雷射設備及雷射設備控制數據的製作方法

2023-11-02 03:03:47 5

專利名稱：雷射設備及雷射設備控制數據的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及一種雷射設備及雷射設備控制數據。
背景技術：
已知一種在諧振器中具有波長選擇部並且選擇輸出波長的可調諧雷射器。例 如，專利文件 1 公開 了具有 CSG-DBR(Chirped Sampled Grating Distributed Bragg Reflector 啁啾取樣光柵分布式布拉格反射鏡)區域和SG-DFB (Sampled Grating Distributed Feedback 取樣光柵分布式反饋)區的可調諧雷射器。在CSG-DBR區域中，反射譜僅在有限的波長範圍內具有周期性波峰。SG-DFB區域 的反射譜的波峰周期與CSG-DBR區域的反射譜的波峰周期是不同的。這導致遊標效應。艮口， 具有最大強度的波長是從波峰彼此交疊的波長中選出的。專利文件1 日本專利申請公開第2007-048988號

發明內容
技術問題圖1例示了 CSG-DBR區域的折射率變化和振蕩波長之間的關係的示例。圖1例示 了在以CSG-DBR區域上的多個加熱器之間的溫度關係保持固定的方式變化各加熱器的溫 度的情況下的特性。具體地，圖1例示了各加熱器的溫度變化量彼此相等並且多個區域中 與各加熱器相對應的折射率的變化量彼此相等的情況下的特性。在下面的描述中，除非特別提及，否則變化CSG-DBR區域的折射率的情況是多個 區域與各加熱器相對應的折射率的變化量彼此相等的情況。在圖1中，平坦的平臺(terrace)部分是可調諧雷射器可以振蕩的波長。每一平 臺的寬度對應於SG-DFB區域的波長特性的波峰間隔。振蕩波長與CSG-DBR區域的折射率 變化相對應地在一個方向變化。在圖1中，振蕩波長隨著CSG-DBR區域的折射率的增大向 著長波長側變化。當CSG-DBR區域的反射譜的波峰間隔減小時，可以通過小的折射率變化選擇下一 波長。然而，在該情況下，所選擇的波長峰值的間隔隨著遊標效應同時減小。所以，如上所 述，CSG-DBR區域的反射譜的周期性波峰被限制在給定的波長範圍內。除了期望的振蕩波 長之外的波長被排除在外。當CSG-DBR區域的反射譜的周期性波峰被限制在給定的波長範圍內時，波長選擇 範圍被限制於例如λ 1至λ7。因為利用遊標效應的波長選擇是回歸性的，所以多組波長選 擇區段λ 1至λ 7周期性地並連續地出現。圖1的特性在提供了具有不同波長特性的多個 波長選擇部和限制振蕩波長範圍的部件的情況下出現，也在提供SG-DFB區域和CSG-DBR區 域的情況下出現。可調諧雷射器基於來自查找表的設置值工作。通過在出貨測試中用高精確度的波 長儀觀測期望的輸出波長並獲得設置值來製作查找表。通常地，在設置值的獲取操作中，選擇一個區段(例如圖1的區段1、2或3)，該一個區段中所選擇的波長與CSG-DBR區域的折 射率變化相對應地在一個方向變化。並且，獲得在該範圍中與λ 至λ7相對應的設置值。存在減小可調諧雷射器的電功率消耗的需求。然而，減小傳統雷射器的電功率消 耗是不可能的。本發明的目的是提供減小電功率消耗的雷射設備及雷射設備控制數據。技術方案根據本發明的雷射設備的特徵在於包括諧振器，該諧振器具有增益區域、第一波 長選擇部和第二波長選擇部，所述第一波長選擇部在波長特性中具有周期性波峰，所述第 二波長選擇部在比振蕩波長的可變範圍小的波長範圍中、以與所述第一波長選擇部不同的 周期在波長特性中具有周期性波峰，並且所述第二波長選擇部的波峰波長根據所述第二波 長選擇部的折射率變化而移動，該諧振器在同一波長範圍內具有多個區段，在該多個區段 中，利用所述第二波長選擇部的一個方向的折射率變化所選擇的所述振蕩波長在一個方向 上變化；存儲部，其存儲從跨越所述多個區段中的兩個相鄰區段的範圍選擇的值作為用於 選擇振蕩波長的所述第二波長選擇部的折射率的設置值；以及控制器，其向所述諧振器提 供所述存儲部中存儲的所述設置值。在本發明的雷射設備中，因為第二波長選擇部的折射 率的設置值是來自相鄰的兩個區段，所以抑制了用於變化第二波長選擇部的折射率的電功 率消耗。存儲部可以存儲在如下範圍內選擇的值，該範圍的起點是在所述第二波長選擇部 的折射率未變化的條件下選擇的振蕩波長，終點是相鄰區段中的等於該振蕩波長的波長。 在該情況下，與在各區段內選擇設置值的情況相比，第二波長選擇部的電功率消耗。存儲部可以存儲在如下範圍內選擇的值，該範圍的起點是在所述第二波長選擇部 的折射率未變化的條件下選擇的另一振蕩波長相鄰的振蕩波長，終點在相鄰區段中的等於 所述另一振蕩波長的波長。在該情況下，與在各範圍內選擇設置值的情況相比，第二波長選 擇部的電功率消耗。第二波長選擇部的折射率的設置值可以是第二波長選擇部的溫度或者是提供給 第二波長選擇部的電流。存儲部可以關於各期望波長存儲所述第二波長選擇部的折射率的 設置值。根據本發明的雷射設備控制數據是雷射設備的控制數據，該雷射設備具有增益區 域、第一波長選擇部和第二波長選擇部，所述第一波長選擇部在波長特性中具有周期性波 峰，所述第二波長選擇部在比振蕩波長的可變範圍小的波長範圍中、以與所述第一波長選 擇部不同的周期在波長特性中具有周期性波峰，並且所述第二波長選擇部的波峰波長根據 所述第二波長選擇部的折射率變化而移動，該雷射設備控制數據在同一波長範圍內具有多 個區段，在該多個區段中，利用所述第二波長選擇部的一個方向的折射率變化所選擇的所 述振蕩波長在一個方向上變化，其特徵在於，所述控制數據包括與所要獲得的振蕩波長相 對應的、用於確定所述第二波長選擇部的折射率的設置值，其中所述折射率的最大值到最 小值的範圍跨越所述多個區段。第二波長選擇部的折射率的設置值可以是第二波長選擇部的溫度或者是提供給 第二波長選擇部的電流。發明優點
4
根據本發明，可以提供電功率消耗降低的雷射設備和雷射設備控制數據。


圖1例示了 CSG-DBR區域的折射率和振蕩波長之間的關係的示例；圖2例示了根據本發明第一實施方式的可調諧雷射器及具有該可調諧雷射器的 雷射設備的示意性視圖；圖3例示了查找表51的示例；圖4例示了關於CSG-DBR區域的折射率變化的振蕩波長；圖5例示了根據本發明第二實施方式的可調諧雷射器的示意性視圖；並且圖6例示了根據本發明第三實施方式的可調諧雷射器的示意性視圖。
具體實施例方式將給出實現本發明的最佳方式的說明。(第一實施方式)圖2例示了根據本發明第一實施方式的可調諧雷射器10和具有該可調諧雷射器 10的雷射設備100的示意性視圖。如圖2所示，雷射設備100包括可調諧雷射器10、溫度 控制裝置20、輸出檢測部30、波長檢測部40以及控制器50。可調諧雷射器10設置在溫度 控制裝置20上。下面，將給出各個部分的詳細說明。可調諧雷射器10具有CSG-DBR區域11、SG_DFB區域12和半導體光放大器(S0A Semiconductor Optical Amplifier)區域 13 依次耦合的結構。CSG-DBR區域11包括具有多個段的光波導，其中包括具有衍射光柵的第一區域和 耦合至第一區域並且作為間隔區域的第二區域。光波導由具有與雷射振蕩波導相比短的吸 收端波長的半導體晶體製成。在CSG-DBR區域11，第二區域各具有不同的長度。在CSG-DBR 區域11的表面上沿著光波導設置有加熱器14a至14c。CSG-DBR區域11僅在有限的波長 範圍內在波長特性中具有周期性波峰。SG-DFB區域12包括具有多個段的光波導，其中包括具有衍射光柵的第一區域和 耦合至第一區域並且作為間隔區域的第二區域。光波導由對於在期望波長處的雷射振蕩具 有增益的半導體晶體製成。在SG-DFB區域12中，第二區域各具有相同的波長。在SG-DFB 區域12上設置有電極15。SG-DFB區域12在波長特性中具有周期性波峰。在實施方式中， 在SG-DFB區域12中增益譜的波峰周期性地分布。CSG-DBR區域11和SG-DFB區域12在波長特性中具有周期彼此不同的波峰，並充 當波長選擇部。當CSG-DBR區域11和SG-DFB區域12的波長特性變化時，獲得遊標效應。 即，從波峰彼此交疊的波長中選擇強度最大的波長。SOA區域13包括由半導體晶體製成的、用於通過電流控制或電壓控制對光進行增 強或者吸收光的光波導。在SOA區域13上設置有電極16。CSG-DBR區域11、SG-DFB區域 12和SOA區域13的各個光波導彼此光連接。可調諧雷射器10設置在溫度控制裝置20上。用於測量溫度控制裝置20的溫度 的熱敏電阻(未示出)設置在溫度控制裝置20上。輸出檢測部30包括用於測量已經通過SOA區域13的雷射器輸出光的強度的接收
5元件。波長檢測部40包括用於測量雷射器輸出光強度的一個接收元件和用於測量已通過 標準具而包括波長特性的雷射器輸出光的另一個接收元件。在圖2中，波長檢測部40設置 於CSG-DBR區域11側，並且輸出檢測部30設置於SOA區域13側。然而，結構不限於上述 結構。例如，各檢測部可以相反地設置。控制器50包括控制部和電源。控制部包括CPU(中央處理單元)、RAM(隨機存儲 器)以及ROM (只讀存儲器)。控制器50的ROM存儲可調諧雷射器10的控制信息和控制程 序等。控制信息例如記錄在查找表51中。圖3示例了查找表51的示例。如圖3所示，查找表51包括關於各通道的初始設置值以及反饋控制目標值。初始 設置值包括SG-DFB區域12的初始電流值IlD、S0A區域13的初始電流值Isqa、加熱器14a至 14c的初始電流值Ialleate至IcHeatCT以及溫度控制裝置20的初始溫度Τω。反饋控制目標值 包括輸出檢測部30的反饋控制目標值Iml、波長檢測部40的反饋控制目標值Im3/Im2以及 加熱器14a至14c的電功率的反饋控制目標值Palfeato至PcHMtCT。反饋控制目標值Iml表示 輸出檢測部30的接收元件的目標值。反饋控制目標值Im3/Im2表示波長檢測部40的兩個 接收元件之比的目標值。下面將給出雷射設備100在啟動時的操作的說明。控制器50參考查找表51，並獲 得關於設定通道的初始電流值Iui、初始電流值Ism、初始值Ialfeato至Iclteato以及初始溫度 值 TLd °接著，控制器50控制溫度控制裝置20，使得溫度控制裝置20的溫度達到初始溫度 值Τω。從而，可調諧雷射器10的溫度被控制為在初始溫度值T111附近的恆定值。因此，控 制SG-DFB區域12中的光波導的等效折射率。接著，控制器50將初始電流值I111的電流提 供給電極15。然後，在SG-DFB區域12中的光波導產生光。因此，在SG-DFB區域12中產生 的光在SG-DFB區域12的光波導中被反覆反射並放大。這導致雷射振蕩。接著，控制器50分別向加熱器14a至14c提供初始電流值Ialfeato至Iclteato的電 流。因此，在CSG-DBR區域11中的光波導的等效折射率被控制成指定值。接著，控制器50 向電極16提供初始電流值Isqa的電流。通過該控制，可調諧雷射器10以設定通道的初始 波長發射雷射。控制器50通過反饋來控制提供給SOA區域13的電流或電壓，使得輸出檢測部30 的接收部件的檢測結果達到反饋控制目標值Iml。因此，雷射的強度被控制在預定的範圍 內。控制器50通過反饋來控制溫度控制裝置20的溫度，使得波長檢測部40的兩個接 收元件的檢測值之比達到反饋控制目標值Im3/Im2。因此，振蕩波長被控制在預定的範圍 內。控制器50通過反饋將提供給加熱器14a至14c的電功率控制為反饋控制目標值 P%eatCT至PcHeatCT。通過該操作，可調諧雷射器10以期望的波長振蕩。接著，將說明查找表51的初始電流值Ialteatw至Iclfeato的製作過程。與圖1類似， 圖4例示了關於CSG-DBR區域11的折射率變化的振蕩波長。在該實施方式中，利用加熱器 14a至14c的溫度，來控制CSG-DBR區域11的折射率。在該實施方式中，提供了三個加熱 器。圖4例示了各加熱器都具有相同溫度的情況。例如，圖4例示了當沒有電功率提供至加熱器14a至14c (當生成的熱是零時)時，選擇在區段「0」的波長λ 5作為可調諧雷射器10的振蕩波長的情況。在該情況下，在加熱 器溫度是最低的情況下的振蕩波長不是λ 1。通常地，初始設置值Ialleate至Iclleate被設置為使得選擇區段1的λ 1至λ 7作為 振蕩波長。然而，在該實施方式中，初始設置值Ialteate至Iclfeato被設置為使得從跨越相鄰 兩個區段的範圍內選擇振蕩波長。初始設置值Ialteate至Iclfeate被設置為使得例如從區段 0的λ 5到區段1的λ 4的波長範圍是波長選擇範圍。在該情況下，當利用λ 1作為振蕩波長時，加熱器的電功率消耗與選擇區段1作為 波長選擇範圍的情況是相同的。然而，當利用λ 5至λ 7作為振蕩波長時，因為利用了區段 0，所以加熱器14a至14c的電功率消耗可以減少。因此，與利用區段1的λ 1至λ 7的情 況相比，加熱器14a至14c的溫度可以降低。因此，加熱器14a至14c的電功率消耗可以減 少。即使從區段0和區段1的範圍內選擇振蕩波長或者即使利用區段1的λ 至λ7，可選 擇的振蕩波長也是相同的。當該實施方式的初始設置值Ialfeate至Iclfeato與各期望波長相 對應地預先存儲在查找表51中時，可以快速地得到所需要的設置值。當在提供給加熱器14a至14c的電功率變化並且CSG-DBR區域11的折射率變化 的條件下用波長儀以高精確度測量振蕩波長時，得到圖4的波長特性。優選地是在雷射設 備100的出貨測試中獲得波長特性。在該實施方式中，波長選擇範圍在區段0的λ5處被分開。然而，波長選擇範圍不 限於該情況。當在λ 5處的振蕩不穩定時，波長選擇範圍可以在相鄰的λ 6處被分開。在 此情況下，波長選擇範圍是從區段0的λ 6到區段1的λ 5。當區段1的λ 和λ 2不能使 用時，波長選擇範圍可以是從區段1的λ 3到區段2的λ 2。在此情況下，因為不是必須使 用區段2的λ3至λ 7，所以加熱器14a至14c的電功率消耗可以減小。以上說明是CSG-DBR區域11的折射率相等地變化的情況。然而，當加熱器是分別 地設置的時，可以分別控制在CSG-DBR區域11中與各個加熱器相對應的區域。在此情況下， 當加熱器的平均溫度保持恆定並且加熱器的溫度彼此不同時，可選波長從圖4例示的可選 波長向更長波長側或更短波長側移動。為了在可調諧雷射器10中產生寬的波長選擇範圍，當除了 CSG-DBR區域11的溫 度的整體變化之外，CSG-DBR區域11的溫度局部不同時，可選擇的波長移動。在此情況下， 當從跨越相鄰兩個區段的範圍內選擇振蕩波長時，加熱器的電功率消耗可以減小。在以上說明中，加熱器被用作CSG-DBR區域11的折射率控制部。然而，結構不限 於以上結構。例如，可以通過向CSG-DBR區域11注入電流變化折射率。在此情況下，當從 跨越相鄰兩個區段的範圍內選擇振蕩波長時，所注入的電流可以減小。在該實施方式中，SG-DFB區域12充當第一波長選擇部並且充當增益區域， CSG-DBR區域11充當第二波長選擇部，控制器50充當存儲部，並且可調諧雷射器10充當諧 振器。(第二實施方式)圖5例示了根據本發明第二實施方式的可調諧雷射器IOa的示意性視圖。可調諧 雷射器IOa是環形諧振器型的雷射器。如圖5所例示的，可調諧雷射器IOa具有彼此光耦 合的環形諧振器61、62和63，以及光耦合至環形諧振器61、62和63的SOA區域64。環形 諧振器61、環形諧振器62和環形諧振器63從SOA區域64側依次光耦合。AR(防反射)膜
766形成在環形諧振器61側的端面上。HR(高反射)膜67形成在環形諧振器63側的端面上。環形諧振器61是在波長特性中具有周期性波峰的諧振器，並且充當在反射譜中 以給定的波長間隔周期性地具有波峰的濾波器。環形諧振器61具有與根據第一實施方式 的可調諧雷射器10的SG-DFB區域12相同的波長特性，並且確定可調諧雷射器IOa的振蕩 波長。環形諧振器62和63是在波長特性中具有周期性波峰的諧振器，並且充當在反射 譜中以給定的波長間隔周期性地具有波峰的濾波器。環形諧振器62和63都具有與環形諧 振器61不同的直徑。環形諧振器62具有與環形諧振器63不同的直徑。環形諧振器62和 63僅在有限的波長範圍內在反射譜中產生周期性波峰。因此，環形諧振器62和63具有與 可調諧激 光器IOa的CSG-DBR區域11相同的波長特性。環形諧振器62和63分別在其環上或環下具有加熱器(未示出)。各加熱器控制 環形諧振器62和63的折射率。因此，當控制各加熱器的溫度時，可以控制可調諧雷射器 IOa的振蕩波長。可調諧雷射器IOa通過使環形諧振器61的反射譜波峰與環形諧振器62和63的 反射譜波峰交疊來產生遊標效應。從而，選擇振蕩波長。SOA區域64是向諧振器提供增益 的半導體光放大器。在根據本實施方式的可調諧雷射器IOa中也出現圖4中例示的波長特性。因此， 可以通過從跨越兩個相鄰區段的範圍內選擇振蕩波長來抑制加熱器的電功率消耗。在該實施方式中，環形諧振器61充當第一波長選擇部，環形諧振器62和63充當 第二波長選擇部，並且可調諧雷射器IOa充當諧振器。(第三實施方式)圖6例示了根據本發明第三實施方式的可調諧雷射器的示意性視圖。可調諧雷射 器IOb具有CSG-DBR區域11、PS (相移)區域71、增益區域17以及SG-DBR(取樣光柵反射 鏡)區域72依次耦合的結構。電極73設置在PS區域71上。PS區域71是用於控制縱模 的相移部。PS區域71是用於基於提供給電極73的電信號來控制縱模的相移部。SG-DBR區 域72包括具有多個段的光波導，其中包括具有衍射光柵的第一區域和耦合至第一區域並 且作為間隔區域的第二區域。光波導由具有比雷射振蕩波長短的吸收端波長的半導體晶體 製成。在SG-DBR區域72中，各第二區域具有相同的長度。SG-DBR區域72在波長特性中具 有周期性波峰並且在反射譜中具有周期性波峰。在該實施方式中，增益區域17、PS區域71以及SG-DBR區域72與圖2中的SG-DFB 區域12相對應。CSG-DBR區域11和SG-DBR區域72以不同的周期在波長特性中具有波峰 並充當波長選擇部。當CSG-DBR區域11和SG-DBR區域72的波長特性變化時，獲得遊標效 應。即，從波峰彼此交疊的波長選擇具有最大強度的波長。在可調諧雷射器IOb中，出現圖4中例示的波長特性。因此，通過從跨越兩個相鄰 區段的範圍內選擇振蕩波長，可以抑制加熱器14a至14c的電功率消耗。在該實施方式中，增益區域17充當增益部，SG-DBR區域72充當第一波長選擇部， 並且可調諧雷射器IOb充當諧振器。
權利要求
一種雷射設備，其特徵在於包括諧振器，其具有增益區域、第一波長選擇部和第二波長選擇部，所述第一波長選擇部在波長特性中具有周期性波峰，所述第二波長選擇部在比振蕩波長的可變範圍小的波長範圍中、以與所述第一波長選擇部不同的周期在波長特性中具有周期性波峰，並且所述第二波長選擇部的波峰波長根據折射率變化而移動，該諧振器在同一波長範圍內具有多個區段，在該多個區段中，利用所述第二波長選擇部的一個方向的折射率變化所選擇的所述振蕩波長在一個方向上變化；存儲部，其存儲從跨越所述多個區段中的兩個相鄰區段的範圍選擇的值作為用於選擇振蕩波長的所述第二波長選擇部的折射率的設置值；以及控制器，其向所述諧振器提供所述存儲部中存儲的所述設置值。
2.根據權利要求1所述的雷射設備，其特徵在於，所述存儲部存儲在如下範圍內選擇 的值，該範圍的起點是在所述第二波長選擇部的折射率未變化的條件下選擇的振蕩波長， 終點是相鄰區段中的等於該振蕩波長的波長。
3.根據權利要求1所述的雷射設備，其特徵在於，所述存儲部存儲在如下範圍內選擇 的值，該範圍的起點是與在所述第二波長選擇部的折射率未變化的條件下選擇的振蕩波長 相鄰的振蕩波長，終點是相鄰區段中的等於該振蕩波長的波長。
4.根據權利要求1所述的雷射設備，其特徵在於，所述第二波長選擇部的折射率的設 置值是所述第二波長選擇部的溫度或者是提供給所述第二波長選擇部的電流。
5.根據權利要求1至4中任意一項所述的雷射設備，其特徵在於，所述存儲部針對每個 期望波長存儲所述第二波長選擇部的折射率的設置值。
6.一種雷射設備的雷射設備控制數據，所述雷射設備具有增益區域、第一波長選擇部 和第二波長選擇部，所述第一波長選擇部在波長特性中具有周期性波峰，所述第二波長選 擇部在比振蕩波長的可變範圍小的波長範圍中、以與所述第一波長選擇部不同的周期在波 長特性中具有周期性波峰，並且所述第二波長選擇部的波峰波長根據折射率變化而移動， 該雷射設備控制數據在同一波長範圍內具有多個區段，在該多個區段中，利用所述第二波 長選擇部的一個方向的折射率變化所選擇的所述振蕩波長在一個方向上變化，其特徵在於，所述雷射設備控制數據包括與所要獲得的振蕩波長相對應的、用於確定 所述第二波長選擇部的折射率的設置值，其中所述折射率的最大值到最小值的範圍跨越所 述多個區段。
7.根據權利要求6所述的雷射設備控制數據，其特徵在於，所述第二波長選擇部的折 射率的設置值是所述第二波長選擇部的溫度或者是提供給所述第二波長選擇部的電流。
全文摘要
一種雷射設備包括增益單元；在波長特性中具有周期性波峰的第一波長選擇部；以及第二波長選擇部，所述第二波長選擇部在被限制於比振蕩波長的可變帶域窄的波長範圍中、在波長特性中具有周期與所述第一波長選擇部的不同的波峰，並通過折射率變化而移動波峰波長。雷射設備還包括具有多個區段的諧振器，其中在相同的波長範圍內通過所述第二波長選擇部的單向折射率變化所選擇的所述振蕩波長在一個方向上變化；存儲部，其含有從跨越多個區段中的兩個相鄰區段的範圍選擇的值作為用於選擇振蕩波長的第二波長選擇部的折射率的設置值；以及控制器，其向所述控制器提供給所述存儲部中存儲的所述設置值。
文檔編號H01S5/125GK101971445SQ20098010426
公開日2011年2月9日 申請日期2009年2月3日 優先權日2008年2月5日
發明者田中宏和, 町田豊稔, 石川務 申請人:住友電工光電子器件創新株式會社