レーザ光の周波数の制御目標となる目標周波数を取得する第１取得ステップと、入力する光の周波数に対して透過率が周期的に変化する透過特性を有し、かつ位相が相対的にずれている第１周波数フィルタおよび第２周波数フィルタのうち、前記レーザ光が前記第１周波数フィルタを透過した後のレーザ光の強度に対応する第１強度を検出し、前記レーザ光が前記第２周波数フィルタを透過した後のレーザ光の強度に対応する第２強度を検出し、前記レーザ光の強度を検出する検出ステップと、前記レーザ光の強度に対する前記第１強度の比に相当する第１比と、前記レーザ光の強度に対する前記第２強度の比に相当する第２比と、を取得する第２取得ステップと、前記第１比、前記第２比、前記第１比と前記第２比との和である第３比、および前記第１比と前記第２比との差である第４比のいずれか一つから前記レーザ光の周波数に相当する周波数相当量に対応するモニタ値を設定する設定ステップと、前記第１乃至第４比の当該いずれか一つに基づいて、前記目標周波数に相当する目標値を取得する第３取得ステップと、前記目標値と前記モニタ値との差の絶対値が小さくなるように制御量を調整する調整ステップと、を含むレーザ装置の制御方法である。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、レーザ光の周波数の制御精度の低下を抑制できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、実施形態１に係るレーザ装置の構成を示す図である。

【図2】図２は、光源部の構成を示す図である。

【図3】図３は、実施形態１に係る制御部の構成を示すブロック図である。

【図4】図４は、周波数弁別カーブを示す図である。

【図5】図５は、余裕度の説明図である。

【図6】図６は、φと余裕度との関係を示す図である。

【図7】図７は、比較形態における周波数弁別カーブの温度依存変化を示す図である。

【図8】図８は、実施形態における周波数弁別カーブの温度依存変化を示す図である。

【図9】図９は、実施形態１に係る制御部による制御方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下に、図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について説明する。なお、以下に説明する実施形態によって本発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一の部分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、各要素の比率等は、現実と異なる場合がある。さらに、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。また、図中で適宜ｘｙｚ座標軸を示し、これにより方向を説明する。

【0021】

（実施形態１）
〔レーザ装置の概略構成〕
図１は、実施形態１に係るレーザ装置の構成を示す図である。
レーザ装置１は、モジュール化されたレーザ部２と、当該レーザ部２の動作を制御する制御ステップを実行する制御部３と、を備える。
なお、図１では、レーザ部２と制御部３とを別体で構成しているが、一体にモジュール化しても構わない。

【0022】

〔レーザ部の構成〕
レーザ部２は、制御部３による制御の下、出力するレーザ光の周波数を複数の周波数のうちいずれか周波数のレーザ光に可変とし、当該周波数のレーザ光を出力する。このレーザ部２は、光源部４と、半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier：ＳＯＡ）５と、平面光波回路（Planar Lightwave Circuit：ＰＬＣ）６と、光検出部７と、温度センサ８と、温度制御器９と、を備える。平面光波回路６と光検出部７とはモニタ部１０を構成する。

【0023】

図２は、光源部の構成を示す図である。
光源部４は、たとえばバーニア効果を利用したレーザであり、制御部３による制御の下、レーザ光Ｌ１を出力する。この光源部４は、出力するレーザ光Ｌ１の周波数を可変とするレーザ本体部４１と、変更部４２と、を備える。変更部４２は、制御部３から供給される電力に応じて発熱する３つのマイクロヒータを有し、レーザ本体部４１を局所的に加熱することで、レーザ本体部４１から出力されるレーザ光Ｌ１の周波数を変更する。

【0024】

レーザ本体部４１は、共通の基部Ｂ１上にそれぞれ形成された第１，第２の導波路部４３，４４を備える。ここで、基部Ｂ１は、たとえばｎ型ＩｎＰからなる。そして、基部Ｂ１の裏面には、たとえばＡｕＧｅＮｉを含んで構成され、当該基部Ｂ１とオーミック接触するｎ側電極４５が形成されている。

【0025】

第１の導波路部４３は、埋め込み導波路構造を有している。この第１の導波路部４３は、導波路部４３１と、半導体積層部４３２と、ｐ側電極４３３と、を備える。
導波路部４３１は、半導体積層部４３２内にｚ方向に延伸するように形成されている。
また、第１の導波路部４３内には、利得部４３１ａと、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）型の回折格子層４３１ｂとが配置されている。

【0026】

ここで、利得部４３１ａは、ＩｎＧａＡｓＰからなる多重量子井戸構造と光閉じ込め層とを有する活性層である。また、回折格子層４３１ｂは、ＩｎＧａＡｓＰとＩｎＰとからなる標本化回折格子で構成されている。

【0027】

半導体積層部４３２は、ＩｎＰ系半導体層が積層して構成されており、導波路部４３１に対してクラッド部の機能等を備える。

【0028】

ｐ側電極４３３は、半導体積層部４３２上において、利得部４３１ａに沿うように配置されている。なお、半導体積層部４３２上には、ＳｉＮ保護膜（図示略）が形成されている。そして、ｐ側電極４３３は、当該ＳｉＮ保護膜に形成された開口部（図示略）を介して半導体積層部４３２に接触している。

【0029】

ここで、マイクロヒータであるＤＢＲヒータ４２１は、半導体積層部４３２のＳｉＮ保護膜上において、回折格子層４３１ｂに沿うように配置されている。そして、ＤＢＲヒータ４２１は、制御部３から供給される電力に応じて発熱し、回折格子層４３１ｂを加熱する。また、制御部３がＤＢＲヒータ４２１に供給する電力を制御することによって回折格子層４３１ｂの温度が変化し、その屈折率が変化する。

【0030】

第２の導波路部４４は、２分岐部４４１と、２つのアーム部４４２，４４３と、リング状導波路４４４と、を備える。

【0031】

２分岐部４４１は、１×２型の多モード干渉型（ＭＭＩ）導波路４４１ａを含む１×２型の分岐型導波路で構成され、２ポート側が２つのアーム部４４２，４４３のそれぞれに接続されるとともに１ポート側が第１の導波路部４３側に接続されている。すなわち、２分岐部４４１により、２つのアーム部４４２，４４３は、その一端が統合され、回折格子層４３１ｂと光学的に結合される。

【0032】

アーム部４４２，４４３は、いずれもｚ方向に延伸し、リング状導波路４４４を挟むように配置されている。これらアーム部４４２，４４３は、リング状導波路４４４といずれも同一の結合係数κでリング状導波路４４４と光学的に結合している。κの値は、たとえば０．２である。そして、アーム部４４２，４４３とリング状導波路４４４とは、リング共振器フィルタＲＦ１を構成している。また、リング共振器フィルタＲＦ１と２分岐部４４１とは、反射ミラーＭを構成している。

【0033】

ここで、マイクロヒータであるＲＩＮＧヒータ４２２は、リング状であり、リング状導波路４４４を覆うように形成されたＳｉＮ保護膜（図示略）上に配置されている。そして、ＲＩＮＧヒータ４２２は、制御部３から供給される電力に応じて発熱し、リング状導波路４４４を加熱する。また、制御部３がＲＩＮＧヒータ４２２に供給する電力を制御することによってリング状導波路４４４の温度が変化し、その屈折率が変化する。

【0034】

上述した２分岐部４４１、アーム部４４２，４４３、およびリング状導波路４４４は、いずれも、ＩｎＧａＡｓＰからなる光導波層４４ａがＩｎＰからなるクラッド層によって挟まれたハイメサ導波路構造を有している。

【0035】

ここで、マイクロヒータであるＰｈａｓｅヒータ４２３は、アーム部４４３の一部のＳｉＮ保護膜（図示略）上に配置されている。当該アーム部４４３のうちＰｈａｓｅヒータ４２３の下方の領域は、光の位相を変化させる位相調整部４４５として機能する。そして、Ｐｈａｓｅヒータ４２３は、制御部３から供給される電力に応じて発熱し、位相調整部４４５を加熱する。また、制御部３がＰｈａｓｅヒータ４２３に供給する電力を制御することによって位相調整部４４５の温度が変化し、その屈折率が変化する。

【0036】

以上説明した第１，第２の導波路部４３，４４は、互いに光学的に接続された回折格子層４３１ｂと反射ミラーＭとにより構成される光共振器Ｃを構成している。また、利得部４３１ａと位相調整部４４５とは、光共振器Ｃ内に配置される。

【0037】

回折格子層４３１ｂは、所定の周波数間隔で周期的な反射特性を有する第１の櫛状反射スペクトルを生成する。一方、リング共振器フィルタＲＦ１は、所定の周波数間隔で周期的な反射特性を有する第２の櫛状反射スペクトルを生成する。

【0038】

ここで、第２の櫛状反射スペクトルは、第１の櫛状反射スペクトルのピークの半値全幅よりも狭い半値全幅のピークを有し、第１の櫛状反射スペクトルの周波数間隔とは異なる周波数間隔で周期的な反射特性を有する。

【0039】

各櫛状反射スペクトルの特性について例示すると、第１の櫛状反射スペクトルのピーク間の周波数間隔（自由スペクトル領域：ＦＳＲ）は３７３ＧＨｚである。また、各ピークの半値全幅は４３ＧＨｚである。一方、第２の櫛状反射スペクトルのピーク間の周波数間隔（ＦＳＲ）は４００ＧＨｚである。また、各ピークの半値全幅は２５ＧＨｚである。すなわち、第２の櫛状反射スペクトルの各ピークの半値全幅（２５ＧＨｚ）は、第１の櫛状反射スペクトルの各ピークの半値全幅（４３ＧＨｚ）より狭い。

【0040】

光源部４では、レーザ発振を実現するために、第１の櫛状反射スペクトルのピークの一つと第２の櫛状反射スペクトルのピークの一つとを周波数軸上で重ね合わせ可能に構成されている。このような重ね合わせは、ＤＢＲヒータ４２１，ＲＩＮＧヒータ４２２の少なくとも一つを用いて、ＤＢＲヒータ４２１により回折格子層４３１ｂを加熱して熱光学効果によりその屈折率を変化させて第１の櫛状反射スペクトルを周波数軸上で全体的に移動させて変化させる、および、ＲＩＮＧヒータ４２２によりリング状導波路４４４を加熱してその屈折率を変化させて第２の櫛状反射スペクトルを周波数軸上で全体的に移動させて変化させる、の少なくともいずれか一つを行うことにより、実現することができる。

【0041】

一方、光源部４において、光共振器Ｃによる共振器モードが存在する。そして、光源部４において、共振器モードの間隔（縦モード間隔）は、２５ＧＨｚ以下となるように光共振器Ｃの共振器長が設定されている。この設定の場合、光共振器Ｃの共振器長は、１８００μｍ以上となり、発振するレーザ光の狭線幅化を期待することができる。なお、光共振器Ｃの共振器モードの周波数は、Ｐｈａｓｅヒータ４２３を用いて位相調整部４４５を加熱してその屈折率を変化させて共振器モードの周波数を周波数軸上で全体的に移動させることにより微調整することができる。すなわち、位相調整部４４５は、光共振器Ｃの光路長を能動的に制御するための部分である。

【0042】

光源部４は、制御部３により、ｎ側電極４５およびｐ側電極４３３から利得部４３１ａへ電流を注入し、利得部４３１ａを発光させると、第１の櫛状反射スペクトルのスペクトル成分のピーク、第２の櫛状反射スペクトルのスペクトル成分のピーク、および光共振器Ｃの共振器モードの一つが一致した周波数、たとえば１９３．４ＴＨｚでレーザ発振し、レーザ光Ｌ１を出力するように構成されている。

【0043】

光源部４では、バーニア効果を利用してレーザ光Ｌ１の周波数を変化させることができる。すなわち、制御部３から供給する電力を調整してＤＢＲヒータ４２１を制御すると、その櫛状反射スペクトルは、周波数軸上でシフトする。同様に、ＲＩＮＧヒータ４２２を制御すると、その櫛状反射スペクトルは周波数軸上でシフトする。同様に、Ｐｈａｓｅヒータ４２３を制御すると、そのスペクトルは周波数軸上でシフトする。

【0044】

たとえば、まず、ＤＢＲの反射ピークと光共振器Ｃの共振器モードとＲＩＮＧの反射ピークとが一致した周波数ｆ１でレーザ発振する状態を形成する。この状態にするために、ＤＢＲヒータ４２１およびＲＩＮＧヒータ４２２は、供給される電力に基づいて、ＤＢＲ、ＲＩＮＧの反射スペクトルがピークとなる周波数位置を各々設定する。また、Ｐｈａｓｅヒータ４２３は、供給される電力に基づいて、共振器モードがピークとなる周波数位置を設定する。周波数ｆ１でレーザ発振する状態から、各ヒータの制御によってＤＢＲの反射ピークと光共振器Ｃの共振器モードとＲＩＮＧの反射ピークとが一致する周波数を周波数ｆ２とすると、レーザ光Ｌ１の周波数を周波数ｆ２に調整できる。なお、各ヒータへ供給する電力は電流を制御量として制御することができる。すなわち、制御部３は、制御量である電流に対応する電力を光源部４に供給することによってレーザ光Ｌ１の周波数を制御する。

【0045】

レーザ光Ｌ１の周波数を第１周波数から第２周波数に変更する場合には、たとえば、まずＤＢＲおよびＲＩＮＧの櫛状反射スペクトルが第２周波数において重なり合うようにＤＢＲヒータ４２１およびＲＩＮＧヒータ４２２をフィードフォワード制御し、その後に共振器モードのいずれか一つが第２周波数と一致するようにＰｈａｓｅヒータ４２３をフィードバック制御する。ただし制御の方法はこれに限られない。

【0046】

図１に戻って説明を続ける。半導体光増幅器５は、具体的な図示は省略したが、第１の導波路部４３と同様の材料および構造からなる活性コア層を備える埋め込み導波路構造を有する。但し、回折格子層４３１ｂは設けられていない。この半導体光増幅器５は、空間結合光学系（図示略）により光源部４に対して光学的に結合している。そして、光源部４から出力されたレーザ光Ｌ１は、半導体光増幅器５に入力される。半導体光増幅器５は、レーザ光Ｌ１を増幅してレーザ光Ｌ２として出力する。なお、半導体光増幅器５は、基部Ｂ１上に、光源部４とモノリシックに構成されていてもよい。

【0047】

平面光波回路６は、空間結合光学系（図示略）によりアーム部４４２に光学的に結合している。そして、レーザ光Ｌ１と同様に光源部４におけるレーザ発振により発生したレーザ光Ｌ３の一部は、アーム部４４２を介して平面光波回路６に入力される。なお、レーザ光Ｌ３は、レーザ光Ｌ１の周波数と同一の周波数を有し、レーザ光Ｌ１の強度と対応する強度を有する。この平面光波回路６は、光分岐部６１と、光導波路６２と、リング共振器型光フィルタである周波数フィルタ６３ａを有する光導波路６３と、リング共振器型光フィルタである周波数フィルタ６４ａを有する光導波路６４と、を備える。周波数フィルタ６３ａは第１周波数フィルタの一例であり、周波数フィルタ６４ａは第２周波数フィルタの一例である。

【0048】

光分岐部６１は、入力したレーザ光Ｌ３を３つのレーザ光Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６に分岐する。光導波路６２は、レーザ光Ｌ４を光検出部７における後述するＰＤ（Photo Diode）７３に導波する。光導波路６３は、レーザ光Ｌ５を光検出部７における後述するＰＤ７１に導波する。光導波路６４は、レーザ光Ｌ６を光検出部７における後述するＰＤ７２に導波する。

【0049】

ここで、周波数フィルタ６３ａは、入力する光の周波数に対して透過率が周期的に変化する透過特性を有し、レーザ光Ｌ５をレーザ光Ｌ５の周波数に応じた透過率で透過する。そして、周波数フィルタ６３ａを透過したレーザ光Ｌ５は、ＰＤ７１に入力する。すなわち、周波数フィルタ６３ａは、導波路型の周波数フィルタである。なお、周波数フィルタ６３ａとして、入力する光の周波数に対して周期的な透過特性を有するエタロンフィルタやＭＺＩ（Mach-Zehnder Interferometer）フィルタを用いてもよい。

【0050】

同様に、周波数フィルタ６４ａは、入力する光の周波数に対して透過率が周期的に変化する透過特性を有し、レーザ光Ｌ６をレーザ光Ｌ６の周波数に応じた透過率で透過する。そして、周波数フィルタ６４ａを透過したレーザ光Ｌ６は、ＰＤ７２に入力する。周波数フィルタ６４ａとして、入力する光の周波数に対して周期的な透過特性を有するエタロンフィルタやＭＺＩフィルタを用いてもよい。

【0051】

周波数フィルタ６３ａ、６４ａの透過特性は、互いに同じ周期であることが好ましい。また、後に詳述するように、周波数フィルタ６３ａ、６４ａの透過特性は位相が相対的にずれている。

【0052】

光検出部７は、ＰＤ７１，７２，７３を備え、検出ステップを実行する。ＰＤ７３は、レーザ光Ｌ４（光源部４から出力されたレーザ光Ｌ１と同一の周波数を有し、レーザ光Ｌ１の強度と対応する強度を有する）を受光し、当該レーザ光Ｌ４の強度に応じた電気信号を制御部３に出力する。ＰＤ７１は、周波数フィルタ６３ａを透過したレーザ光Ｌ５を受光し、当該レーザ光Ｌ５の強度に応じた電気信号を制御部３に出力する。ＰＤ７２は、周波数フィルタ６４ａを透過したレーザ光Ｌ６を受光し、当該レーザ光Ｌ６の強度に応じた電気信号を制御部３に出力する。そして、ＰＤ７１，７２，７３からそれぞれ出力された電気信号は、制御部３による周波数ロック制御（光源部４から出力されるレーザ光Ｌ１の周波数を目標周波数にするための制御）に用いられる。

【0053】

ＰＤ７１は、レーザ光Ｌ１が周波数フィルタ６３ａを透過した後の強度に相当するレーザ光Ｌ５の強度である第１強度を検出する第１検出部の一例である。ＰＤ７２は、レーザ光Ｌ１が周波数フィルタ６４ａを透過した後の強度に相当するレーザ光Ｌ６の強度である第２強度を検出する第２検出部の一例である。ＰＤ７３は、レーザ光Ｌ１の強度に対応するレーザ光Ｌ４の強度である第３強度を検出する第３検出部の一例である。

【0054】

温度センサ８は、たとえばサーミスタ等で構成されるとともに、温度制御器９の設置面９１上に載置され、光源部４および平面光波回路６の周囲温度を検出する。なお、温度センサ８としては、温度制御器９の外部に配置し、レーザ装置１が配置される環境の温度を周囲温度として検出しても構わない。温度センサ８は、検出した温度の情報を含む電気信号を制御部３に出力する。

【0055】

温度制御器９は、たとえばペルチェ素子を含むＴＥＣ（Thermo Electric Cooler）等で構成されている。この温度制御器９には、光源部４、半導体光増幅器５、平面光波回路６、光検出部７、および温度センサ８が載置される。そして、温度制御器９は、供給された電力に応じて光源部４、半導体光増幅器５、平面光波回路６、光検出部７、および温度センサ８の温度を制御する。この場合、制御部３は、温度センサ８が検出した温度の情報に基づいて、主に光源部４が一定の温度となるように、温度制御器９に供給する電力を制御する。主に光源部４が一定の温度となるよう制御を行うことが、レーザ光Ｌ１の周波数の、動作条件や外部環境温度に依存する変動を抑制する上で好ましい。

【0056】

なお、温度センサ８は、温度制御器９において、光源部４、半導体光増幅器５、平面光波回路６、光検出部７、および温度センサ８が載置される設置面９１を、光源部４および半導体光増幅器５が載置される第１の領域Ａｒ１と、平面光波回路６および光検出部７が載置される第２の領域Ａｒ２の２つの領域に区画した場合には、第１の領域Ａｒ１に載置してもよい。このとき、温度センサ８は、光源部４に近接して配置したり、光源部４上に載置するようにしてもよい。また、温度センサ８は、第２の領域Ａｒ２に載置され、平面光波回路６に近接して配置されていてもよい。

【0057】

〔制御部の構成〕
つぎに、制御部３の構成について説明する。図３は、制御部の構成を示すブロック図である。制御部３は、たとえばユーザインターフェースを備えた上位の制御装置（図示略）と接続されており、当該上位の制御装置を介したユーザからの指示にしたがって、光源部４の動作を制御する。

【0058】

なお、以下では、本発明の要部である制御部３による周波数ロック制御を主に説明する。また、図３では、説明の便宜上、制御部３の構成として、周波数ロック制御を実行する構成を主に図示している。

【0059】

制御部３は、アナログ－デジタルコンバータ（ＡＤＣ）３１、３２，３３，３４と、演算部３５と、記憶部３６と、電流源３７と、を備える。

【0060】

ＡＤＣ３１は、ＰＤ７１から入力されたアナログの電気信号をデジタル信号（電圧信号）に変換して演算部３５に出力する。ＡＤＣ３２は、ＰＤ７２から入力されたアナログの電気信号をデジタル信号（電圧信号）に変換して演算部３５に出力する。ＡＤＣ３３は、ＰＤ７３から入力されたアナログの電気信号をデジタル信号（電圧信号）に変換して演算部３５に出力する。ＡＤＣ３４は、温度センサ８から入力されたアナログの電気信号をデジタル信号（電圧信号）に変換して演算部３５に出力する。

【0061】

デジタル演算を行う演算部３５は、制御部３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）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）で構成される。記憶部３６は、演算部３５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３５が演算処理を行う際の作業スペースや演算部３５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。制御部３の制御機能は、演算部３５と記憶部３６との機能によりソフトウェア的に実現される。

【0062】

電流源３７は、演算部３５からの指示に基づいて、光源部４にレーザ光Ｌ１の周波数の制御のための電力を供給する。本実施形態では、演算部３５は電流源３７に制御量として電流値を指示する。電流源３７は指示された電流値の電流を光源部４に供給する。

【0063】

つぎに、演算部３５の構成について詳述する。演算部３５は、機能部として、目標周波数設定部３５１と、弁別カーブ選択部３５２と、目標値取得部３５３と、モニタ値算出部３５４と、差分取得部３５５と、ＰＩＤ制御部３５６と、ＤＢＲ／ＲＩＮＧ電力設定部３５７と、を備えている。これらの機能部はソフトウェアとハードウェア資源とが協働することによって実現される。

【0064】

目標周波数設定部３５１は、たとえば上位の制御装置からの指示により、レーザ光Ｌ１の周波数の制御における目標値として目標周波数を取得して設定する第１取得ステップを行う。

【0065】

弁別カーブ選択部３５２は、設定された目標周波数を取得し、目標周波数に基づいて、第１周波数弁別カーブ、第２周波数弁別カーブ、第３周波数弁別カーブ、および第４周波数弁別カーブのいずれか一つを選択する。第１周波数弁別カーブは、周波数フィルタ６３ａの透過特性に相当する。第２周波数弁別カーブは、周波数フィルタ６４ａの透過特性に相当する。第３周波数弁別カーブは、第１周波数弁別カーブと第２周波数弁別カーブとの和で示される。第４周波数弁別カーブは、第１周波数弁別カーブと第２周波数弁別カーブとの差で示される。

【0066】

振幅値が－１から１の間で変化するように規格化した第１周波数弁別カーブ、第２周波数弁別カーブは、周波数の変化に対し正弦関数的に変化する場合、たとえば以下の式（１）、（２）のような正弦関数（余弦関数）で表現できる。なお、θ＝２πｆ／Ｆである。ｆは光の周波数である。Ｆは弁別カーブの周期またはＦＳＲ（Free Spectral Range）であり、周波数フィルタ６３ａおよび周波数フィルタ６４ａの周期と等しい。また、φは周波数フィルタ６３ａと周波数フィルタ６４ａとの相対的な位相ずれに対応する位相差である。
ｓｉｎθ ・・・ （１）
ｓｉｎ（θ＋φ） ・・・ （２）

【0067】

振幅値が－１から１の間で変化するように規格化した第３周波数弁別カーブ、第４周波数弁別カーブは、たとえば以下の式（３）、（４）で表される。なお、Δ＝φ－π／２である。
ｓｉｎ（θ＋π／４＋Δ／２） ・・・ （３）
ｓｉｎ（θ－π／４＋Δ／２） ・・・ （４）

【0068】

図４は、振幅値が－１から１の間で変化するように規格化した第１周波数弁別カーブＣ１、第２周波数弁別カーブＣ２、第３周波数弁別カーブＣ３、第４周波数弁別カーブＣ４、を示す図である。横軸は周波数であり、弁別カーブの半周期で規格化したものである。縦軸は、第１周波数弁別カーブＣ１、第２周波数弁別カーブＣ２、第３周波数弁別カーブＣ３、第４周波数弁別カーブＣ４について、それぞれ第１比、第２比、第３比、第４比に相当する比である。なお、図４では位相ずれφをπ／２に設定している。尚、第１周波数弁別カーブ、第２周波数弁別カーブの位相ずれφがπ／２でない場合においても、第１周波数弁別カーブ、第２周波数弁別カーブの振幅が略等しい場合では、第３周波数弁別カーブと第４周波数弁別カーブとの位相ずれはπ／２となる。

【0069】

領域Ｃ１１、Ｃ２１、Ｃ３１、Ｃ４１は、第１～第４周波数弁別カーブＣ１～Ｃ４において、不感帯とは異なり周波数に対する比の変化率が大きく、制御精度を高くできる領域である。領域Ｃ１１、Ｃ２１、Ｃ３１、Ｃ４１は、周波数的に互いに重なり合わないように設定される。

【0070】

弁別カーブ選択部３５２は、目標周波数に基づいて、目標周波数が含まれる領域Ｃ１１、Ｃ２１、Ｃ３１、Ｃ４１のいずれかに対応する周波数弁別カーブを選択する。たとえば、目標周波数が領域Ｃ１１に含まれる場合、弁別カーブ選択部３５２は第１周波数弁別カーブＣ１を選択する。周波数弁別カーブの選択においては、周波数に対する比の変化率がより大きい周波数弁別カーブを選択することが好ましい。図４の場合、複数の周波数弁別カーブのうち、目標周波数において比の絶対値が小さい周波数弁別カーブを選択することが好ましい。

【0071】

目標値取得部３５３は、目標周波数を、弁別カーブ選択部３５２が選択した周波数弁別カーブに当てはめることによって、目標値を取得する第３取得ステップを行う。たとえば、図４において、目標周波数がｆ＿ｔｇｔの場合は、第１周波数弁別カーブＣ１に当てはめて目標値Ｒ＿ｔｇｔを取得する。

【0072】

モニタ値算出部３５４は、ＡＤＣ３１，３２，３３から入力されたデジタル信号から第１比、第２比を取得する第２取得ステップを行うとともに、第３比、または第４比を算出するステップを行う。そして、第１比、第２比、第３比、および第４比のいずれか一つをレーザ光Ｌ１の周波数に相当するモニタ値Ｒ＿ｍｏｎとして設定する設定ステップを行う。モニタ値Ｒ＿ｍｏｎは周波数相当量の一例である。なお、目標周波数とレーザ光Ｌ１の周波数とは、同じ領域（たとえば領域Ｃ１１）に位置するとする例を示すが、モニタ値Ｒ＿ｍｏｎと目標値Ｒ＿ｔｇｔとが同じ周波数弁別カーブ上で設定されるようにすればよい。

【0073】

第１比は、ＰＤ７３が検出した第３強度に対するＰＤ７１が検出した第１強度の比である。また、当該比に相当するものとして、第１比は、ＰＤ７３が検出した第３強度に補正係数を適用した強度に対する、ＰＤ７１が検出した第１強度に補正係数を適用した強度の比でもよい。また、当該比に相当する量として、第１比は、第１強度または第３強度のいずれか一方に補正係数を適用した強度を用いて比を算出したものでもよい。以下では第１比はＰＤ１／ＰＤ３と記載する場合がある。

【0074】

第２比は、ＰＤ７３が検出した第３強度に対するＰＤ７２が検出した第２強度の比である。また、当該比に相当するものとして、第１比は、ＰＤ７３が検出した第３強度に補正係数を適用した強度に対する、ＰＤ７２が検出した第２強度に補正係数を適用した強度の比でもよい。また、当該比に相当する量として、第２比は、第２強度または第３強度のいずれか一方に補正係数を適用した強度を用いて比を算出したものでもよい。以下では第２比はＰＤ２／ＰＤ３と記載する場合がある。

【0075】

第１強度、第２強度、または第３強度に対する補正係数は、実験等によって予め取得され、テーブルデータや関係式などの形式にて記憶部３６に記憶されており、モニタ値算出部３５４が適宜読み出して使用する。補正係数は、たとえばレーザ装置１の動作条件や、温度センサ８が検出した温度等に応じて定められていてもよい。また、補正係数は、規格化された周波数弁別カーブに当てはめるのに適するように定められていてもよい。第１強度、第２強度、または第３強度に対する補正係数の適用は、たとえば、加算、減算、乗算、除算のいずれかの演算による適用である。

【0076】

第３比は、第１比と第２比との和である。第４比は、第１比と第２比との差である。したがって、第３比または第４比は、第１強度、第２強度、または第３強度に対する補正係数を含みうる。

【0077】

差分取得部３５５は、目標値取得部３５３が取得した目標値Ｒ＿ｔｇｔとモニタ値算出部３５４が算出したモニタ値Ｒ＿ｍｏｎとの差分を算出して取得する。

【0078】

ＰＩＤ制御部３５６は、目標値Ｒ＿ｔｇｔとモニタ値Ｒ＿ｍｏｎとの差分に基づいて電流値の指示値を算出し、その指示値を電流源３７に出力し、比例積分微分（ＰＩＤ）制御やＰＩ制御などのフィードバック制御を実行する。すなわち、ＰＩＤ制御部３５６は、目標値Ｒ＿ｔｇｔとモニタ値Ｒ＿ｍｏｎとの差の絶対値が小さくなるように電流値（制御量）を調整する調整ステップを実行する。

【0079】

ＤＢＲ／ＲＩＮＧ電力設定部３５７は、目標周波数設定部３５１が設定した目標周波数をもとに、ＤＢＲヒータ４２１およびＲＩＮＧヒータ４２２のそれぞれに供給する電力を設定する。ＤＢＲ／ＲＩＮＧ電力設定部３５７は、設定した電力に基づいて電流値を設定し、その電流値の指示を電流源３７に出力し、ＤＢＲヒータ４２１およびＲＩＮＧヒータ４２２のフィードフォワード制御を行うことができる。

【0080】

このように構成されたレーザ装置１では、制御目標の周波数が不感帯と意図せずに重なってしまうことが抑制されるので、レーザ光の周波数の制御精度の低下を抑制できる。

【0081】

以下では、横ずれが起きたときの制御目標の周波数と不感帯との重なりにくさについて、「余裕度」なるパラメータを導入して説明する。余裕度は、周波数モニタ・制御系の横ずれへの耐性の評価指標となるパラメータである。

【0082】

図５は、余裕度の説明図である。図５では、振幅値が－１から１の間で変化するように規格化した正弦関数である第５周波数弁別カーブＣ５、第６周波数弁別カーブＣ６を示している。領域Ｃ５１、Ｃ６１は、第５、第６周波数弁別カーブＣ５、Ｃ６において、不感帯とは異なり周波数に対する比の変化率が大きく、制御精度を高くできる領域である。領域Ｃ５１、Ｃ６１は、周波数的に互いに重なり合わないように設定される。

【0083】

図５において、余裕度は、２つの周波数弁別カーブの切り替え点のうち最も極値に近い点と、不感帯の中心すなわち周波数弁別カーブの極値（図５では極小値）との周波数差として定義できる。余裕度が大きいほど、不感帯から周波数的に離れた領域でレーザ光Ｌ１の周波数のモニタができるといえるので、横ずれへの耐性が高いといえる。なお、図５のような２つの周波数弁別カーブを切り換えて周波数制御を行う場合、余裕度はφ／２である。

【0084】

図６は、φと余裕度との関係を示す図である。線Ｍ１は、式（１）、（２）で示す第１および第２周波数弁別カーブの２つを用いた場合のφと余裕度との関係を示している。線Ｍ２は、式（１）～（３）で示す第１～第３周波数弁別カーブの３つを用いた場合のφと余裕度との関係を示している。線Ｍ２はφが９０度以下では線Ｍ１と重なっている。線Ｍ３は、式（１）、（２）、（４）で示す第１、第２、第４周波数弁別カーブの３つを用いた場合のφと余裕度との関係を示している。線Ｍ３はφが９０度以上では線Ｍ１と重なっている。線Ｍ４は、式（１）～（４）で示す第１～第４周波数弁別カーブの４つを用いた場合のφと余裕度との関係を示している。線Ｍ４はφが６０度以下では線Ｍ３と重なり、１２０度以下では線Ｍ２と重なっている。

【0085】

図６に示すように、第１～第４周波数弁別カーブの４つを用いた場合、いずれのφにおいても余裕度が高くなり、周波数モニタ・制御系の横ずれへの耐性が高いことが確認できる。

【0086】

つぎに、図７は、比較形態における周波数弁別カーブの温度依存変化を示す図である。比較形態とは、レーザ装置１において、第１および第２周波数弁別カーブのみを用いて周波数制御を行う形態である。

【0087】

図７では、図５と同様に第５周波数弁別カーブＣ５、第６周波数弁別カーブＣ６を示している。ただし、第５周波数弁別カーブＣ５と第６周波数弁別カーブＣ６との位相ずれはπ／２としている。ここで、領域Ｃ５１において、例示的な４つの目標周波数に対応する第５周波数弁別カーブＣ５上のポイントを実線の白丸で示している。一方、周波数弁別カーブＣ５Ａは、温度変化によって第５周波数弁別カーブＣ５が正の周波側に横ずれした状態を示しており、周波数弁別カーブＣ５Ｂは、温度変化によって第５周波数弁別カーブＣ５が負の周波側に横ずれした状態を示している。領域Ｃ５Ｆ、Ｃ５ＡＦ、Ｃ５ＢＦは、それぞれ第５周波数弁別カーブＣ５、周波数弁別カーブＣ５Ａ、周波数弁別カーブＣ５Ｂにおける不感帯を示している。

【0088】

横ずれによって周波数弁別カーブＣ５Ａの状態になった場合、破線の白丸で示すように、４つの目標周波数のうち最も負側のポイントは、横ずれによって不感帯Ｃ５ＡＦと重なってしまう。また、横ずれによって周波数弁別カーブＣ５Ｂの状態になった場合、破線の白丸で示すように、４つの目標周波数のうち最も正側のポイントは、横ずれによって不感帯Ｃ５ＢＦと重なってしまう。このことは、比較形態の場合は横ずれへの耐性が低いことを示している。

【0089】

一方、図８は、実施形態における周波数弁別カーブの温度依存変化を示す図である。図８では、図４と同様に第１～第４周波数弁別カーブＣ１～Ｃ４を示している。ここで、領域Ｃ１１において、例示的な３つの目標周波数に対応する第１周波数弁別カーブＣ１上のポイントを実線の白丸で示している。一方、周波数弁別カーブＣ１Ａは、温度変化によって第１周波数弁別カーブＣ１が正の周波側に横ずれした状態を示しており、周波数弁別カーブＣ１Ｂは、温度変化によって第１周波数弁別カーブＣ１が負の周波側に横ずれした状態を示している。領域Ｃ１Ｆ、Ｃ１ＡＦ、Ｃ１ＢＦは、それぞれ第１周波数弁別カーブＣ１、周波数弁別カーブＣ１Ａ、周波数弁別カーブＣ１Ｂにおける不感帯を示している。

【0090】

実施形態の場合は、横ずれによって周波数弁別カーブＣ１Ａの状態になった場合でも、破線の白丸で示すように、３つの目標周波数いずれのポイントも不感帯Ｃ１ＡＦとは重ならない。また、横ずれによって周波数弁別カーブＣ１Ｂの状態になった場合も、破線の白丸で示すように、３つの目標周波数のいずれも不感帯Ｃ１ＢＦとは重ならない。このことは、実施形態の場合は横ずれへの耐性が高いことを示している。

【0091】

〔制御方法〕
つぎに、レーザ装置１において実行される制御方法について、図９のフローチャートを参照して説明する。

【0092】

はじめに、ステップＳ１０１において、目標周波数設定部３５１は、レーザ光Ｌ１の周波数の目標値として目標周波数を設定する。つづいて、図示は省略するが、ＤＢＲ／ＲＩＮＧ電力設定部３５７は、目標周波数設定部３５１が設定した目標周波数をもとに、ＤＢＲヒータ４２１およびＲＩＮＧヒータ４２２のそれぞれに供給する電力を設定し、電流源３７にその電力に相当する電流値の指示値を電流源３７に出力する。

【0093】

つづいて、ステップＳ１０２において、弁別カーブ選択部３５２が、目標周波数に基づいて、第１周波数弁別カーブ、第２周波数弁別カーブ、第３周波数弁別カーブ、および第４周波数弁別カーブのいずれか一つを選択する。例えば、第１周波数弁別カーブ、第２周波数弁別カーブ、第３周波数弁別カーブ、および第４周波数弁別カーブのうち、ステップＳ１０１において設定された目標周波数における変化率が最も大きくなる周波数弁別カーブを選択したり、いずれの周波数弁別カーブも振幅値が－１から１の間で変化するように規格化した上で目標周波数において絶対値が最も小さくなる周波数弁別カーブを選択したりしてもよい。

【0094】

第１周波数弁別カーブを選択した場合（ステップＳ１０２、カーブ１）、ステップＳ１０３において、目標値取得部３５３は、第１周波数弁別カーブに基づいて、目標周波数に対応する目標値Ｒ＿ｔｇｔを取得して決定する。つづいて、ステップＳ１０４において、モニタ値算出部３５４は、第１周波数弁別カーブに基づいて、レーザ光Ｌ１の周波数に相当するモニタ値Ｒ＿ｍｏｎを算出して設定する。その後フローはステップＳ１１１に進む。

【0095】

第２周波数弁別カーブを選択した場合（ステップＳ１０２、カーブ２）、ステップＳ１０５において、目標値取得部３５３は、第２周波数弁別カーブに基づいて、目標周波数に対応する目標値Ｒ＿ｔｇｔを取得して決定する。つづいて、ステップＳ１０６において、モニタ値算出部３５４は、第２周波数弁別カーブに基づいて、レーザ光Ｌ１の周波数に相当するモニタ値Ｒ＿ｍｏｎを算出して設定する。その後フローはステップＳ１１１に進む。

【0096】

第３周波数弁別カーブを選択した場合（ステップＳ１０２、カーブ３）、ステップＳ１０７において、目標値取得部３５３は、第３周波数弁別カーブに基づいて、目標周波数に対応する目標値Ｒ＿ｔｇｔを取得して決定する。つづいて、ステップＳ１０８において、モニタ値算出部３５４は、第３周波数弁別カーブに基づいて、レーザ光Ｌ１の周波数に相当するモニタ値Ｒ＿ｍｏｎを算出して設定する。その後フローはステップＳ１１１に進む。

【0097】

第４周波数弁別カーブを選択した場合（ステップＳ１０２、カーブ４）、ステップＳ１０９において、目標値取得部３５３は、第４周波数弁別カーブに基づいて、目標周波数に対応する目標値Ｒ＿ｔｇｔを取得して決定する。つづいて、ステップＳ１１０において、モニタ値算出部３５４は、第４周波数弁別カーブに基づいて、レーザ光Ｌ１の周波数に相当するモニタ値Ｒ＿ｍｏｎを算出して設定する。その後フローはステップＳ１１１に進む。

【0098】

つづいて、ステップＳ１１１において、差分取得部３５５は、目標値Ｒ＿ｔｇｔとモニタ値Ｒ＿ｍｏｎとの差分（目標値Ｒ＿ｔｇｔ－モニタ値Ｒ＿ｍｏｎ）を算出して取得する。

【0099】

つづいて、ステップＳ１１２において、ＰＩＤ制御部３５６は、目標値Ｒ＿ｔｇｔとモニタ値Ｒ＿ｍｏｎとの差の絶対値が小さくなるような電流値の指示値を算出する。

【0100】

つづいて、ステップＳ１１３において、ＰＩＤ制御部３５６は、算出した指示値を電流源３７に出力する。

【0101】

つづいて、ステップＳ１１４において、ＰＩＤ制御部３５６は、差の絶対値である｜目標値Ｒ＿ｔｇｔ－モニタ値Ｒ＿ｍｏｎ｜が目標誤差内であるか否かを判定する。目標誤差内ではないと判定した場合（ステップＳ１１４、Ｎｏ）、制御はステップＳ１１５に進む。

【0102】

ステップＳ１１５において、制御部３は、弁別カーブ選択部３５２が選択した弁別カーブを確認する。第１周波数弁別カーブを選択したと確認した場合（ステップＳ１１５、カーブ１）、フローはステップＳ１０４に戻る。第２周波数弁別カーブを選択したと確認した場合（ステップＳ１１５、カーブ２）、フローはステップＳ１０６に戻る。第３周波数弁別カーブを選択したと確認した場合（ステップＳ１１５、カーブ３）、フローはステップＳ１０８に戻る。第４周波数弁別カーブを選択したと確認した場合（ステップＳ１１５、カーブ４）、フローはステップＳ１１０に戻る。

【0103】

一方、ステップＳ１１４において、ＰＩＤ制御部３５６が、｜目標値Ｒ＿ｔｇｔ－モニタ値Ｒ＿ｍｏｎ｜が目標誤差内であると判定した場合（ステップＳ１１３、Ｙｅｓ）、制御は終了する。

【0104】

以上説明したように、レーザ装置１では、制御目標の周波数が不感帯と意図せずに重なってしまうことが抑制されるので、レーザ光の周波数の制御精度の低下を抑制できる。

【0105】

また、レーザ装置１では、２つの周波数フィルタ６３ａ、６４ａにて、４つの周波数弁別カーブを生成しているので、周波数フィルタの数を増加させる場合と比較して、レーザ装置の構成や制御の煩雑さの増大は抑制される。また、周波数弁別カーブに対して、レーザ光の強度を検出する検出部をある程度共用しているので、周波数弁別カーブを切り換える毎に検出部を切り換える必要が無い。その結果、周波数弁別カーブを切り換える際に制御が不安定になることが抑制される。

【0106】

また、レーザ装置１では、第１比または第２比を、第１強度、第２強度、または第３強度に補正係数を適用して算出することができる。これにより、レーザ装置１の動作条件や、温度センサ８が検出した温度や、周波数弁別カーブへの当てはめの適正に応じて第１比または第２比、さらには第３比や第４比を算出することができる。具体的には、温度センサ８が検出した温度に応じて、温度に依存する周波数フィルタの横ずれを補正するように補正係数を設定したり、温度に依存する周波数フィルタの縦ずれを補正するように補正係数を設定したりすることができる。ここで、周波数フィルタの縦ずれとは、周波数フィルタの透過特性が透過率軸方向にずれることを意味する。縦ずれは、目標周波数に制御ができなかったり、達成不可能な目標値が設定されたりする原因となりうる。また、たとえば周波数フィルタ６３ａ、６４ａの透過特性が周波数の正弦関数ではない場合に、補正係数を用いて、第１強度、第２強度、または第３強度を、周波数の正弦関数である周波数弁別カーブに当てはめられるように補正してもよい。尚、温度センサ８を第１の領域Ａｒ１に載置し、当該温度センサ８（第１の温度センサ）とは別に、第２の温度センサを載置し、当該温度センサ８が検出した温度の情報に基づいて温度制御器９に供給する電力を制御する場合は、第２の温度センサで検出された温度の情報に基づいて、周波数フィルタの横ずれおよび縦ずれの少なくとも一方を補正するように補正係数を設定してもよい。このとき、第２の温度センサは第２の領域Ａｒ２に載置してもよいし、光源部４よりも平面光波回路６に近接するように載置してもよい。この他、レーザ部２と異なる場所（例えば、レーザ部２が筐体内に格納される場合は、当該筐体の外）に載置するようにしてもよい。

【0107】

また、周波数フィルタ６３ａ、６４ａの透過特性が周波数の正弦関数ではない周期関数である場合、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）と逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）とを用いて正弦関数に変換するための関数を導いて使用してもよい。たとえば、ＡＤＣ３１、３２で変換したデジタル信号を１周期以上蓄積し、これをＦＦＴした上で周波数フィルタ６３ａ、６４ａのＦＳＲ以外の成分を除去し、ＩＦＦＴすることで正弦関数へと変換できる。こうして導かれた関数を使用し、正弦関数へと変換する。尚、ＭＺＩフィルタの周波数透過特性は、周波数の変化に対して正弦関数的に変化するとして扱うことができるため、ＭＺＩフィルタを周波数フィルタ６３ａ、６４ａとして用いる場合は、ＦＦＴおよびＩＦＦＴによる正弦関数への変換を行わなくともよい。周波数フィルタ６３ａ、６４ａとしてリング共振器型フィルタを用いる際は、当該フィルタの周波数透過特性のＱ値が小さい場合に、周波数の変化に対して正弦関数的に変化するとして扱うことができる。

【0108】

また、レーザ装置１では、１つの温度制御器９によって、光源部４と平面光波回路６との両方の温度制御を行っているので、光源部４と平面光波回路６とにそれぞれ温度制御器を設けるよりも低消費電力、低コストが実現できる。しかしながら、制御部３が主に光源部４が一定の温度となるように温度制御器９に供給する電力を制御したり、光源部４に供給する電力を制御することで光源部４の出力するレーザ光の発振周波数を制御すると、平面光波回路６の周波数フィルタ６３ａ、６４ａに温度に依存する横ずれが生じやすい場合がある。これに対して、レーザ装置１は、横ずれへの耐性が高い構成を備えるので、制御精度の低下を抑制するのに好適である。

【0109】

また、レーザ装置１において、第３比および第４比は、周波数フィルタ６３ａの特性が反映された第１比および周波数フィルタ６４ａの特性が反映された第２比の両方の情報を含んでいる。このことは、ＡＤＣ３１，３２，３３が変換したデジタル信号において、第１比および第２比のどちらかの電圧値が、周波数に対して１ｂｉｔでも変化していれば、その変化は検出可能であることを意味している。すなわち、仮に横ずれなどによって目標値やモニタ値が不感帯に入ったり、位相ずれφが０またはπに近かったりする場合でも、モニタ値の変化の検出が可能であるため、周波数制御を実行できることを意味する。

【0110】

また、レーザ装置１では、第１比または第２比を、第１強度、第２強度、または第３強度に補正係数を適用して算出しているが、目標値取得部３５３が目標周波数から目標値を取得する際に補正係数を適用してもよい。この補正係数は、実験等によって予め取得され記憶部３６に記憶されているものであり、レーザ装置１の動作条件や、温度センサ８または第２の温度センサが検出した温度に応じて設定することができる。また、目標周波数から目標値を取得する際に、ＦＦＴとＩＦＦＴとを用いて正弦関数以外から正弦関数に変換する手法と同様の手法を用いて、目標周波数から目標値を取得してもよい。

【0111】

また、レーザ装置１では、第３比や第４比を算出するための和や差の演算を演算部３５のデジタル演算で行っているが、アナログ回路で和や差の演算を行ってもよい。デジタル演算を用いれば使用素子数や回路規模を削減でき、かつ低コスト化が実現される。また、アナログ回路を用いれば、デジタル化の際の量子化による情報の欠損の発生を防止できる。

【0112】

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】

【0113】

１ レーザ装置
２ レーザ部
３ 制御部
４ 光源部
５ 半導体光増幅器
６ 平面光波回路
７ 光検出部
８ 温度センサ
９ 温度制御器
１０ モニタ部
３１、３２、３３、３４ ＡＤＣ
３５ 演算部
３６ 記憶部
３７ 電流源
４１ レーザ本体部
４２ 変更部
４３ 第１の導波路部
４４ 第２の導波路部
４４ａ 光導波層
４５ ｎ側電極
６１ 光分岐部
６２、６３、６４ 光導波路
６３ａ、６４ａ 周波数フィルタ
９１ 設置面
３５１ 目標周波数設定部
３５２ 弁別カーブ選択部
３５３ 目標値取得部
３５４ モニタ値算出部
３５５ 差分取得部
３５６ ＰＩＤ制御部
３５７ ＤＢＲ／ＲＩＮＧ電力設定部
４２１ ＤＢＲヒータ
４２２ ＲＩＮＧヒータ
４２３ Ｐｈａｓｅヒータ
４３１ 導波路部
４３１ａ 利得部
４３１ｂ 回折格子層
４３２ 半導体積層部
４３３ ｐ側電極
４４１ａ 導波路
４４２、４４３ アーム部
４４４ リング状導波路
４４５ 位相調整部
Ａｒ１ 第１の領域
Ａｒ２ 第２の領域
Ｂ１ 基部
Ｃ 光共振器
Ｃ１ 第１周波数弁別カーブ
Ｃ２ 第２周波数弁別カーブ
Ｃ３ 第３周波数弁別カーブ
Ｃ４ 第４周波数弁別カーブ
Ｃ５ 第５周波数弁別カーブ
Ｃ６ 第６周波数弁別カーブ
Ｃ５Ａ、Ｃ５Ｂ 周波数弁別カーブ
Ｃ１１、Ｃ２１、Ｃ３１、Ｃ４１、Ｃ５１、Ｃ６１、Ｃ１Ｆ、Ｃ１ＡＦ、Ｃ１ＢＦ、Ｃ５Ｆ、Ｃ５ＡＦ、Ｃ５ＢＦ 領域
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６ レーザ光
Ｍ 反射ミラー
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４ 線
ＲＦ１ リング共振器フィルタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】