(57)【要約】【課題】モードホッピングを生じることなく、連続的に選択波長を変更すること。【解決手段】第１〜第４反射器１２１〜１２４と第１〜第４光路１４１〜１４４と光路選択手段１６と光反射手段１８とを備えていて、第１〜第４反射器のそれぞれは、第ｉ反射器からの第ｉ反射光と、第ｉ＋１反射器からの第ｉ＋１反射光の波長帯域が互いに重なり合うように、反射光の中心波長が変化しており、第１〜第４光路のそれぞれは、第ｉ反射器の第ｉ反射光の中心波長に対応して、一定の縦モード次数を保つような光路長に定められており、光路選択手段は、光反射手段から反射された光の分配比を第ｉ光路及び第ｉ＋１光路の間で連続的に変化させるように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続的に選択波長を変更することができる光共振器であって、
第１〜第ｎ反射器（ｎは２以上の整数）と、該第１〜第ｎ反射器のそれぞれに接続された第１〜第ｎ光路と、該第１〜第ｎ光路が接続された光路選択手段と、該光路選択手段が接続された光反射手段とを備えていて、
前記第１〜第ｎ反射器のそれぞれは、第ｉ反射器からの第ｉ反射光（ｉは１≦ｉ≦ｎ−１の整数）と、第ｉ＋１反射器からの第ｉ＋１反射光の波長帯域が互いに重なり合うように、反射光の中心波長が変化しており、
前記第１〜第ｎ光路のそれぞれは、第ｇ反射器の第ｇ反射光（ただし、ｇは１≦ｇ≦ｎの整数）の中心波長に対応して、一定の縦モード次数を保つような光路長に定められており、
前記光路選択手段は、前記光反射手段から反射された光の分配比を第ｉ光路及び第ｉ＋１光路の間で連続的に変化させるように構成されており、
前記光反射手段と前記第１〜第ｎ反射器との間を、前記光路選択手段及び前記第１〜第ｎ光路を介して光を往復させることを特徴とする光共振器。
【請求項２】
前記ｎが、２ｊ（ｊは１以上の整数）で与えられる整数であり、前記光路選択手段を１個の入力光導波路と２個の出力光導波路とを備えたＹ分岐光導波路を利用した２ｊ−１個の光スイッチが、ｊ段にわたってツリー状に接続された構成とすることを特徴とする請求項１に記載の光共振器。
【請求項３】
前記光路選択手段を、光偏向器と、該光偏向器と前記第１〜第ｎ光路との間に介在されていて、当該第１〜第ｎ光路が接続された平面型光導波路とを備えた構成とすることを特徴とする請求項１に記載の光共振器。
【請求項４】
前記第１〜第ｎ反射器、前記第１〜第ｎ光路及び前記光路選択手段が、それぞれＳｉをコアとし、かつ、クラッドをＳｉＯ２とする光導波路を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光共振器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の光共振器を用いた波長可変レーザであって、前記光反射手段と前記光路選択手段との間に光増幅器を備えることを特徴とする波長可変レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モードホッピングを生じることなく、電気的な制御により、連続的に選択波長を変更することができる光共振器及び波長可変レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
光波長多重通信システムにおいては、種々の波長の光を発生させる波長可変レーザが多く使用されている。これは、１個の素子で複数の波長に対応することが可能だからである。
【０００３】
この波長可変レーザに関しては従来から種々の構造のものが提案されている（例えば、特許文献１〜９、及び非特許文献１参照。）。
【０００４】
これらの文献に記載された波長可変レーザに共通した特徴点は、半導体光増幅器と、波長可変フィルタとを光共振器の中に組み込んだことである。
【０００５】
近年、波長可変レーザには、（１）小型であること、（２）部品点数が少ないこと、（３）光軸合わせが容易であることなどの特徴が要求され始めている。
【０００６】
このような観点から、非特許文献１に開示されたような光導波路構造を用いた波長可変レーザが注目されている。
【特許文献１】特開平１０−２６１８３７号公報
【特許文献２】特開２０００−２６１０８６号公報
【特許文献３】特開２０００−２２３７４４号公報
【特許文献４】特開２００５−３２７８８１号公報
【特許文献５】特開２００２−６３５２号公報
【特許文献６】特開２００４−７１８０９号公報
【特許文献７】特開２００６−１９６５５４号公報
【特許文献８】特開２００７−１１５９００号公報
【特許文献９】特開２００７−２３４７８６号公報
【非特許文献１】Ｍ．Ｔａｋａｈａｓｈｉ，ｅｔ．ａｌ．，“Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｌａｓｅｒｓ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｓｉｌｉｃａ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｒｉｎｇ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ”，ＯＦＣ２００８論文予稿集ＯＷＪ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献１に開示された波長可変レーザは、自由周波数間隔の異なるリング共振器を使用して、波長透過ピークのバーニア効果によって波長を調整することを可能としている。さらに、基準波長を与えるためのリング共振器を組み込み、これとバーニア効果とを利用することにより、僅かな屈折率変化で選択される光の波長帯域を約５０ｎｍという広い範囲で変更することが可能である。また、この波長可変レーザは、屈折率差の大きな材料で作成されており、その結果光導波路の曲率を小さくし、約５ｍｍ角のサイズに収めることを可能としている。
【０００８】
しかし、非特許文献１に開示された波長可変レーザ、及び上述した特許文献１〜９に開示された波長可変レーザは、共振器長が固定されていたために、選択波長の調整を行うとモードホッピングが生じてしまうという問題点があった。その結果、同一の縦モードで発振を行うことが困難であった。
【０００９】
この発明は上述したような問題に鑑みなされたものである。従って、この発明の目的は、モードホッピングを生じることなく、連続的に選択波長を変更することができる光共振器及び波長可変レーザを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した目的の達成を図るために、この発明の光共振器は、連続的に選択波長を変更することができる光共振器であって、第１〜第ｎ反射器（ｎは２以上の整数）と、第１〜第ｎ反射器のそれぞれに接続された第１〜第ｎ光路と、第１〜第ｎ光路が接続された光路選択手段と、光路選択手段が接続された光反射手段とを備えている。
【００１１】
第１〜第ｎ反射器のそれぞれは、第ｉ反射器からの第ｉ反射光（ｉは１≦ｉ≦ｎ−１の整数）と、第ｉ＋１反射器からの第ｉ＋１反射光の波長帯域が互いに重なり合うように、反射光の中心波長が変化している。
【００１２】
また、第１〜第ｎ光路のそれぞれは、第ｇ反射器の第ｇ反射光（ただし、ｇは１≦ｇ≦ｎの整数）の中心波長に対応して、一定の縦モード次数を保つような光路長に定められている。
【００１３】
さらにまた、光路選択手段は、光反射手段から反射された光の分配比を第ｉ光路及び第ｉ＋１光路の間で連続的に変化させるように構成されている。
【００１４】
そして、光反射手段と第１〜第ｎ反射器との間を、光路選択手段及び第１〜第ｎ光路を介して光を往復させる。
【００１５】
この発明の実施の形態の光共振器によれば、好ましくは、ｎが、２ｊ（ｊは１以上の整数）で与えられる整数とし、光路選択手段を、１個の入力光導波路と２個の出力光導波路とを備えたＹ分岐光導波路を利用した２ｊ−１個の光スイッチが、ｊ段にわたってツリー状に接続された構成とするのがよい。
【００１６】
また、この発明の他の実施の形態の光共振器によれば、光路選択手段を、光偏向器と、光偏向器と第１〜第ｎ光路との間に介在されていて、第１〜第ｎ光路が接続された平面型光導波路とを備えた構成とするのが好ましい。
【００１７】
さらにまた、この発明の光共振器の好ましい実施の形態によれば、第１〜第ｎ反射器、第１〜第ｎ光路及び光路選択手段が、それぞれシリコンをコアとし、かつ、クラッドをＳｉＯ２とする光導波路を備えることが好ましい。
【００１８】
この発明の波長可変レーザは、光反射手段と光路選択手段との間に光増幅器を備える。
【発明の効果】
【００１９】
この発明の光共振器及び波長可変レーザによれば、モードホッピングを生じることなく、連続的に選択波長を変更することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図は、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係について、この発明が理解できる程度に概略的に示してある。また、以下、この発明の好適な構成例について説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は、以下の実施の形態に何ら限定されない。また、各図において、共通する構成要素には同符号を付し、その説明を省略することもある。
【００２１】
（実施の形態１）
図１〜図５を参照して、実施の形態１の光共振器について説明する。図１は、光共振器の構成を概略的に示す斜視図である。
【００２２】
この発明の実施の形態の光共振器は、連続的に選択波長を変更することが可能な構成としてあり、ｎ個（ただしｎ＝２ｊ（ｊは１以上の整数））の反射器と、ｎ個の光路と、光路選択手段と、光反射手段とを備えている。以下、説明する構成例では、ｎ＝４とした場合について説明する。
【００２３】
（構造）
光共振器１０は、第１〜第４反射器としての第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４と、第１〜第４光路１４１〜１４４と、光路選択手段１６と、光反射手段としての反射膜１８とを備えている。さらに、この構成例では、光共振器１０は、必ずしも必要ではないが、半導体光増幅器２０を光増幅器として備えている。なお、光路選択手段１６、第１〜第４光路１４１〜１４４及び第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４は、後述するようにクラッドとしてのＳｉＯ２膜２４に埋め込まれて延在しているが、図１においては、これらの構成要素を強調して示すために、実線で描いてある。
【００２４】
ここで、これらの構成要素は、共通の基板２２上に集積されている。より詳細には、半導体増幅器２０及びこの半導体増幅器２０の入出力端面上に設けられた反射膜１８は、基板２２の第１主面２２ａ上に配置されており、及び光路選択手段１６、第１〜第４光路１４１〜１４４及び第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４は、基板２２の第１主面２２ａ上に設けられたＳｉＯ２膜２４に埋め込まれている。そして、これらの構成要素は、反射膜１８→半導体光増幅器２０→光路選択手段１６→第１〜第４光路１４１〜１４４→第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４の順に光結合可能に接続されている。
【００２５】
そして、光共振器１０は、反射膜１８と第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４との間を、光路選択手段１６及び第１〜第４光路１４１〜１４４を介して光を往復、すなわち多重反射させて増幅して、反射膜１８から出射させる。
【００２６】
以下、光共振器１０を構成する個々の構成要素について順に説明する。
【００２７】
基板２２は、好ましくは、例えば矩形状の平行平板とする。基板２２を構成する材料は、好ましくは例えば、Ｓｉとする。
【００２８】
反射膜１８は、従来公知の誘電体多層膜から形成されており、入射した光を９０％以上の反射率で反射する機能を有している。反射膜としては、好ましくは、例えば、ＳｉＮ／ＳｉＯ２の積層構造を多層にわたって積層した膜を使用する。反射膜１８は、半導体光増幅器２０の、光を出射する一方の端面に配置されている。
【００２９】
半導体光増幅器２０は、従来公知の半導体レーザ光源であり、図示しない、光が出射される活性層を導電型がｐ型のクラッド層と、導電型がｎ型のクラッド層とで挟み込んだ構造を有している。なお、この実施の形態においては、活性層との材料は、好ましくは、例えば波長１．５５μｍ付近の光を発生する、ＩｎＧａＡｓＰとする。
【００３０】
半導体光増幅器２０は、基板２２の第１主面２２ａ上に載置されている。上述したように、半導体光増幅器２０の一方の端面には反射膜１８が配置されている。半導体増幅器２０の、光を出射する他方の端面は、光路選択手段１６の光スイッチ１６１の入力光導波路１６１ＩＮと光結合可能に対向して配置されている。
【００３１】
ＳｉＯ２膜２４は、基板２２の第１主面２２ａ上に積層されている。ＳｉＯ２膜２４は、基板２２よりも小サイズの矩形状の平行平板である。
【００３２】
詳しくは後述するが、ＳｉＯ２膜２４の膜内には、光路選択手段１６、第１〜第４光路１４１〜１４４及び第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４が作り込まれており、ＳｉＯ２膜２４は、これらの光を伝播し反射する構成要素に対するクラッドとして機能する。
【００３３】
光路選択手段１６は、１個の入力光導波路と２個の出力光導波路とを備えたＹ分岐光導波路を利用した３個の光スイッチ１６１，１６２及び１６３を、２段にわたってツリー状に接続した構造を有している。
【００３４】
より詳細には、光スイッチ１６１は、入力光導波路１６１ＩＮと２本の出力光導波路１６１ＯＵＴ１及び１６１ＯＵＴ２とからなるＹ分岐光導波路の分岐点に電極１６１ａを設けた構造である。
【００３５】
光スイッチ１６１の入力光導波路１６１ＩＮは、上述したように、半導体光増幅器２０の光を出射する端面に光結合可能に対向配置されている。そして、出力光導波路１６１ＯＵＴ１は、光スイッチ１６２の入力光導波路１６２ＩＮに接続されている。また、出力光導波路１６１ＯＵＴ２は、光スイッチ１６３の入力光導波路１６３ＩＮに接続されている。
【００３６】
光スイッチ１６２及び１６３の構造も、基本的には光スイッチ１６１と同様である。
【００３７】
すなわち、光スイッチ１６２は、入力光導波路１６２ＩＮと２本の出力光導波路１６２ＯＵＴ１及び１６２ＯＵＴ２とからなるＹ分岐光導波路の分岐点に電極１６２ａを設けた構造である。光スイッチ１６２の出力光導波路１６２ＯＵＴ１は、第１光路１４１に接続されている。出力光導波路１６２ＯＵＴ２は、第２光路１４２に接続されている。
【００３８】
同様に、光スイッチ１６３は、入力光導波路１６３ＩＮと２本の出力光導波路１６３ＯＵＴ１及び１６３ＯＵＴ２とからなるＹ分岐光導波路の分岐点に電極１６３ａを設けた構造である。光スイッチ１６３の出力光導波路１６３ＯＵＴ１は、第３光路１４３に接続されている。出力光導波路１６３ＯＵＴ２は、第４光路１４４に接続されている。
【００３９】
ここで、図２を参照して、光スイッチ１６１〜１６３の機能について簡単に説明する。なお、図２では、光スイッチ１６２を例に取って説明するが、光スイッチ１６１及び１６３も同様である。
【００４０】
光スイッチ１６２は、反射膜１８から反射された光の分配比を第１光路１４１及び第２光路１４２の間で連続的に変化させるように構成されている。
【００４１】
より詳細には、光スイッチ１６２は、電極１６２ａに印加する電圧により、分岐点における光導波路の屈折率を連続的に変化させることが可能である。その結果、入力光導波路１６２ＩＮを伝播してきた光を、分岐点の屈折率に応じて第１光路１４１と第２光路１４２との間で任意の分配率で分配することが可能である。
【００４２】
再び、図１に戻って、光路選択手段１６の説明を行う。
【００４３】
光スイッチ１６１〜１６３を構成するＹ分岐光導波路は、それぞれ、好ましくは、例えばＳｉを材料として形成されており、クラッドとしてのＳｉＯ２膜２４中に埋め込まれている。
【００４４】
また、光スイッチ１６１〜１６３に設けられる電極１６１ａ〜１６３ａは、ＮｉＣｒを材料として形成されていて、Ｙ分岐光導波路の分岐点上に配置されている。ＮｉＣｒは、電圧を印加することにより発熱するヒータとして機能し、熱光学効果により、分岐点における光導波路の屈折率を連続的に変化させる。
【００４５】
光路選択手段１６は上述のように構成されているので、反射膜１８から反射され、入力光導波路１６１ＩＮに入力された光の分配比を、（１）出力光導波路１６２ＯＵＴ１及び１６２ＯＵＴ２（第１及び第２光路１４１及び１４２）、（２）出力光導波路１６２ＯＵＴ２及び１６３ＯＵＴ１（第２及び第３光路１４２及び１４３）、及び（３）出力光導波路１６３ＯＵＴ１及び１６３ＯＵＴ２（第３及び第４光路１４３及び１４４）の間で連続的に変化させることができる。
【００４６】
第１〜第４光路１４１〜１４４は、光路長Ｌ１〜Ｌ４が異なる従来公知の光導波路である。光路長Ｌ１〜Ｌ４の間には、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ４という関係が成り立っている。第１〜第４光路１４１〜１４４のそれぞれは、第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４の反射光の中心波長に対応して、一定の縦モード次数を保つような光路長Ｌ１〜Ｌ４に定められている。
【００４７】
より詳細には、第１光路１４１は、光スイッチ１６２の出力光導波路１６２ＯＵＴ１に接続されていて、Ｌ１の光路長を有している。第２光路１４２は、光スイッチ１６２の出力光導波路１６２ＯＵＴ２に接続されていて、Ｌ２の光路長を有している。第３光路１４３は、光スイッチ１６３の出力光導波路１６３ＯＵＴ１に接続されていて、Ｌ３の光路長を有している。第４光路１４４は、光スイッチ１６３の出力光導波路１６３ＯＵＴ２に接続されていて、Ｌ４の光路長を有している。
【００４８】
ここで、光路長Ｌ１〜Ｌ４は、反射光の中心波長が異なる第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４から反射される反射光の縦モード次数が等しくなるように、つまり、モードホッピングが生じないように設定されている。換言すれば、第ｍ光路（ｍは１≦ｍ≦４の整数）は、第ｍ反射器の第ｍ反射光の中心波長に対応して、一定の縦モード次数を保つような光路長に定められているということができる。なお、光路長Ｌ１〜Ｌ４の間の関係の詳細については、（第１〜第４光路１４１〜１４４の設計条件）の項で後述する。
【００４９】
第１〜第４光路１４１〜１４４のそれぞれは、好ましくは、例えばＳｉを材料として形成されており、クラッドとしてのＳｉＯ２膜２４中に埋め込まれている。
【００５０】
第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４は、光導波路の側面に周期的に格子溝を彫り込んで形成したレリーフ型のグレーティングを利用した従来公知の波長フィルタである。
【００５１】
第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４のそれぞれは、第ｍブラッグ反射器からの第ｍ反射光（ｍは１≦ｍ≦３の整数）と、第ｍ＋１ブラッグ反射器からの第ｍ＋１反射光の波長帯域が互いに重なり合うように、反射光の中心波長が変化している。
【００５２】
以下、図３を参照して、この点を詳述する。図３は、第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４の反射特性を概略的に示す図である。図３において、縦軸は反射光の強度（任意単位）を示し、及び横軸は反射光の波数（任意単位）を示す。
【００５３】
なお、図３は、第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４に対して、等しい強度の白色光を入射させた場合の反射光の特性を示したものである。
【００５４】
以降、第１ブラッグ反射器１２１からの反射光を、第１反射光Ｂ１と称し、その中心波数をｋ１とし、及び反射の波長帯域をＡ１とする。第２ブラッグ反射器１２２からの反射光を、第２反射光Ｂ２と称し、その中心波数をｋ２とし、及び反射の波長帯域をＡ２とする。第３ブラッグ反射器１２３からの反射光を、第３反射光Ｂ３と称し、その中心波数をｋ３とし、及び反射の波長帯域をＡ３とする。第４ブラッグ反射器１２４からの反射光を、第４反射光Ｂ４と称し、その中心波数をｋ４とし、及び反射の波長帯域をＡ４とする。
【００５５】
このとき、第１〜第４反射光Ｂ１〜Ｂ４のピーク強度Ｍａｘは、全て等しいとする。つまり、第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４の反射効率は等しくなるように形成されている。また、第１〜第４反射光Ｂ１〜Ｂ４の中心波数ｋ１〜ｋ４の間の波数間隔Δｋは、等しいとする。つまり、ｋ２−ｋ１＝ｋ３−ｋ２＝ｋ４−ｋ３＝Δｋとする。
【００５６】
図３から明らかなように、第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４は、中心波数ｋ１〜ｋ４が等しい波数間隔Δｋで、ｋ１＞ｋ２＞ｋ３＞ｋ４となるように設計されている。
【００５７】
ここで、上述したｍの値が１である場合、つまり、第１反射光Ｂ１と第２反射光Ｂ２との関係に注目する。
【００５８】
図３から明らかなように、第１反射光Ｂ１の波長帯域Ａ１と第２反射光Ｂ２の波長帯域Ａ２とは互いに重なり合っていることが分かる。より詳細には、波長帯域Ａ１とＡ２とは、第１及び第２反射光Ｂ１及びＢ２の光強度の半値（Ｍａｘ／２）以上が一致するように、互いに重複している。
【００５９】
この関係は、図３から明らかなように、（１）ｍ＝２の場合、つまり、第２反射光Ｂ２と第３反射光Ｂ３との間の関係、及び、（２）ｍ＝３の場合、つまり、第３反射光Ｂ３と第４反射光Ｂ４との間の関係においても同様に成り立っている。
【００６０】
つまり、第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４は、第ｍ反射光と第ｍ＋１反射光の波長帯域が、光強度の半値以上同士で互いに重なり合うような中心波長と波長帯域とを有するように、形成されている。
【００６１】
第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４において、中心波長と波長帯域との調整は、グレーティングの構造を変化させることで行われる。
【００６２】
より具体的には、反射光の中心波長は、第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４に設けるグレーティングの格子溝の周期で調整する。なお、中心波長ｋとグレーティングの格子溝の周期との関係は、格子溝の周期をｄとするときに、ｄ＝Ｋ／ｋ（Ｋは回折次数）で与えられる。
【００６３】
また、反射光の反射帯域は、第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４に設けるグレーティングの光伝播方向に沿った全長と、格子溝の深さとによって調整する。より詳細には、グレーティングの全長を長くし、かつ、格子溝の深さを浅くするほど、波長帯域を狭くすることができる。
【００６４】
第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４は、既に説明したように、光導波路に格子溝を作成したものであるので、その材質は、好ましくは、例えば第１〜第４光路１４１〜１４４と同様のＳｉとする。そして、第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４は、第１〜第４光路１４１〜１４４と同様にクラッドとしてのＳｉＯ２膜２４に埋め込まれている。
【００６５】
（動作）
次に、図１及び図４を参照して、光共振器１０の動作について説明する。
【００６６】
まず、光共振器１０の動作の概略を説明する。
【００６７】
半導体光増幅器２０から放射された光は、光路選択手段１６→第１〜第４光路１４１〜１４４→第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４の順に伝播し、第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４で反射され、上述した経路を逆に辿って、反射膜１８で反射される。そして、反射膜１８で反射された光は、再び、上述した経路を伝播し、第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４で反射される。
【００６８】
つまり、半導体光増幅器２０から放射された光は、反射膜１８と第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４との間で共振し、光強度が所定値を越えると、反射膜１８を透過して外部に出力される。
【００６９】
次に、光共振器１０の動作について、詳細に説明する。
【００７０】
まず、半導体光増幅器２０から放射された光が、光スイッチ１６１により、１００％の分配比で出力光導波路１６１ＯＵＴ１に出力されたと仮定する。
【００７１】
さらに、この光が、光スイッチ１６２により、出力光導波路１６２ＯＵＴ１と１６２ＯＵＴ２、従って第１及び第２ブラッグ反射器１２１及び１２２とに５０％ずつの分配比で分配されたとする。
【００７２】
このときの第１及び第２ブラッグ反射器１２１及び１２２からの第１及び第２反射光Ｂ１及びＢ２を光スイッチ１６１の位置において観測すると、図４に示したような強度及び波数分布を有することとなる。なお、図４の縦軸は光強度（任意単位）であり、及び横軸は波数（任意単位）を示している。
【００７３】
図４を参照してさらに詳細に説明する。既に説明したように、第１ブラッグ反射器１２１からは、中心波数がｋ１で波長帯域がＡ１の第１反射光Ｂ１が反射される。一方、第２ブラッグ反射器１２２からは、中心波数がｋ２で波長帯域がＡ２の第２反射光Ｂ２が反射される。
【００７４】
よって、光スイッチ１６１では、第１反射光Ｂ１と第２反射光Ｂ２とを足し合わせた合成反射光Ｂａｄｄが観測される。ところで、第１及び第２反射光Ｂ１及びＢ２は、波長帯域Ａ１及びＡ２が、第１及び第２反射光Ｂ１及びＢ２の光強度の半値（Ｍａｘ／２）以上が一致するように、互いにオーバーラップしている。その結果、光スイッチ１６１の位置で観測される合成反射光Ｂａｄｄの中心波数は、第１反射光Ｂ１の中心波数ｋ１と、第２反射光Ｂ２の中心波数ｋ２との平均の波数ｋ０（＝（ｋ１＋ｋ２）／２）となる。
【００７５】
さらに、合成反射光Ｂａｄｄの有する光路長について数式を用いて説明する。より詳細には、光路長を表わす指標として、光路長の変化に従って変化する合成反射光Ｂａｄｄの位相について考える。
【００７６】
光スイッチ１６２における第１及び第２ブラッグ反射器１２１及び１２２に対する光の分配比をＡ：Ｂとする（ただしＡ＋Ｂ＝１）。また、図４に示した第１及び第２反射光Ｂ１及びＢ２の半値幅をＤとする。
【００７７】
このとき、光スイッチ１６１の位置で観測される合成反射光Ｂａｄｄは、下記式（１）のように表現できる。
Ａｅｘｐ｛−（ｋ−ｋ０＋Δｋ／２）２／Ｄ２｝ｅｘｐ（ｊｋＬ１）＋Ｂｅｘｐ｛−（ｋ−ｋ０＋Δｋ／２）２／Ｄ２｝ｅｘｐ（ｊｋＬ２）・・・（１）
式（１）において、Ｌ１＝Ｌｔａ−ΔＬ／２であり、Ｌ２＝Ｌｔａ＋ΔＬ／２である。なお、Ｌ１は、第１ブラッグ反射器１２１→第１光路１４１→光スイッチ１６２→光スイッチ１６１の経路の光路長を示す。また、Ｌ２は、第２ブラッグ反射器１２２→第２光路１４２→光スイッチ１６２→光スイッチ１６１の経路の光路長を示す。また、Ｌｔａは、（Ｌ１＋Ｌ２）／２を示す。さらにΔＬは、Ｌ２−Ｌ１を示す。
【００７８】
ここで、（１）式から、合成反射光Ｂａｄｄの位相部分φのみを取り出すと、φは、下記式（２）で表わされる。
【００７９】
φ＝ｔａｎ−１［ｔａｎ（ｋΔＬ／２）×｛−Ａｅｘｐ（−Δｋ（ｋ−ｋ０）／Ｄ２）＋Ｂｅｘｐ（Δｋ（ｋ−ｋ０）／Ｄ２）｝／｛Ａｅｘｐ（−Δｋ（ｋ−ｋ０）／Ｄ２）＋Ｂｅｘｐ（Δｋ（ｋ−ｋ０）／Ｄ２）｝・・・（２）
（２）式に基づいて、第１及び第２ブラッグ反射器１２１及び１２２に対する光の分配比Ａ及びＢを変化させたときの、合成反射光Ｂａｄｄの位相と波数の変化について、図５に示す。図５は、縦軸が位相φ（任意単位）を示し、横軸が波数（μｍ−１）を示す。
【００８０】
なお、図５を求めるに当たっては、ｋ０を、波長１．５５μｍの光に対応する値に設定した。また、第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４、第１〜第４光路１４１〜１４４、及び光スイッチ１６１，１６２の屈折率を、Ｓｉの屈折率に対応する３に設定した。さらに、Ｌ１＝１．０３μｍと設定した。さらにまた、ΔＬ＝３ｎｍと設定した。
【００８１】
また、図５中に示された９点における分配比は、横軸左から、（１）Ａ：Ｂ＝０：１、（２）Ａ：Ｂ＝０．１２５：０．８７５、（３）Ａ：Ｂ＝０．２５：０．７５、（４）Ａ：Ｂ＝０．３７５：０．６２５、（５）Ａ：Ｂ＝０．５：０．５、（６）Ａ：Ｂ＝０．６２５：０．３７５、（７）Ａ：Ｂ＝０．７５：０．２５、（８）Ａ：Ｂ＝０．８７５：０．１２５、及び（９）Ａ：Ｂ＝１：０である。
【００８２】
図５を参照すると、分配比をＡ：Ｂ＝０：１〜Ａ：Ｂ＝１：０の間で変化させると、波数と、位相、すなわち光路長とが１対１で対応していることがわかる。また、波数と位相との間の曲線は、右上がりの単調増加の傾向を示していることがわかる。ところで、横軸の波数は、従来公知のように、値が大きくなるほど対応する波長が短くなる。同様に、縦軸の波数も、従来公知のように、値が大きくなるほど対応する光路長が短くなる。
【００８３】
これらのことより、図５は、（１）分配比Ａ：Ｂが所定の比率に定まれば、合成反射光Ｂａｄｄの波数と光路長とが一義に定まること、及び（２）合成反射光Ｂａｄｄの光路長は、波長が短くなるほど短くなることを示している。
【００８４】
つまり、合成反射光Ｂａｄｄは、異なる中心波数と、異なる光路長（位相）とを有する第１及び第２反射光Ｂ１及びＢ２を足し合わせたものであるにも関わらず、分配比Ａ：Ｂに応じて、第１及び第２反射光Ｂ１及びＢ２の間の単一の波数及び単一の光路長とを有することがわかる。また、詳しくは後述するが、合成反射光Ｂａｄｄの波数と光路長とは、モードホッピングが生じないように縦モード次数が一定となるように設定されている。
【００８５】
このようにして、光路選択手段１６により定められた光路（第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４及び第１〜第４光路１４１〜１４４）を経て得られた、特定の波数と特定の光路長を有する合成反射光Ｂａｄｄは、反射膜１８との間を往復する。そして、往復のたびに、半導体光増幅器２０により光強度が増幅され、やがて、反射膜１８を透過して外部に出力される。
【００８６】
（第１〜第４光路１４１〜１４４の設計条件）
第１〜第４光路１４１〜１４４のそれぞれの光路長Ｌ１〜Ｌ４は、第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４の反射の中心波数ｋ１〜ｋ４に応じて、縦モード次数が一定になるように定められている。
【００８７】
次に、この点を中心に、光路長Ｌ１〜Ｌ４の設計条件について説明する。
【００８８】
今、光共振器１０が採れる種々の光路の中で、最小の光路長をＬｔ０とする。これは、光が、反射膜１８と第１ブラッグ反射器１２１との間を、第１光路１４１を介して共振する場合に対応する。このとき、縦モード次数ｐ（ただし、ｐは正の整数）は、下記式（３）で表される。
ｋＬｔ０＝ｐπ・・・（３）
なお、式（３）において、ｋは、共振する光の波数を示す。
【００８９】
モードホッピングを生じさせないためには、光共振器１０内で光が伝播する可能性がある全て経路について、ｐが一定である必要がある。
【００９０】
より詳細には、添字ｉ（ただし、ｉは１〜４の整数）を用いて、第１〜第４光路１４１〜１４４を、「第ｉ光路」と表現した場合、ある波長で同一の縦モード次数を得るためには、式（３）を変形した下記式（４）が成立する必要がある。
（ｋ＋ｉΔｋ）（Ｌｔ０＋ｉΔＬ）＝ｐπ・・・（４）
ここで、Δｋ及びΔＬは、式（１）の場合と同様の意味を表す。
【００９１】
式（４）を変形して、下記式（５）を得る。
ｉΔｋＬｔ０＋ｉｋΔｋ＋ｉ２ΔｋΔＬ＝０・・・（５）
式（５）をΔＬについて解いて、下記式（６）を得る。
ΔＬ＝−ΔｋＬｔ０／（ｋ＋ｉΔｋ）・・・（６）
この式（６）が最終結果である。つまり、第１〜第４光路１４１〜１４４の光路長Ｌ１〜Ｌ４の間の差（Ｌ２−Ｌ１，Ｌ３−Ｌ２及びＬ４−Ｌ３）が式（６）を満足するように設定すれば、光が第１〜第４光路１４１〜１４４のいずれの光路を伝播しようとも縦モードの次数を一定に保ち、モードホッピングを抑制することができる。
【００９２】
なお、式（６）において、ｉΔｋがｋに対して十分に小さければ、すなわち選択波長の帯域が十分に狭ければ、ΔＬ＝−ΔｋＬｔ０／ｋと近似することができる。この近似は、縦モードの間隔に対して、選択波長の波長誤差が十分に小さいときに採用することができる。この場合には、ΔＬは、光路の番号ｉに依存しなくなる。
【００９３】
（効果）
以下、この光共振器１０の奏する効果について説明する。
【００９４】
この光共振器１０は、第１〜第４反射光Ｂ１〜Ｂ４の中心波数ｋ１〜ｋ４を、Δｋずつ変化するように第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４を設計しているとともに、この中心波数ｋ１〜ｋ４に合わせて、縦モード次数が変化しないように第１〜第４光路１４１〜１４４の光路長Ｌ１〜Ｌ４を設定している。その結果、モードホッピングを生じることなく連続的に選択波長を変化させることができる。
【００９５】
（変形例等）
次に、この光共振器１０の変形例について説明する。
【００９６】
（１）この実施の形態においては、ｎ＝４、すなわち、反射膜１８から反射された光を第１〜第４光路１４１〜１４４へと４分岐させる場合について説明した。しかし、光の分岐数は、４分岐には限定されず、設計に応じてｎ≧２の任意の個数に設定することができる。例えば、ｊを１以上の整数としたとき、２ｊ本、例えば８本（＝２３）又は１６本（＝２４）等に分岐させても良い。
【００９７】
この場合、モードホッピングなく選択することができる波長範囲をこの実施の形態よりも広くすることができる。
【００９８】
（２）この実施の形態においては、光共振器１０の設計をするにあたり、第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４の中心波数ｋ１〜ｋ４の間の間隔を一定値Δｋに設定して、それに合わせて、縦モード次数が変化しないように光路長間隔ΔＬを設定して、第１〜第４光路１４１〜１４４の光路長Ｌ１〜Ｌ４を設計した。
【００９９】
しかし、光共振器１０の設計手法は、上述とは異なり、光路長間隔ΔＬを設定してから、中心波長間隔Δｋを決定してもよい。つまり、第１〜第４光路１４１〜１４４の光路長Ｌ１〜Ｌ４の光路長間隔ΔＬを上述した（６）式から、一定に設定し、それに合わせて、第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４の中心波数ｋ１〜ｋ４の間の間隔Δｋを、式（６）から、光路の番号ｉに依存するように設定しても良い。
【０１００】
（実施の形態２）
図６を参照して、実施の形態２の光共振器について説明する。図６は、実施の形態２の光共振器の概略的な構造を示す斜視図である。なお、図６において、図１と同様の構成要素には同符号を付して、その説明を省略する。
【０１０１】
（構造）
実施の形態２の光共振器３０は、光路選択手段３２以外は、実施の形態１の光共振器１０とほぼ同様に構成されている。そこで、以下の説明では、主にこの違いについて説明する。
【０１０２】
光共振器３０は、光路選択手段３２として光偏向器３４と、光偏向器３４と第１〜第４光路１４１〜１４４との間に介在されていて、第１〜第４光路１４１〜１４４が接続された平面型光導波路３６とを備えている。
【０１０３】
光偏向器３４は、図６に示すように、平面型光導波路３３を用いて形成されており、半導体光増幅器２０から入力された光の伝播方向を変更させる機能を有する。この光偏向器３４は、好ましくは、例えば同一な平面形状を持つ２個の直角三角形の電極３４ａ及び３４ｂを、全体の平面形状が矩形状となるように、平面型光導波路３３上に配置した構造を備えている。
【０１０４】
そして、この２個の電極３４ａ及び３４ｂに印加する電圧を調整することにより、平面型光導波路３３を構成する材料の屈折率を、印加電圧に応じて電気光学効果により変化させ、光ビームを＋θ方向及び−θ方向へと偏向する。この光偏向器３４の平面型光導波路３３を構成する材料としては、好ましくは、例えばＳｉとする。
【０１０５】
平面型光導波路３６は、本体部３６ａと、テーパ型光導波路３６ｂ１，３６ｂ２，３６ｂ３及び３６ｂ４とを備えている。
【０１０６】
本体部３６ａは、上述した光偏向器３４に光結合可能に接続されており、略扇型の形状を有している。そして、光偏向器３４が扇の要の部分に接続されており、円弧をなす周辺部に、該円弧の周方向に等間隔に、かつ、該円弧の径方向外側に向かって、テーパ型光導波路３６ｂ１，３６ｂ２，３６ｂ３及び３６ｂ４が設けられている。
【０１０７】
本体部３６ａの光伝播方向に沿った長さ、すなわち円弧の径は、光偏向器３４から出射され、本体部３６ａを回折により拡がりながら伝播する光ビームＢが、円弧状の周辺部において、２個の隣接するテーパ型光導波路３６ｂ１及び３６ｂ２，３６ｂ２及び３６ｂ３，並びに３６ｂ３及び３６ｂ４に入射するような大きさに形成されている。図６の例では、光ビームＢが３６ｂ３及び３６ｂ４の両者に入射する場合を例示している。
【０１０８】
本体部３６ａの大きさをこのように設定することにより、光偏向器３４から出射された光ビームを、２個の隣接するテーパ型光導波路、すなわち３６ｂ１と３６ｂ２、３６ｂ２と３６ｂ３、及び３６ｂ３と３６ｂ４の間で、任意の分配比率で分配することができる。本体部３６ａを構成する材料は、好ましくは例えばＳｉとする。
【０１０９】
テーパ型光導波路３６ｂ１，３６ｂ２，３６ｂ３及び３６ｂ４は、本体部３６ａから、第１〜第４光路１４１〜１４４に向かう方向、すなわち光伝播方向に沿って、導波路幅が減少するような形状に形成されている。そして、テーパ型光導波路３６ｂ１，３６ｂ２，３６ｂ３及び３６ｂ４の光伝播方向の先端部には、それぞれ第１〜第４光路１４１〜１４４が接続されている。
【０１１０】
第１〜第４光路１４１〜１４４は、光路長Ｌ１〜Ｌ４の具体的な値を除き、実施の形態１の光共振器１０と同様に構成されている。すなわち、第１〜第４光路１４１〜１４４は、この順序で光路長Ｌ１〜Ｌ４が徐々に長くなるように構成されている（Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ４）。ただし、光路選択手段３２が光偏向器３４と平面型光導波路３６とで構成されていることに伴い、光路長Ｌ１〜Ｌ４の具体的な値は、実施の形態１の光共振器１０とは異なっている。この点については後述する。
【０１１１】
第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４は、波数間隔Δｋ及び中心波長ｋ１，ｋ２，ｋ３及びｋ４の具体的な値を除き、実施の形態１の光共振器１０と同様に構成されている。すなわち、第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４は、この順序で反射光の中心波長ｋ１，ｋ２，ｋ３及びｋ４が小さくなるように構成されている（ｋ１＞ｋ２＞ｋ３＞ｋ４）。ただし、光路選択手段３２が光偏向器３４と平面型光導波路３６とで構成されていることに伴い、波数間隔Δｋ及び中心波長ｋ１，ｋ２，ｋ３及びｋ４の具体的な値は、実施の形態１の光共振器１０とは異なっている。この点については後述する。
【０１１２】
（動作）
続いて、図６及を参照して、光共振器３０の動作について説明する。
【０１１３】
光共振器３０は、電極３４ａ及び３４ｂに印加する電圧により、平面型光導波路３３の屈折率を電気光学効果に基づいて変化させる。これにより、光偏向器３４から平面型光導波路３６に出射される光の伝播方向を調整する。その結果、光偏向器３４から出射された光は、任意の分配率で、第ｉ光路及び第ｉ＋１光路、すなわち、第１光路１４１及び第２光路１４２、第２光路１４２及び第３光路１４３、並びに第３光路１４３及び第４光路１４４に結合される。
【０１１４】
上記の点以外は、光共振器３０の動作は光共振器１０の動作と同様であるので、これ以上の説明を省略する。
【０１１５】
（第１〜第４光路１４１〜１４４と第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４の設計条件）
光共振器３０は、光路選択手段３２が光偏向器３４と平面型光導波路３６とを備えていることから、第１〜第４光路１４１〜１４４と第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４との設計条件を光共振器１０とは変更する必要がある。
【０１１６】
すなわち、まず、第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４で反射された光が、平面型光導波路３６を経て光偏向器３４に戻ってくる際に、位相が揃っている必要がある。これは、光の損失を防ぐためである。
【０１１７】
このことから、まず、下記式（７）が成り立つ必要がある。
【０１１８】
（ｋ０＋ｉΔｋ）（Ｌ０＋ｉΔＬ）＝２ｍ’π・・・（７）
ここで、Ｌ０は、光偏向器３４から出射された光が辿る最短の経路の光路長を示す。すなわちＬ０は、光が、“光偏向器３４→平面型光導波路３６→第１光路１４１→第１ブラッグ反射器１２１”との経路を辿る場合の光路長である。また、ｍ’は、正の整数である。
【０１１９】
また、モードホッピングを生じないため、つまり縦モード次数を一定にするためには、上述した式（４）も同時に成り立つ必要がある。
【０１２０】
ここで、ｍ’＝ｍ０＋ｉ、及びｍ−２ｍ’＝ｍ０’’＋ｉと、変数の置き換えをし、さらにΔｋ≪ｋ０であると仮定すると、式（４）及び式（７）より、下記式（８）を得る。
【０１２１】
ｋＬｔ０＝（ｍ０’’＋２ｍ０）π・・・（８）
式（８）において、ｍ０’＝ｍ０’’＋２ｍ０と置くことにより、下記式（９）〜式（１２）を得る。
【０１２２】
ｋ０Ｌｔ０＝ｍ０’π・・・（９）
Δｋ／ｋ０＝１／ｍ’’・・・（１０）
ｋ０Ｌ０＝（ｍ０’−ｍ０’’）π・・・（１１）
ｋ０ΔＬ＝−π（ｍ０’／ｍ０’’−１）・・・（１２）
これらの式において、式（９）からは、縦モードの次数を一定にするための条件が得られる。また、式（１０）からは、第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４の中心波数ｋ１〜ｋ４の波数間隔Δｋが得られる。また、式（１１）からは、光偏向器３４から出射された光が辿る最短の経路の光路長Ｌ０が決定される。さらにまた、式（１２）からは、第１〜第４光路１４１〜１４４の間の光路長差ΔＬが得られる。
【０１２３】
（効果）
以下、この光共振器３０の奏する効果について説明する。
【０１２４】
この光共振器３０は、第１〜第４反射光Ｂ１〜Ｂ４の中心波数ｋ１〜ｋ４を、Δｋずつ変化するように第１〜第４ブラッグ反射器１２１〜１２４を設計しているとともに、この中心波数ｋ１〜ｋ４に合わせて、縦モード次数が変化しないように第１〜第４光路１４１〜１４４の光路長Ｌ１〜Ｌ４を設定している。その結果、モードホッピングを生じることなく連続的に選択波長を変化させることができる。
【０１２５】
（変形例）
光路選択手段１６に接続される光路（第１〜第４光路１４１〜１４４）の数が、２ｊ本に限定されていた光共振器１０の場合と異なり、光路選択手段３２では、光路選択手段３２に接続する光路の数を２以上の任意の本数に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】実施の形態１の光共振器の構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】実施の形態１の光スイッチの構成の説明に供する平面図である。
【図３】実施の形態１の第１〜第４ブラッグ反射器の反射特性を概略的に示す図である。
【図４】第１及び第２ブラッグ反射器からの第１及び第２反射光を足し合わせた合成反射光の説明に供する図である。
【図５】合成反射光の位相と波数の変化を示す図である。
【図６】実施の形態２の光共振器の概略的な構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１２７】
１０，３０  光共振器
１２１〜１２４  第１〜第４ブラッグ反射器
１４１〜１４４  第１〜第４光路
１６，３２  光路選択手段
１６１〜１６３  光スイッチ
１６１ａ〜１６３ａ，３４ａ，３４ｂ  電極
１６１ＩＮ，１６２ＩＮ，１６３ＩＮ  入力光導波路
１６１ＯＵＴ１，１６１ＯＵＴ２，１６２ＯＵＴ１，１６２ＯＵＴ２，１６３ＯＵＴ１，１６３ＯＵＴ２  出力光導波路
１８  反射膜
２０  半導体光増幅器
２２  基板
２４  ＳｉＯ２膜
３３，３６  平面型光導波路
３４  光偏向器
３６ａ  本体部
３６ｂ１〜３６ｂ４  テーパ型光導波路
【図１】
2010078648.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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