(57)【要約】【課題】比較的簡単な構成で、波長可変範囲を拡大することが可能な波長可変レーザ光源、及びその駆動方法を提供すること。【解決手段】本発明にかかる波長可変レーザ光源は、第１入力ポート、第２入力ポート、及び出力ポートを有し、透過光強度の波長スペクトルピークを移動させることのできる波長可変共振器１と、一端が波長可変共振器１の第１入力ポートと光学的に接続された第１の半導体光増幅器１１と、一端が波長可変共振器１の第２入力ポートと光学的に接続され、第１の半導体光増幅器１１と利得波長スペクトルの異なる第２の半導体光増幅器１２と、波長可変共振器１の出力ポートの端面に設けられ、所定の反射率及び透過率を有する誘電体多層膜１８と、を備えるものである。【選択図】図１
2010087472.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１入力ポート、第２入力ポート、及び出力ポートを有し、透過光強度の波長スペクトルピークを移動させることのできる波長可変フィルターと、
一端が前記第１入力ポートと光学的に接続された第１光増幅器と、
一端が前記第２入力ポートと光学的に接続され、前記第１光増幅器と利得波長スペクトルの異なる第２光増幅器と、
前記出力ポートの端面に設けられ、所定の反射率及び透過率を有する光学ミラーと、を備える波長可変レーザ光源。
【請求項２】
前記第１光増幅器及び前記第２光増幅器は、互いに利得ピーク波長の異なる半導体光増幅器であり、平面光回路によって構成された前記波長可変フィルターと同一基板上に集積されている請求項１に記載の波長可変レーザ光源。
【請求項３】
前記第１光増幅器、前記第２光増幅器、及び前記波長可変フィルターは、化合物半導体材料により形成され、同一基板上にモノリシック集積されている請求項２に記載の波長可変レーザ光源。
【請求項４】
前記波長可変フィルターは、
周囲長の異なる２つのリング型光導波路が近接して縦列配置されたリング型共振器と、
２つの入力ポート端と１つの出力ポート端とを有する３ｄＢ合分波器と、を備え、
前記３ｄＢ合分波器の２つの入力ポート端は、前記リング型共振器の一方のリング型光導波路に光学結合するように配置された光導波路で互いに接続され、
前記３ｄＢ合分波器の出力ポート端には、所定の反射率を有する半ミラーが備えられ、
前記第１光増幅器及び前記第２光増幅器のそれぞれの一端は、前記リング型共振器の他方のリング型光導波路に光学結合するように配置された光導波路で互いに接続され、
前記第１光増幅器及び前記第２光増幅器のそれぞれの他端には、高反射ミラーが備えられ、
導波路の屈折率を変化させて波長特性をチューニングする電極構造が、前記リング型共振器の２つのリング型光導波路のそれぞれの近傍に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の波長可変レーザ光源。
【請求項５】
前記波長可変フィルターは、
第１リング型光導波路と、前記第１リング型光導波路と直線状の光導波路を介して互いに対称な位置で光学的に接続された、前記第１リング型光導波路と異なる周囲長の第２リング型光導波路及び第３リング型光導波路と、を有するリング型共振器と、
２つの入力ポート端と１つの出力ポート端とを有する３ｄＢ合分波器と、を備え、
前記３ｄＢ合分波器の一方の入力ポート端には、前記第２リング型光導波路と光学的に結合するように近接配置された光導波路の一端が光学的に接続され、
前記３ｄＢ合分波器の他方の入力ポート端には、前記第３リング型光導波路と光学的に結合するように近接配置された光導波路の一端が光学的に接続され、
前記３ｄＢ合分波器の出力ポート端には、所定の反射率を有する半ミラーが備えられ、
前記第１光増幅器及び前記第２光増幅器のそれぞれの一端は、前記第１リング型光導波路に光学結合するように配置された光導波路で互いに接続され、
前記第１光増幅器及び前記第２光増幅器のそれぞれの他端には、高反射ミラーが備えられ、
導波路の屈折率を変化させて波長特性をチューニングする電極構造が、前記第１リング型光導波路、前記第２リング型光導波路、及び前記第３リング型光導波路のそれぞれの近傍に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の波長可変レーザ光源。
【請求項６】
前記波長可変フィルターは、
周囲長の異なる２つのリング型光導波路が近接して縦列配置されたリング型共振器と、
２つの入力ポート端と２つの出力ポート端とを有する３ｄＢ合分波器と、を備え、
前記３ｄＢ合分波器の２つの入力ポート端は、前記リング型共振器の一方のリング型光導波路に光学結合するように配置された光導波路で互いに接続され、
前記３ｄＢ合分波器の一方の出力ポート端には、高反射ミラーが備えられ、
前記３ｄＢ合分波器の他方の出力ポート端には、無反射処理が施され、
前記第１光増幅器及び前記第２光増幅器のそれぞれの一端は、前記リング型共振器の他方のリング型光導波路に光学結合するように配置された光導波路で互いに接続され、
前記第１光増幅器及び前記第２光増幅器のそれぞれの他端には、高反射ミラーが備えられ、
導波路の屈折率を変化させて波長特性をチューニングする電極構造が、前記リング型共振器の２つのリング型光導波路のそれぞれの近傍に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の波長可変レーザ光源。
【請求項７】
前記波長可変フィルターは、
第１リング型光導波路と、前記第１リング型光導波路と直線状の光導波路を介して互いに対称な位置で光学的に接続された、前記第１リング型光導波路と異なる周囲長の第２リング型光導波路及び第３リング型光導波路と、を有するリング型共振器と、
２つの入力ポート端と２つの出力ポート端とを有する３ｄＢ合分波器と、を備え、
前記３ｄＢ合分波器の一方の入力ポート端には、前記第２リング型光導波路と光学的に結合するように近接配置された光導波路の一端が光学的に接続され、
前記３ｄＢ合分波器の他方の入力ポート端には、前記第３リング型光導波路と光学的に結合するように近接配置された光導波路の一端が光学的に接続され、
前記３ｄＢ合分波器の一方の出力ポート端には、高反射ミラーが具備され、
前記３ｄＢ合分波器の他方の出力ポート端には、無反射処理が施され、
前記第１光増幅器及び前記第２光増幅器のそれぞれの一端は、前記第１リング型光導波路に光学結合するように配置された光導波路で互いに接続され、
前記第１光増幅器及び前記第２光増幅器のそれぞれの他端には、高反射ミラーが備えられ、
導波路の屈折率を変化させて波長特性をチューニングする電極構造が、前記第１リング型光導波路、前記第２リング型光導波路、及び前記第３リング型光導波路のそれぞれの近傍に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の波長可変レーザ光源。
【請求項８】
前記３ｄＢ合分波器の一方の出力ポート端に備えられた前記高反射ミラーは、１つの入力ポート端と、相互に接続された２つの出力ポート端と、を有する別の３ｄＢ合分波器によって構成された閉ループ状の導波路からなるループミラーであることを特徴とする請求項６又は７に記載の波長可変レーザ光源。
【請求項９】
前記波長可変フィルターは、
周囲長の異なる２つのリング型光導波路が光導波路を介して互いに光学接続されたリング型共振器と、
２つの入力ポート端と２つの出力ポート端とを有する３ｄＢ合分波器と、を備え、
前記３ｄＢ合分波器の２つの出力ポート端のそれぞれに、前記リング型共振器の２つのリング型光導波路のそれぞれが光学結合するように近接して配置され、
前記リング型共振器の２つのリング型光導波路を光学接続する前記光導波路の一部に、光波パワーを取り出す為の光導波路が光学結合するように近接して配置され、
前記３ｄＢ合分波器の２つの入力ポート端には、前記第１光増幅器及び前記第２光増幅器のそれぞれの一端が光学的に接続され、
前記第１光増幅器及び前記第２光増幅器のそれぞれの他端には、高反射ミラーが備えられ、
光導波路の屈折率を変化させて波長特性をチューニングする電極構造が、前記リング型共振器の２つのリング型光導波路のそれぞれの近傍に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の波長可変レーザ光源。
【請求項１０】
前記波長可変フィルターは、
周囲長の異なる２つのリング型光導波路が近接して縦列配置されたリング型共振器と、
２つの入力ポート端と２つの出力ポート端とを有する光スイッチと、を備え、
前記光スイッチの２つの入力ポート端は、前記リング型共振器の一方のリング型光導波路に光学結合するように配置された光導波路で互いに接続され、
前記光スイッチの２つ出力ポート端のうち、少なくとも一方には、所定の反射率を有する半ミラーが備えられ、
前記第１光増幅器及び前記第２光増幅器のそれぞれの一端は、前記リング型共振器の他方のリング型光導波路に光学結合するように配置された光導波路で互いに接続され、
前記第１光増幅器及び前記第２光増幅器のそれぞれの他端には、高反射ミラーが備えられ、
導波路の屈折率を変化させて波長特性をチューニングする電極構造が、前記リング型共振器の２つのリング型光導波路のそれぞれの近傍に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の波長可変レーザ光源。
【請求項１１】
前記波長可変フィルターは、
第１リング型光導波路と、前記第１リング型光導波路と直線状の光導波路を介して互いに対称な位置で光学的に接続された、前記第１リング型光導波路と異なる周囲長の第２リング型光導波路及び第３リング型光導波路と、を有するリング型共振器と、
２つの入力ポート端と２つの出力ポート端とを有する光スイッチと、を備え、
前記光スイッチの一方の入力ポート端には、前記第２リング型光導波路と光学的に結合するように近接配置された光導波路の一端が光学的に接続され、
前記光スイッチの他方の入力ポート端には、前記第３リング型光導波路と光学的に結合するように近接配置された光導波路の一端が光学的に接続され、
前記光スイッチの２つの出力ポート端のうち、少なくとも一方には、所定の反射率を有する半ミラーが備えられ、
前記第１光増幅器及び前記第２光増幅器のそれぞれの一端は、前記第１リング型光導波路に光学結合するように配置された光導波路で互いに接続され、
前記第１光増幅器及び前記第２光増幅器のそれぞれの他端には、高反射ミラーが備えられ、
導波路の屈折率を変化させて波長特性をチューニングする電極構造が、前記第１リング型光導波路、前記第２リング型光導波路、及び前記第３リング型光導波路のそれぞれの近傍に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の波長可変レーザ光源。
【請求項１２】
前記波長可変フィルターは、
周囲長の異なる２つのリング型光導波路が光導波路を介して互いに光学接続されたリング型共振器と、
２つの入力ポート端と２つの出力ポート端とを有する３ｄＢ合分波器と、
２つの入力ポート端と２つの出力ポート端とを有する光スイッチと、を備え、
前記３ｄＢ合分波器の２つの出力ポート端のそれぞれに、前記リング型共振器の２つのリング型光導波路のそれぞれが光学結合するように近接して配置され、
前記３ｄＢ合分波器の２つの入力ポート端には、前記第１光増幅器及び前記第２光増幅器のそれぞれの一端が光学的に接続され、
前記第１光増幅器および前記第２光増幅器のそれぞれの他端には、前記光スイッチの２つの入力ポート端がそれぞれ光学的に接続され、
前記光スイッチの２つの出力ポート端のうち、少なくとも一方端には、所定の反射率を有する半ミラーが備えられ、
光導波路の屈折率を変化させて波長特性をチューニングする電極構造が、前記リング型共振器の２つのリング型光導波路のそれぞれの近傍に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の波長可変レーザ光源。
【請求項１３】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の波長可変レーザ光源の駆動方法であって、
所望する波長に応じて、前記第１光増幅器及び前記第２光増幅器のうちの一方に電流注入を行うと同時に、他方には電流注入を行わないことを特徴とする波長可変レーザ光源の駆動方法。
【請求項１４】
請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の波長可変レーザ光源の駆動方法であって、
所望する波長に応じて、前記第１光増幅器及び前記第２光増幅器のうちの一方に電流注入を行うと同時に、他方には電流注入を行わず、
前記半ミラーの設けられた前記出力ポート端で所望する大きさの光出力が得られるよう、電流が注入された側の光増幅器に合わせて前記光スイッチの経路を切り換えることを特徴とする波長可変レーザ光源の駆動方法。
【請求項１５】
透過光強度の波長スペクトルピークを移動させることのできる波長可変フィルターと、
前記波長可変フィルターにそれぞれ並列接続された光増幅器及び光変調器と、を備え、
前記光変調器が、前記波長可変フィルター及び前記光増幅器と同一基板上に集積されている波長可変レーザ光源。
【請求項１６】
前記波長可変フィルターは、
周囲長の異なる２つのリング型光導波路が光導波路を介して互いに光学接続されたリング型共振器と、
２つの入力ポート端と２つの出力ポート端とを有する３ｄＢ合分波器と、を備え、
前記３ｄＢ合分波器の２つの出力ポート端のそれぞれに、前記リング型共振器の２つのリング型光導波路のそれぞれが光学結合するように近接して配置され、
前記３ｄＢ合分波器の２つの入力ポート端の一方には前記光増幅器の一端が光学的に接続され、他方には前記光変調器の一端が光学的に接続され、
前記光増幅器の他端には、高反射ミラーが備えられ、
前記光変調器の他端には、反射防止膜が施され、
光導波路の屈折率を変化させて波長特性をチューニングする電極構造が、前記リング型共振器の２つのリング型光導波路のそれぞれの近傍に設けられていることを特徴とする請求項１５に記載の波長可変レーザ光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信、光情報処理及び光インターコネクション等に用いられる光源であり、特に波長可変機能を有する波長可変レーザ光源、及びその駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットのトラフィックは急速に増加しており、これに対応すべく通信容量拡大の技術も進展している。波長分割多重通信（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）は、波長数を増やすことにより大容量化を行うものであるが、ＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexing）、波長ルーティングによる光クロスコネクト等の進展とあいまって、より柔軟性に優れた通信容量の拡大が活発に検討されている。これは、波長資源を単に容量拡大のみに使用するのではなく、ネットワーク機能の向上にも積極的に利用していくものである。通信容量の拡大と通信方式の高機能化は、相互に関連して、低コストで安全性の高い通信サービスの提供を可能にするものである。波長可変レーザは、このような通信システムを構築する上で重要なキーデバイスの一つである。
【０００３】
従来の波長分割多重システムでは、一定の波長間隔を有する複数の固定波長光源を並べて対応しており、特に保守管理用バックアップ光源（波長数分）のコストは、システムの低コスト化を阻害する大きな要因となっていた。波長可変光源の適用により、光源の種類を一つに統合することができるので、システムコストの低減が大きく進展することになる。また、切り替え速度の速い波長可変光源は、波長ルーティングにおいても新しいネットワーク機能の実現に必要不可欠な要素となっている。
【０００４】
Ｃ（Conventional）帯域またはＬ（Long）帯域をカバーできる波長可変光源には、可動ＭＥＭＳミラーを用いたものが、Ｊｉｌｌ  Ｄ．Ｂｅｒｇｅｒ等により、非特許文献１に発表されている。非特許文献１の波長可変光源は、比較的良好な光出力特性を示しているものの、製作コストや耐衝撃性の点でその実用性が懸念されている。また、ＤＢＲレーザのモード安定性を高めて、更に変調器と集積化したものがＢ．Ｍａｓｏｎ等により、非特許文献２に報告されているが、低コスト化や信頼性の点で課題がある。
【０００５】
一方、平面光回路（ＰＬＣ）を外部共振器として用いた波長可変光源では、製作が比較的容易でＭＥＭＳのように可動部を持たない。そのため、製作歩留まり、信頼性（特に耐振動性）の点で優れており、量産性に適していると考えられ、現在のところ幾つかの構成が提案されている。リング型外部共振器と半導体増幅器を用いた構成としては、Ｈ．Ｙａｍａｚａｋｉ等により、非特許文献３において報告されている。非特許文献３の報告によれば、可動部をもたない波長可変光源としては、波長可変範囲、光出力等の面で良好な特性が得られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，２００１．ＥＣＯＣ'０１．２７ｔｈ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｖｏｌｕｍｅ  ２，３０  Ｐ．１９８−１９９
【非特許文献２】ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  Ｖｏｌｕｍｅ  １１  Ｎｕｍｂｅｒ  ６，１９９９  Ｐ．６３８−６４０
【非特許文献３】３０ｔｈ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ２００４，ｔｈ４．２．３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献３に提案された構成の波長可変光源では、リング型外部共振器の波長可変範囲と半導体増幅器の利得帯域で波長可変範囲が決まってしまう。そのため、高出力でより広範囲の波長可変を行うには構成上においてその限界がある。
【０００８】
光通信における高密度波長多重伝送方式（ＤＷＤＭ：Ｄｅｎｓｅ  ＷＤＭ）では、通信波長帯を主にＣ帯域とＬ帯域に分け、それぞれ、およそ４０ｎｍ程度の波長範囲に多くの波長信号光を割り当てている。現在では、多くの波長可変レーザが４０ｎｍの波長範囲を基準に開発が進んでいる。しかし、Ｃ，Ｌ両帯域を一つの光源でカバーできる波長可変範囲８０ｎｍ以上の波長可変レーザは殆どない。また、およそ２０ｎｍ間隔で信号光波長を設定するＣＷＤＭ（Ｃｏａｓｅ  ＷＤＭ）方式では、より広範囲な波長可変が要求されることになる。
【０００９】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、比較的簡単な構成で、波長可変範囲を拡大することが可能な波長可変レーザ光源、及びその駆動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】
【００１０】
本発明の第１の態様にかかる波長可変レーザ光源は、第１入力ポート、第２入力ポート、及び出力ポートを有し、透過光強度の波長スペクトルピークを移動させることのできる波長可変フィルターと、一端が前記第１入力ポートと光学的に接続された第１光増幅器と、一端が前記第２入力ポートと光学的に接続され、前記第１光増幅器と利得波長スペクトルの異なる第２光増幅器と、前記出力ポートの端面に設けられ、所定の反射率及び透過率を有する光学ミラーと、を備えるものである。
【００１１】
また、本発明の第２の態様にかかる波長可変レーザ光源の駆動方法は、上述の波長可変レーザ光源の駆動方法であって、所望する波長に応じて、前記第１光増幅器及び前記第２光増幅器のうちの一方に電流注入を行うと同時に、他方には電流注入を行わないことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、比較的簡単な構成で、波長可変範囲を拡大することが可能な波長可変レーザ光源、及びその駆動方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１に係る波長可変レーザ光源の概略構成を示す模式図である。
【図２】実施の形態１に係る波長可変レーザ光源において、片方の光増幅器を駆動させた場合の光波の共振経路の様子を示す模式図である。
【図３】実施の形態２に係る波長可変レーザ光源の概略構成を示す模式図である。
【図４】実施の形態２に係る波長可変レーザ光源において、片方の光増幅器を駆動させた場合の光波の共振経路の様子を示す模式図である。
【図５】実施の形態３に係る波長可変レーザ光源の概略構成を示す模式図である。
【図６】実施の形態３に係る波長可変レーザ光源において、片方の光増幅器を駆動させた場合の光波の共振経路の様子を示す模式図である。
【図７】実施の形態４に係る波長可変レーザ光源の概略構成を示す模式図である。
【図８】実施の形態５に係る波長可変レーザ光源の概略構成を示す模式図である。
【図９】実施の形態６に係る波長可変レーザ光源の概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の波長可変レーザ光源は、透過光強度の波長スペクトルピークを移動させることのできる波長可変外部共振器と、利得スペクトルを可変できる利得媒質とを有している。そして、外部共振器の損失スペクトルと、利得媒質の利得スペクトルとの両方を変化させることにより、波長可変を行うものである。
【００１５】
すなわち、周期的な透過スペクトルを有する波長可変外部共振器と、利得の波長分布を選択的に変更できる構成の利得可変機能との両方を、発振波長の制御に利用する。これにより、これまで提案されているような可変外部共振器のみを用いた制御に比べて、波長可変範囲を大きくすることができる。
【００１６】
具体的には、本発明の波長可変レーザ光源は、少なくとも２つ以上の入力ポートと１つ以上の出力ポートを有する外部共振器と、外部共振器の入力ポートに接続された少なくとも２つ以上の利得媒質とを備えている。このとき、利得波長スペクトルの異なる２種類の利得媒質を用いることが好ましい。これにより、レーザ発振の波長帯を短波側と長波側に分けて使用することができる。従って、従来のように１種類の利得媒質のみを使用する場合に比べて、広い帯域にわたって大きな利得強度を得ることができ、高出力のレーザ発振を実現できる。
【００１７】
外部共振器は、可変量は小さいが高精度の波長制御が可能である。一方、利得可変機能は、細かく高精度な制御は出来ないが、可変量の大きな利得可変が可能である。そのため、外部共振器を波長の微調整として、また、利得可変機能を波長の粗調整として用いることができる。このように、外部共振器と利得可変機能とを組み合わせて用いることによって、波長可変範囲が大きく、かつ、高精度な波長可変動作が可能である。
【００１８】
ここで、本発明の波長可変レーザ光源は、前述したように、２種類の利得媒質が外部共振器に並列して接続された単純な構成とすることができる。この２種類の利得媒質には、一方を駆動させている間、他方は駆動させずに吸収受動領域として機能させる方式が採用される。そのため、特に複雑な利得媒質の制御が必要とならず、レーザ発振の波長制御を簡易に行うことができる。
【００１９】
また、本発明の波長可変レーザ光源は、波長可変共振器としてリング型光導波路、利得可変媒質として利得スペクトルの異なる２つの半導体増幅器をそれぞれ用いることができる。リング型導波路と２つの半導体増幅器とを同じ化合物半導体基板上に形成することによって、モノリシック集積した波長可変レーザ機能を１つのチップ上に実現することが可能である。そのため、ハイブリット形成時における複雑なモジュール組み立てが必要とならず、低コスト化を図ることができる。
【００２０】
このように、本発明の波長可変レーザ光源は、出力するレーザ光の発振波長を電気的な駆動制御により変化させることができる。通常、レーザ光源は利得媒質と共振器から構成されている。特に、波長可変レーザ光源においては、共振器の共振波長を外部制御によりチューニングすることによって発振波長を変化させる場合がほとんどである。共振器は、一般に、ある一定の波長周期をもつ透過あるいは反射特性を有している。そのため、利得媒質の利得波長分布のピーク近傍で、その波長周期間隔にチューニング範囲が限定されることになる。また、共振器の波長周期間隔を何らかの方法で拡大したとしても、利得分布に応じて光出力が決まるため、チューニング範囲の拡大と共に、光出力が低下することになる。
【００２１】
一方、本発明の波長可変レーザ光源では、異なる利得波長分布を有する２つの利得媒質を備え、出力させる発振波長帯に応じて、それぞれの利得媒質を選択的に駆動する方式を採用している。これにより、光出力を犠牲にすることなく波長可変範囲を拡大することが可能となる。
【００２２】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。また、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略されている。尚、各図において同一の符号を付されたものは同様の要素を示しており、適宜、説明が省略されている。
【００２３】
実施の形態１．
本発明の第１の実施の形態に係る波長可変レーザ光源の構成について、図１を参照して詳細に説明する。図１は、実施の形態１に係る波長可変レーザ光源の概略構成を示す模式図である。本実施の形態の波長可変レーザ光源は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板１０には、シリコン層をコア層とし、その上部のシリコン酸化膜をクラッド層とする平面光回路による波長可変共振器と、半導体光増幅器とがハイブリット実装された構成を有している。以下にその詳細を述べる。
【００２４】
図１において、波長可変レーザ光源は、波長可変共振器１と、この波長可変共振器１にそれぞれ並列して接続された第１の半導体光増幅器１１及び第２の半導体光増幅器１２とを備えている。波長可変共振器１は、透過光強度の波長スペクトルピークを移動させることを可能とするもので、波長可変外部共振器、あるいは波長可変フィルターともいう。波長可変共振器１は、２つの入力ポートと１つの出力ポートを有している。また、本実施の形態では、波長可変共振器１は、複数のリング型光導波路が光学的に結合されたリング型共振器２と、このリング型共振器２と光導波路を介して光学的に接続された３ｄＢ合分波器１６とを有する。
【００２５】
具体的には、ＳＯＩ基板１０には、第１のリング型光導波路２１と第２のリング型光導波路２２とが、所定の強さで光学結合するように近接して配置されている。第１のリング型光導波路２１と第２のリング型光導波路２２は、導波路方向に沿って隣接して配置されている。第２のリング型光導波路２２は、第１のリング型光導波路２１と周囲長が僅かに異なっており、光路長が異なっている。第１のリング型光導波路２１の一部には、導波路の屈折率を変化させるためのヒータ２３が形成されている。同様に、第２のリング型光導波路２２の一部には、導波路の屈折率を変化させるためのヒータ２４が形成されている。ヒータ２３、２４は、リング型光導波路の上、下、または横など、導波路のコア層の温度を変化させることが可能な範囲に位置されている。ここでは、第１のリング型光導波路２１と第２のリング型光導波路２２の上部に、ヒータ２３、２４がそれぞれ配設されている。なお、リング型光導波路近傍にヒータを設ける場合について説明したが、導波路の屈折率を変化させて波長特性をチューニングするための電極構造であればヒータ以外のものを用いてもよい。
【００２６】
このように、第１のリング型光導波路２１と第２のリング型光導波路２２とによって、リング型共振器２が構成されている。このリング型共振器２は、２つのリング型光導波路が近接して縦列配置された２重リング型共振器となる。
【００２７】
第２のリング型光導波路２２には、光導波路２０が光学的に結合するように近接して配置されている。この光導波路２０の両端は、３ｄＢ合分波器１６の入力光導波路１５に接続されている。そして、３ｄＢ合分波器１６の出力光導波路１７の出力端は、所定の反射率になるように誘電体多層膜１８が施されている。誘電体多層膜１８は、波長可変共振器１内でレーザ発振を起こさせるとともに、レーザを外部に出力可能とするのに適した所定の反射率及び透過率を有する光学ミラー（半ミラー）となる。ここでは、例えば２０％の反射率となるように、誘電体多層膜１８が施されている。
【００２８】
このように、波長可変共振器１には、２つの入力ポート端と１つの出力ポート端とを有する３ｄＢ合分波器１６が設けられている。以下では、２つの入力ポート端と１つの出力ポート端とを有する３ｄＢ合分波器１６を、２×１の３ｄＢ合分波器１６と呼ぶこととする。２×１の３ｄＢ合分波器１６は、リング型共振器２の第２のリング型光導波路２２と光導波路２０を介して光学的に接続するように形成されている。そして、３ｄＢ合分波器１６の出力光導波路１７が、波長可変共振器１の出力ポートとなる。この出力ポートの端面に、所定の反射率及び透過率を有する光学ミラーである誘電体多層膜１８が設けられている。なお、第２のリング型光導波路２２と結合する部分の光導波路２０は、直線状に形成されている。
【００２９】
一方、リング型共振器２の第１のリング型光導波路２１には、光導波路１９が光学的に結合するように近接して配置されている。この光導波路１９の両端には、利得スペクトルの異なる２つの半導体増幅器（第１の半導体光増幅器１１、第２の半導体光増幅器１２）が、それぞれ光学的に結合するように配置されている。すなわち、光導波路１９は、その一端において第１の半導体光増幅器１１と、他端において第２の半導体光増幅器１２とに互いに光学的に接続し、かつ第１のリング型光導波路２１と光学結合するように形成されている。この光導波路１９が、波長可変共振器１の２つの入力ポートとなる。なお、第１のリング型光導波路２１と結合する部分の光導波路１９は、直線状に形成されている。
【００３０】
第１の半導体光増幅器１１は、短波側の利得スペクトルを有し、波長可変共振器１の一方の入力ポートと光学的に接合するように設けられている。また、第２の半導体光増幅器１２は、長波側の利得スペクトルを有し、波長可変共振器１の他方の入力ポートと光学的に接合するように設けられている。第１の半導体光増幅器１１と第２の半導体光増幅器１２は、光導波路１９を介して互いに光学的に接続している。更に、第１の半導体光増幅器１１及び第２の半導体光増幅器１２の反対側の端面には、高反射膜１３、１４がそれぞれ形成されている。
【００３１】
続いて、本実施の形態の波長可変レーザ光源の動作機構について、図２を用いて詳細に説明する。図２は、実施の形態１に係る波長可変レーザ光源において、片方の光増幅器を駆動させた場合の光波の共振経路の様子を示す模式図である。図２（ａ）は長波帯での発振動作を示す模式図であり、図２（ｂ）は短波帯での発振動作を示す模式図である。
【００３２】
長波帯の利得スペクトルを有する第２の半導体光増幅器１２をＯＮ状態（駆動電流を注入した状態）にすると共に、短波側の利得スペクトルを有する第１の半導体光増幅器１１をＯＦＦ状態（駆動電流を注入しない状態）にした場合の光波の経路を、図２（ａ）に示す。
【００３３】
第２の半導体光増幅器１２から出力された誘導放出光の波長スペクトル成分の中で、第１のリング型光導波路２１と第２のリング型光導波路２２の両方に共振する成分は、点線に示すような経路を伝搬する。すなわち、第２の半導体光増幅器１２から、光導波路１９、第１のリング型光導波路２１、第２のリング型光導波路２２、光導波路２０、入力光導波路１５、３ｄＢ合分波器１６を順に経由して、出力光導波路１７へと伝搬する。そして、誘電体多層膜１８からなる半反射端面で伝搬した誘導放出光の一部が反射し、再び逆の経路を辿って第２の半導体光増幅器１２に戻ることになる。すなわち、波長可変共振器１の点線で示す共振経路４１でレーザ発振が生じる。
【００３４】
一方、第２の半導体光増幅器１２から出力された誘導放出光の中で、第１のリング型光導波路２１と第２のリング型光導波路２２に共振しない成分は、一点鎖線に示すような非共振経路４２を伝搬する。すなわち、第２の半導体光増幅器１２から、光導波路１９を経由して、第１の半導体光増幅器１１に入力されることになる。この時、第１の半導体光増幅器１１はＯＦＦ状態であり、入力された非共振成分は吸収されて、第２の半導体光増幅器１２に戻ることはない。
【００３５】
従って、この動作においては、長波側の利得分布によりレーザ発振が生じ、その長波帯域の波長可変が、第１のリング型光導波路２１と第２のリング型光導波路２２からなる２重リング型共振器のフリースペクトラムレンジ（ＦＳＲ）の範囲で可能となる。
【００３６】
これに対し、短波帯の利得スペクトルを有する第１の半導体光増幅器１１をＯＮ状態（駆動電流を注入した状態）にすると共に、長波側の利得スペクトルを有する第２の半導体光増幅器１２をＯＦＦ状態（駆動電流を注入しない状態）にした場合の光波の経路を、図２（ｂ）に示す。
【００３７】
第１の半導体光増幅器１１から出力された誘導放出光の波長スペクトル成分の中で、第１のリング型光導波路２１と第２のリング型光導波路２２の両方に共振する成分は、点線に示すような経路を伝搬する。すなわち、第１の半導体光増幅器１１から、光導波路１９、第１のリング型光導波路２１、第２のリング型光導波路２２、光導波路２０、入力光導波路１５、３ｄＢ合分波器１６を順に経由して、出力光導波路１７へと伝搬する。そして、誘電体多層膜１８からなる半反射端面で伝搬した誘導放出光の一部が反射し、再び逆の経路を辿って第１の半導体光増幅器１１に戻ることになる。すなわち、波長可変共振器１の点線で示す共振経路４３でレーザ発振が生じる。
【００３８】
一方、第１の半導体光増幅器１１から出力された誘導放出光の中で、第１のリング型光導波路２１と第２のリング型光導波路２２に共振しない成分は、一点鎖線に示すような非共振経路４４を伝搬する。すなわち、第１の半導体光増幅器１１から、光導波路１９を経由して、第２の半導体光増幅器１２に入力されることになる。この時、第２の半導体光増幅器１２はＯＦＦ状態であり、入力された非共振成分は吸収されて、第１の半導体光増幅器１１に戻ることはない。
【００３９】
従って、この動作においては、短波側の利得分布によりレーザ発振が生じ、その短波帯域の波長可変が、第１のリング型光導波路２１と第２のリング型光導波路２２からなる２重リング型共振器のＦＳＲの範囲で可能となる。
【００４０】
このように、本実施の形態の波長可変レーザ光源は、第１の半導体光増幅器１１と第２の半導体光増幅器１２とによる利得スペクトルと、波長可変共振器１の損失スペクトルとの両方を変化させることにより、波長可変を行う。すなわち、波長可変共振器１による波長可変に加え、新たに、２つの半導体光増幅器による波長可変が、レーザ発振の波長制御に利用されることとなる。これにより、出力させる光の波長の選択範囲をより広くすることができる。このとき、本実施の形態では、出力させる発振波長帯に応じて、第１の半導体光増幅器１１と第２の半導体光増幅器１２を選択的に駆動するようにする。これにより、光出力を犠牲にすることなく波長可変範囲を拡大することが可能となる。なお、第１の半導体光増幅器１１と第２の半導体光増幅器１２は、所望する波長に応じて一方を駆動させ、一方を駆動させている間、他方を駆動させないように制御すればよいので、特に複雑な制御は必要ない。
【００４１】
以上のように、本実施の形態では、互いに利得波長スペクトルの異なる第１の半導体光増幅器１１と第２の半導体光増幅器１２とを、波長可変共振器１に並列接続させている。そして、第１の半導体光増幅器１１と第２の半導体光増幅器１２とを選択的に駆動することで得られる利得可変機能を、波長可変共振器１と組み合わせてレーザ発振の波長制御を行っている。これにより、簡便な構成にもかかわらず、出力させる光の波長の選択範囲をより広くすることができる。また、広い帯域にわたって大きな利得強度を得ることができ、高出力のレーザ発振を実現できる。これは、損失スペクトルのピーク位置を所定の範囲で変えることができる波長可変共振器１と、利得スペクトル形状、特に利得スペクトルのピーク位置を大きく変えることができる利得可変機能との両方を発信波長の制御に利用して、波長可変範囲が大きく、かつ、高出力の波長可変を実現できるからである。さらに、波長可変共振器１を波長の微調整として用いる一方、２つの半導体光増幅器を可変量の大きい利得可変媒質として波長の粗調整に用いることができる。そのため、高精度な波長可変動作が可能である。
【００４２】
なお、本実施の形態では、２×１の３ｄＢ合分波器１６を用いる場合について例示的に説明をしたが、２つの入力ポート端と２つの出力ポート端とを有する２×２の３ｄＢ合分波器を用いることもできる。２×２の３ｄＢ合分波器を用いる場合は、２つの出力ポート端のうち、一方の出力ポート端に無反射処理を施し、他方の出力ポート端に高反射ミラーを設ける。あるいは、高反射ミラーの代わりに、１つの入力ポート端と、相互に接続された２つの出力ポート端とを有する１×２の３ｄＢ合分波器を設けてもよい。すなわち、２×２の３ｄＢ合分波器の一方の出力ポート端に無反射処理を施し、他方の出力ポート端には、１×２の３ｄＢ合分波器の２つの出力ポート端が相互に接続された閉ループ状の導波路からなるループミラーを設けてもよい。この１×２の３ｄＢ合分波器によって構成された閉ループ状の導波路からなるループミラーが、高反射ミラーであるかのように機能することとなる。
【００４３】
実施の形態２．
本発明の第２の実施の形態に係る波長可変レーザ光源の構成について、図３を用いて説明する。図３は、実施の形態２に係る波長可変レーザ光源の概略構成を示す模式図である。
【００４４】
本実施の形態では、実施の形態１と異なる構成の波長可変共振器１が、波長可変レーザ光源に設けられている。具体的には、本実施の形態の波長可変共振器１は、複数のリング型光導波路が光学的に結合されたリング型共振器２と、このリング型共振器２と光導波路を介して光学的に接続された光スイッチ５２とを有している。すなわち、実施の形態１の３ｄＢ合分波器１６に代えて、本実施の形態では、光スイッチ５２が形成されている。それ以外の構成については実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同様、２つの入力ポートと１つの出力ポートを有する波長可変共振器１には、互いに利得波長スペクトルの異なる第１の半導体光増幅器１１と第２の半導体光増幅器１２とが並列接続されている。
【００４５】
図３において、リング型共振器２の第２のリング型光導波路２２と光導波路２０を介して光学的に接続するように、２つの入力ポート端と２つの出力ポート端とを有する２×２の光スイッチ５２が設けられている。具体的には、リング型共振器２の第２のリング型光導波路２２と光学的に結合するように近接して配置された光導波路２０の両端は、この光スイッチ５２の２つの入力光導波路１５にそれぞれ接続されている。光スイッチ５２の２つの出力光導波路のうち、少なくとも一方の出力光導波路１７の出射端は、所定の反射率になるように誘電体多層膜１８が施されている。ここでは、例えば２０％の反射率となるように、誘電体多層膜１８が施されている。この誘電体多層膜１８が設けられた出力光導波路１７が、波長可変共振器１の出力ポートとなる。
【００４６】
また、光スイッチ５２を構成する光導波路の上部には、導波路の屈折率を変化させるためのヒータ５１が形成されている。
【００４７】
続いて、本実施の形態の波長可変レーザ光源の動作機構について、図４を用いて詳細に説明する。図４は、実施の形態２に係る波長可変レーザ光源において、片方の光増幅器を駆動させた場合の光波の共振経路の様子を示す模式図である。図４（ａ）は長波帯での発振動作を示す模式図であり、図４（ｂ）は短波帯での発振動作を示す模式図である。
【００４８】
長波帯の利得スペクトルを有する第２の半導体光増幅器１２をＯＮ状態（駆動電流を注入した状態）にすると共に、短波側の利得スペクトルを有する第１の半導体光増幅器１１をＯＦＦ状態（駆動電流を注入しない状態）にした場合の光波の経路を、図４（ａ）に示す。
【００４９】
第２の半導体光増幅器１２から出力された誘導放出光の波長スペクトル成分の中で、第１のリング型光導波路２１と第２のリング型光導波路２２の両方に共振する成分は、点線に示すような経路を伝搬する。すなわち、第２の半導体光増幅器１２から、光導波路１９、第１のリング型光導波路２１、第２のリング型光導波路２２、光導波路２０、入力光導波路１５を順に経由して、光スイッチ５２へと伝搬する。光スイッチ５２では、誘電体多層膜１８が設けられた側の出力光導波路１７に出力されるように、ヒータ５１により経路の調整が行われる。すなわち、誘電体多層膜１８が設けられた側の出力光導波路１７により所望する大きさの光出力が得られるように、駆動電流が注入された側の半導体光増幅器に合わせて光スイッチ５２の経路が切り換えられる。その後、誘電体多層膜１８からなる半反射端面で伝搬した誘導放出光の一部が反射して、再び逆の経路を辿って第２の半導体光増幅器１２に戻ることになる。すなわち、波長可変共振器１の点線で示す共振経路６１でレーザ発振が生じる。
【００５０】
一方、第２の半導体光増幅器１２から出力された誘導放出光の中で、第１のリング型光導波路２１と第２のリング型光導波路２２に共振しない成分は、一点鎖線に示すような非共振経路６２を伝搬する。すなわち、第２の半導体光増幅器１２から、光導波路１９を経由して、第１の半導体光増幅器１１に入力されることになる。この時、第１の半導体光増幅器１１はＯＦＦ状態であり、入力された非共振成分は吸収されて、第２の半導体光増幅器１２に戻ることはない。
【００５１】
従って、この動作においては、長波側の利得分布によりレーザ発振が生じ、その長波帯域の波長可変が、第１のリング型光導波路２１と第２のリング型光導波路２２からなる２重リング型共振器のＦＳＲの範囲で可能となる。
【００５２】
これに対し、短波帯の利得スペクトルを有する第１の半導体光増幅器１１をＯＮ状態（駆動電流を注入した状態）にすると共に、長波側の利得スペクトルを有する第２の半導体光増幅器１２をＯＦＦ状態（駆動電流を注入しない状態）にした場合の光波の経路を、図４（ｂ）に示す。
【００５３】
第１の半導体光増幅器１１から出力された誘導放出光の波長スペクトル成分の中で、第１のリング型光導波路２１と第２のリング型光導波路２２の両方に共振する成分は、点線に示すような経路を伝搬する。すなわち、第２の半導体光増幅器１２から、光導波路１９、第１のリング型光導波路２１、第２のリング型光導波路２２、光導波路２０、入力光導波路１５を順に経由して、光スイッチ５２へと伝搬する。光スイッチ５２では、誘電体多層膜１８が設けられた側の出力光導波路１７に出力されるように、ヒータ５１により経路の調整が行われる。すなわち、誘電体多層膜１８が設けられた側の出力光導波路１７により所望する大きさの光出力が得られるように、駆動電流が注入された側の半導体光増幅器に合わせて光スイッチ５２の経路が切り換えられる。その後、誘電体多層膜１８からなる半反射端面で伝搬した誘導放出光の一部が反射して、再び逆の経路を辿って第１の半導体光増幅器１１に戻ることになる。すなわち、波長可変共振器１の点線で示す共振経路６３でレーザ発振が生じる。
【００５４】
一方、第１の半導体光増幅器１１から出力された誘導放出光の中で、第１のリング型光導波路２１と第２のリング型光導波路２２に共振しない成分は、一点鎖線に示すような非共振経路６４を伝搬する。すなわち、第１の半導体光増幅器１１から、光導波路１９を経由して、第２の半導体光増幅器１２に入力されることになる。この時、第２の半導体光増幅器１２はＯＦＦ状態であり、入力された非共振成分は吸収されて、第１の半導体光増幅器１１に戻ることはない。
【００５５】
従って、この動作においては、短波側の利得分布によりレーザ発振が生じ、その短波帯域の波長可変が、第１のリング型光導波路２１と第２のリング型光導波路２２からなる２重リング型共振器のＦＳＲの範囲で可能となる。
【００５６】
以上のように、本実施の形態では、リング型共振器２に光スイッチ５２を組み合わせた構成の波長可変共振器１を用いている。３ｄＢ合分波器１６に代えて、光スイッチ５２を利用することにより、３ｄＢ合分波器１６で原理的に生じる３ｄＢの過剰損失を回避できる。従って、波長可変レーザ光源において、波長可変共振器１の内部過剰損失を低減することができる。また、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
【００５７】
実施の形態３．
本発明の第３の実施の形態に係る波長可変レーザ光源の構成について、図５を用いて説明する。図５は、実施の形態３に係る波長可変レーザ光源の概略構成を示す模式図である。
【００５８】
本実施の形態では、実施の形態１と異なる構成の波長可変共振器１が、波長可変レーザ光源に設けられている。具体的には、本実施の形態の波長可変共振器１は、複数のリング型光導波路が光学的に結合されたリング型共振器３と、このリング型共振器３と光導波路を介して光学的に接続された３ｄＢ合分波器１６とを有している。本実施の形態のリング型共振器３は、２つのリング型光導波路を有する実施の形態１のリング型共振器２と異なり、３つのリング型光導波路（第１のリング型光導波路３１、第２のリング型光導波路３２、第３のリング型光導波路３３）を有している。すなわち、実施の形態１のリング型共振器２に代えて、本実施の形態では、リング型共振器３が形成されていて、それ以外の構成については実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同様、２つの入力ポートと１つの出力ポートを有する波長可変共振器１には、互いに利得波長スペクトルの異なる第１の半導体光増幅器１１と第２の半導体光増幅器１２とが並列接続されている。
【００５９】
具体的には、図５に示すように、ＳＯＩ基板１０には、第１のリング型光導波路３１に対して、第２のリング型光導波路３２と第３のリング型光導波路３３が、光導波路３７を介して光学結合するように近接して配置されている。光導波路３７は、直線状に形成されている。光導波路３７には、第１のリング型光導波路３１との光学的な近接結合の位置に対して互いに対称な位置で、第２のリング型光導波路３２と第３のリング型光導波路３３が光学的近接接合されている。第２のリング型光導波路３２及び第３のリング型光導波路３３は、第１のリング型光導波路３１と周囲長が僅かに異なっており、光路長が異なっている。
【００６０】
また、第１のリング型光導波路３１の一部には、導波路の屈折率を変化させるためのヒータ３４が形成されている。同様に、第２のリング型光導波路３２の一部に、導波路の屈折率を変化させるためのヒータ３５と、第３のリング型光導波路３３の一部に、導波路の屈折率を変化させるためのヒータ３６とが、それぞれ形成されている。ヒータ３４、３５、３６は、リング型光導波路の上、下、または横など、導波路のコア層の温度を変化させることが可能な範囲に位置されている。ここでは、各リング型光導波路の上部に、ヒータ３４、３５、３６がそれぞれ配設されている。なお、リング型光導波路近傍にヒータを設ける場合について説明したが、導波路の屈折率を変化させて波長特性をチューニングするための電極構造であればヒータ以外のものを用いてもよい。
【００６１】
このように、本実施の形態では、３つのリング型光導波路が直線状の光導波路３７を介して互いに光学的に接続されたリング型共振器３が用いられている。リング型共振器３の第２のリング型光導波路３２には、光導波路３８が光学的に結合するように近接して配置されている。また、リング型共振器３の第３のリング型光導波路３３には、光導波路３９が光学的に結合するように近接して配置されている。光導波路３８、３９は、ともに２×１の３ｄＢ合分波器１６に接続され、３ｄＢ合分波器１６の入力光導波路となる。３ｄＢ合分波器１６の出力光導波路１７の出力端は、実施の形態１と同様、所定の反射率になるように誘電体多層膜１８が施されている。ここでは、例えば２０％の反射率となるように、誘電体多層膜１８が施されている。なお、第２のリング型光導波路３２と結合する部分の光導波路３８と、第３のリング型光導波路３３と結合する部分の光導波路３９は、直線状に形成されている。
【００６２】
一方、リング型共振器３の第１のリング型光導波路３１には、光導波路１９が光学的に結合するように近接して配置されている。この光導波路１９の両端には、実施の形態１と同様、利得スペクトルの異なる２つの半導体増幅器（第１の半導体光増幅器１１、第２の半導体光増幅器１２）が、それぞれ光学的に結合するように配置されている。なお、第１のリング型光導波路３１と結合する部分の光導波路１９は、直線状に形成されている。
【００６３】
続いて、本実施の形態の波長可変レーザ光源の動作機構について、図６を用いて詳細に説明する。図６は、実施の形態３に係る波長可変レーザ光源において、片方の光増幅器を駆動させた場合の光波の共振経路の様子を示す模式図である。図６（ａ）は長波帯での発振動作を示す模式図であり、図６（ｂ）は短波帯での発振動作を示す模式図である。
【００６４】
長波帯の利得スペクトルを有する第２の半導体光増幅器１２をＯＮ状態（駆動電流を注入した状態）にすると共に、短波側の利得スペクトルを有する第１の半導体光増幅器１１をＯＦＦ状態（駆動電流を注入しない状態）した場合の光波の経路を、図６（ａ）に示す。
【００６５】
第２の半導体光増幅器から出力された誘導放出光の波長スペクトル成分の中で、第１のリング型光導波路３１と第３のリング型光導波路３３の両方に共振する成分は、点線に示すような経路を伝搬する。すなわち、第２の半導体光増幅器１２から、光導波路１９、第１のリング型光導波路３１、光導波路３７、第３のリング型光導波路３３、光導波路３９、３ｄＢ合分波器１６を順に経由して、出力光導波路１７へと伝搬する。そして、誘電体多層膜１８からなる半反射端面で伝搬した誘導放出光の一部が反射し、再び逆の経路を辿って第２の半導体光増幅器１２に戻ることになる。すなわち、波長可変共振器１の点線で示す共振経路８１でレーザ発振が生じる。
【００６６】
一方、第２の半導体光増幅器から出力された誘導放出光の中で、第１のリング型光導波路３１と第３のリング型光導波路３３に共振しない成分は、一点鎖線に示すような非共振経路８２を伝搬する。すなわち、第２の半導体光増幅器１２から、光導波路１９を経由して、第１の半導体光増幅器１１に入力されることになる。この時、第１の半導体光増幅器１１はＯＦＦ状態であり、入力された非共振成分は吸収されて、第２の半導体光増幅器１２に戻ることはない。
【００６７】
従って、この動作においては、長波側の利得分布によりレーザ発振が生じ、その長波帯域の波長可変が、第１のリング型光導波路３１と第３のリング型光導波路３３からなる２重リング共振器のＦＳＲの範囲で可能となる。
【００６８】
これに対し、短波帯の利得スペクトルを有する第１の半導体光増幅器１１をＯＮ状態（駆動電流を注入した状態）すると共に、長波側の利得スペクトルを有する第２の半導体光増幅器１２をＯＦＦ状態（駆動電流を注入しない状態）した場合の光波の経路を、図６（ｂ）に示す。
【００６９】
第１の半導体光増幅器１１から出力された誘導放出光の波長スペクトル成分の中で、第１のリング型光導波路３１と第２のリング型光導波路３２の両方に共振する成分は、点線に示すような経路を伝搬する。すなわち、第１の半導体光増幅器１１から、光導波路１９、第１のリング型光導波路３１、光導波路３７、第２のリング型光導波路３２、光導波路３８、３ｄＢ合分波器１６を順に経由して、出力光導波路１７へと伝搬する。そして、誘電体多層膜１８からなる半反射端面で伝搬した誘導放出光の一部が反射し、再び逆の経路を辿って第１の半導体光増幅器１１に戻ることになる。すなわち、波長可変共振器１の点線で示す共振経路８３でレーザ発振が生じる。
【００７０】
一方、第１の半導体光増幅器１１から出力された誘導放出光の中で、第１のリング型光導波路３１と第２のリング型光導波路３２に共振しない成分は、一点鎖線に示すような非共振経路８４を伝搬する。すなわち、第１の半導体光増幅器１１から、光導波路１９を経由して、第２の半導体光増幅器１２に入力されることになる。この時、第２の半導体光増幅器１２はＯＦＦ状態であり、入力された非共振成分は吸収されて、第１の半導体光増幅器１１に戻ることはない。
【００７１】
従って、この動作においては、短波側の利得分布によりレーザ発振が生じ、その短波帯域の波長可変が、第１のリング型光導波路３１と第２のリング型光導波路３２からなる２重リング共振器のＦＳＲの範囲で可能となる。
【００７２】
以上のように、本実施の形態では、互いのリング型光導波路が直線状の光導波路３７を介して光学結合したリング型共振器３を用いている。これにより、リング型光導波路同士の光学結合を無くすことができる。すなわち、波長可変共振器１における光学結合は、リング型光導波路と直線状の光導波路との光学結合に統一されることとなる。ここで、波長可変共振器１が、リング型光導波路同士の光学結合と、リング型光導波路と直線状の光導波路の光学結合が共存する場合、それぞれの結合の強さには、ある一定の関係を設定する必要があり、製作精度の点からより厳しい製造上の制御が必要となる。本実施の形態では、波長可変共振器１が、リング型光導波路と直線状の光導波路の光学結合に統一されているので、各直線状の光導波路とリング型光導波路の光学的な結合の強さは、それぞれの部分で同一に設定することができる。従って、製造上の制御をより容易にすることができる。また、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
【００７３】
なお、実施の形態３は、適宜、実施の形態１、２と組み合わせて用いることができる。すなわち、本実施の形態では、３つのリング型光導波路を有するリング型共振器３に、２×１の３ｄＢ合分波器１６を組み合わせて用いる場合について例示的に説明をしたが、それに限定されるものではない。３つのリング型光導波路を有するリング型共振器３に、実施の形態２で示した光スイッチ５２を組み合わせて用いてもよい。また、２×２の３ｄＢ合分波器を組み合わせて用いることもできる。
【００７４】
実施の形態４．
本発明の第４の実施の形態に係る波長可変レーザ光源の構成について、図７を用いて説明する。図７は、実施の形態４に係る波長可変レーザ光源の概略構成を示す模式図である。本実施の形態では、２つのリング型光導波路と３ｄＢ合分波器とを主な構成要素とする波長可変共振器１の小型化を可能にする波長可変レーザ光源の例について説明する。
【００７５】
本実施の形態では、実施の形態１と異なる構成の波長可変共振器１が、波長可変レーザ光源に設けられている。それ以外の構成については実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。すなわち、本実施の形態では、実施の形態１と同様、２つの入力ポートと１つの出力ポートとを少なくとも有する波長可変共振器１には、互いに利得波長スペクトルの異なる第１の半導体光増幅器１１と第２の半導体光増幅器１２とが並列接続されている。
【００７６】
図７において、本実施の形態の波長可変共振器１は、周囲長の異なる２つのリング型光導波路が光導波路を介して互いに光学接続されたリング型共振器１２０と、このリング型共振器１２０と光学的に接続された３ｄＢ合分波器１１７とを有している。
【００７７】
具体的には、ＳＯＩ基板１０において、第１のリング型光導波路１２１と第２のリング型光導波路１２２のそれぞれに光学的に結合するように、光導波路１２５が近接して配置されている。すなわち、１本の光導波路１２５が第１のリング型光導波路１２１と第２のリング型光導波路１２２のそれぞれに近接配置されることによって、第１のリング型光導波路１２１と第２のリング型光導波路１２２とが互いに光学接続された構成となっている。第２のリング型光導波路１２２は、第１のリング型光導波路１２１と周囲長が僅かに異なっており、光路長が異なっている。
【００７８】
第１のリング型光導波路１２１と第２のリング型光導波路１２２の近傍には、実施の形態１と同様、導波路の屈折率を変化させるためのヒータ１２３、１２４がそれぞれ形成されている。なお、導波路の屈折率を変化させて波長特性をチューニングするための電極構造であれば、ヒータ以外のものを用いてもよい。このように、光導波路１２５を介して光学的に結合された第１のリング型光導波路１２１と第２のリング型光導波路１２２とによって、リング型共振器１２０が構成されている。
【００７９】
リング型共振器１２０には、２つの入力ポート端と２つの出力ポート端とを有する２×２の３ｄＢ合分波器１１７が光学的に結合するように近接して配置されている。すなわち、第１のリング型光導波路１２１と第２のリング型光導波路１２２とが、３ｄＢ合分波器１１７の２つの出力光導波路１１８，１１９にそれぞれ光学的に結合するように近接して配置されている。一方、３ｄＢ合分波器１１７の入力光導波路１１５、１１６には、それぞれ、利得スペクトルの異なる２つの半導体光増幅器（第１の半導体光増幅器１１、第２の半導体光増幅器１２）のそれぞれの一端が光学的に接続されている。従って、３ｄＢ合分波器１１７の２つの入力光導波路１１５，１１６が、波長可変共振器１の入力ポートとなる。なお、実施の形態１と同様、第１の半導体光増幅器１１と第２の半導体光増幅器１２の反対側の端面には高反射膜（高反射誘電体膜）１３，１４がそれぞれ施された構成となっている。
【００８０】
さらに、２つのリング型光導波路を光学接続する光導波路１２５の一部には、光波パワーを取り出すための光導波路が光学的に結合するように近接して配置されている。ここでは、光導波路１２５に光学的に結合するように、光合分波器１３１が近接して配置されている。そして、光合分波器１３１の出力光導波路１３２、１３３の端面（それぞれ、出力光導波路端１３４、１３５）に、図示しない光学反射防止膜が施されている。
【００８１】
続いて、本実施の形態の波長可変レーザ光源の動作機構について説明する。短波側の利得スペクトルを有する第１の半導体光増幅器１１か長波側の利得スペクトルを有する第２の半導体光増幅器１２のどちらか一方を駆動させると、駆動された側の半導体光増幅器から出力された誘導放出光は３ｄＢ合分波器１１７により２分岐される。３ｄＢ合分波器１１７により分岐されたそれぞれの光波において、第１のリング型光導波路１２１及び第２のリング型光導波路１２２に共振する波長成分のみが、光導波路１２５を介して再び３ｄＢ合分波器１１７へと戻る。そして、駆動されている側の半導体光増幅器に帰還する。
【００８２】
この半導体光増幅器の一端には高反射膜が付加されているので、リング型共振器１２０を含む波長可変共振器１と半導体光増幅器の間を特定波長の光波が往復する。これにより、レーザ発振が生じることになる。レーザ発振光は、光合分波器１３１に部分的に結合されて、光導波路端面１３５から外部に出力される。第１のリング型光導波路１２１及び第２のリング型光導波路１２２に付加された、導波路実効屈折率を変更するためのヒータ１２３、１２４により、発振波長をチューニングすることが可能となる。
【００８３】
以上のような構成とすることにより、本実施の形態では、２つのリング型光導波路と３ｄＢ合分波器１１７とを主な構成要素とする波長可変共振器１を小型化できる。また、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
【００８４】
実施の形態５．
本発明の第５の実施の形態に係る波長可変レーザ光源の構成について、図８を用いて説明する。図８は、実施の形態５に係る波長可変レーザ光源の概略構成を示す模式図である。本実施の形態では、出力光強度を向上させるための手段として２×２の方向性結合器型スイッチを実施の形態４に付加した構成の波長可変レーザ光源の例について説明する。
【００８５】
本実施の形態では、実施の形態４と異なる構成の波長可変共振器１が、波長可変レーザ光源に設けられている。それ以外の構成については実施の形態４と同様であるため、説明を省略する。すなわち、本実施の形態では、実施の形態４と同様、２つの入力ポートと１つの出力ポートとを少なくとも有する波長可変共振器１には、互いに利得波長スペクトルの異なる第１の半導体光増幅器１１と第２の半導体光増幅器１２とが並列接続されている。
【００８６】
図８において、本実施の形態の波長可変共振器１は、周囲長の異なる２つのリング型光導波路が光導波路を介して互いに光学接続されたリング型共振器１２０と、このリング型共振器１２０と光学的に接続された２×２の３ｄＢ合分波器１１７と、２つの入力ポート端と２つの出力ポート端とを有する２×２の光スイッチ１５０と、を有している。
【００８７】
具体的には、ＳＯＩ基板１０には、実施の形態４と同様、第１のリング型光導波路１２１と第２のリング型光導波路１２２のそれぞれに光学的に結合するように、光導波路１２５が近接して配置されることによって、リング型共振器１２０が構成されている。また、第１のリング型光導波路１２１と第２のリング型光導波路１２２とが、３ｄＢ合分波器１１７の２つの出力光導波路１１８，１１９にそれぞれ光学的に結合するように近接して配置されている。そして、３ｄＢ合分波器１１７の入力光導波路１１５、１１６には、それぞれ、利得スペクトルの異なる２つの半導体光増幅器（第１の半導体光増幅器１１、第２の半導体光増幅器１２）のそれぞれの一端が光学的に接続されている。
【００８８】
本実施の形態では、２つの半導体光増幅器（第１の半導体光増幅器１１、第２の半導体光増幅器１２）のそれぞれの他端は、光スイッチ１５０の２つの入力光導波路１５１、１５２にそれぞれ接続されている。この光スイッチ１５０は、２つの３ｄＢ合分波器１５３、１５７と、２本の光導波路１５４、１５５と、位相シフター１５６とを含むマッハツェンダー型光スイッチである。位相シフター１５６の一例として、実施の形態２と同様、ヒータを用いてもよい。光スイッチ１５０の２つの出力光導波路１５８、１５９のうち、少なくとも一方の出力光導波路の出射端は、所定の反射率になるように図示しない誘電体多層膜（誘電体膜）が施されている。ここでは、出力光導波路１５８の出力光導波路端１６０に、例えば光学反射率が５％から１０％程度の誘電体膜が施されている。この誘電体膜の設けられた出力光導波路端１６０が、波長可変共振器１の出力ポートとなる。
【００８９】
続いて、本実施の形態の波長可変レーザ光源の動作機構について説明する。短波側の利得スペクトルを有する第１の半導体光増幅器１１か長波側の利得スペクトルを有する第２の半導体光増幅器１２のどちらか一方を駆動させると、駆動された側の半導体光増幅器から出力された誘導放出光は、リング型共振器１２０を伝搬し、特定の波長光成分のみが駆動されている側の半導体光増幅器に再び帰還する。
【００９０】
また、駆動された側の半導体光増幅器から光スイッチ１５０の３ｄＢ合分波器１５３へ導波した誘導放出光は、位相シフター１５６により出力光導波路端１６０へ導波するように位相調整される。そして、この出力光導波路端１６０において反射された一部の光波成分は、駆動されている側の半導体光増幅器へ再び戻ることになる。これにより、駆動されている側の半導体光増幅器を挟んで、リング型共振器１２０と出力光導波路端１６０との間で光共振器が形成されて、レーザ発振が生じ、その出力光が出力光導波路端１６０から出力されることになる。レーザ発振光のチューニング可能な波長帯は、利得波長帯の異なる２つの半導体光増幅器（第１の半導体光増幅器１１、第２の半導体光増幅器１２）のどちらか一方のみ動作させることにより適宜選択することが可能である。
【００９１】
以上のような構成とすることにより、本実施の形態では、出力光強度を向上させることができる。また、実施の形態１、４と同様の効果を奏することができる。
【００９２】
実施の形態６．
本発明の第６の実施の形態に係る波長可変レーザ光源の構成について、図９を用いて説明する。図９は、実施の形態６に係る波長可変レーザ光源の概略構成を示す模式図である。本実施の形態では、電気信号を光信号に変換する光変調器を集積した波長可変レーザ光源の例について説明する。
【００９３】
図９において、本実施の形態の波長可変共振器１は、周囲長の異なる２つのリング型光導波路が光導波路を介して互いに光学接続されたリング型共振器１２０と、このリング型共振器１２０と光学的に接続された２×２の３ｄＢ合分波器１１７と、を有している。
【００９４】
具体的には、ＳＯＩ基板１０には、実施の形態４と同様、第１のリング型光導波路１２１と第２のリング型光導波路１２２のそれぞれに光学的に結合するように、光導波路１２５が近接して配置されることによって、リング型共振器１２０が構成されている。また、第１のリング型光導波路１２１と第２のリング型光導波路１２２とが、３ｄＢ合分波器１１７の２つの出力光導波路１１８，１１９にそれぞれ光学的に結合するように近接して配置されている。なお、第１のリング型光導波路１２１と第２のリング型光導波路１２２の上部には、導波路の実効屈折率を変化させるためのヒータ１２３、１２４がそれぞれ形成されている。
【００９５】
本実施の形態では、３ｄＢ合分波器１１７の入力光導波路１１５，１１６には、それぞれ、半導体光増幅器１１１と光変調器１１２のそれぞれの一端が光学的に接続されている。半導体光増幅器１１１の他端には、高反射膜１１３が付加されている。一方、光変調器１１２の他端には、反射防止膜１１４が付加されている。
【００９６】
続いて、本実施の形態の波長可変レーザ光源の動作機構について説明する。半導体光増幅器１１１を駆動させると、この半導体光増幅器１１１から出力された誘導放出光は、入力光導波路１１５を伝搬して３ｄＢ合分波器１１７により２方向に分岐される。３ｄＢ合分波器１１７により分岐された光波は、それぞれ、出力光導波路１１８，１１９を伝搬し、第１のリング型光導波路１２１及び第２のリング型光導波路１２２に共振する波長成分の光波のみが、出力光導波路１１８，１１９を通過して再び３ｄＢ合分波器１１７へと戻る。そして、一部の光波は、入力光導波路１１６を伝搬した後に光変調器１１２に入力される。また、他の光波成分は入力光導波路１１５を伝搬して半導体光増幅器１１１に再帰し、高反射膜１１３で反射される。
【００９７】
即ち、本実施の形態では、半導体光増幅器１１１を介して高反射膜１１３とリング型共振器１２０との間で光波の往復が生じることによって、レーザ発振が起こり、発振光の一部が光変調器１１２を通過して外部に出力される構造となっている。
【００９８】
このように、本実施の形態の波長可変レーザ光源は、周囲長の異なる２つのリング型光導波路が光導波路を介して互いに光学接続されたリング型共振器１２０、及びこのリング型共振器１２０と光学的に接続された２×２の３ｄＢ合分波器１１７を含む波長可変共振器１と、この波長可変共振器１に並列接続された半導体光増幅器１１１及び光変調器１１２とを備えて構成されている。これにより、光変調器１１２を半導体光増幅器１１１と同様の形態で集積することが可能である。従って、実装工程の共通化、低コスト化を図ることができる。
【００９９】
以上の説明は、本発明の実施の形態を説明するものであり、本発明が以上の実施の形態に限定されるものではない。また、当業者であれば、以上の実施の形態の各要素を、本発明の範囲において、容易に変更、追加、変換することが可能である。
【符号の説明】
【０１００】
１  波長可変共振器、２、３  リング型共振器、１０  基板、
１１  第１の半導体光増幅器、１２  第２の半導体光増幅器、
１３、１４  高反射膜、１５  入力光導波路、
１６  ３ｄＢ合分波器、１７  出力光導波路、
１８  誘電体多層膜、１９、２０  光導波路、
２１  第１のリング型光導波路、２２  第２のリング型光導波路、
２３、２４  ヒータ、３１  第１のリング型光導波路、
３２  第２のリング型光導波路、３３  第３のリング型光導波路、
３４、３５、３６  ヒータ、３７、３８、３９  光導波路、
４１  共振経路、４２  非共振経路、
４３  共振経路、４４  非共振経路、
５１  ヒータ、５２  光スイッチ、
６１  共振経路、６２  非共振経路、
６３  共振経路、６４  非共振経路、
８１  共振経路、８２  非共振経路、
８３  共振経路、８４  非共振経路、
１１１  半導体光増幅器、１１２  光変調器、
１１３  光反射膜、１１４  反射防止膜、
１１５、１１６  入力光導波路、１１７  ３ｄＢ合分波器、
１１８、１１９  出力光導波路、１２０  リング型共振器、
１２１、１２２  リング型光導波路、１２３、１２４  ヒータ、
１２５  光導波路、１３１  光合分波器、
１３２、１３３  出力光導波路、１３４、１３５  出力光導波路端、
１５０  光スイッチ、１５１、１５２  入力光導波路、
１５３  ３ｄＢ合分波器、１５４、１５５  光導波路、
１５６  位相シフター、１５７  ３ｄＢ合分波器、
１５８、１５９  出力光導波路、１６０  出力光導波路端
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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