(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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複数の波長可変共振フィルターを含む波長可変共振器と、
前記波長可変共振器と光学的に接続された光増幅器と、
前記波長可変共振器に含まれる複数の前記波長可変共振フィルターの透過ピークが一致した波長でレーザ発振し、かつ、前記透過ピーク波長を外部制御によりチューニングできる機構と、を備え、
前記波長可変共振器は、前記波長可変共振フィルターを少なくとも２つ有し、
２つの前記波長可変共振フィルターは、共振の強さの波長依存性が互いに逆方向で相補的に働くように構成されており、
２つの前記波長可変共振フィルターは、リング状光導波路とそれに近接配置された直線状光導波路からなる平面光回路で構成された、第１のリング型光共振器及び第２のリング型光共振器であり、
前記第１のリング型光共振器を構成する直線状光導波路の一部とリング状光導波路の一部からなる方向性結合器と、前記第２のリング型光共振器を構成する直線状光導波路の一部とリング状光導波路の一部からなる方向性結合器とは、一方が波長に対して光学結合度が増加し、他方が波長に対して光学結合度が減少するように、結合器長、結合器幅、及び導波路コアを覆うクラッド層の屈折率のいずれか１つ以上が異なっており、
前記第１のリング型光共振器を構成する前記方向性結合器の結合定数および結合器長をそれぞれＫ１、Ｌ１とし、前記第２のリング型光共振器を構成する前記方向性結合器の結合定数および結合器長をそれぞれＫ２、Ｌ２としたとき、Ｋ１、Ｋ２、Ｌ１、Ｌ２の間に、
Ｋ２×Ｌ２−Ｋ１×Ｌ１＝π×（２ｎ＋１）
（ただし、ｎ＝０、１、２、３・・・・）
が成り立つように設定されている
ことを特徴する波長可変レーザ光源。
【請求項２】
前記第１のリング型光共振器と前記第２のリング型光共振器を構成する平面光回路が、ＳＯＩ基板上に形成されたシリコン層をコア層とする光回路であることを特徴とする請求項１に記載の波長可変レーザ光源。
【請求項３】
前記第１のリング型光共振器と前記第２のリング型光共振器を構成する平面光回路が、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、又はシリコン窒酸化膜を主成分とするコア層を有する光導波路で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の波長可変レーザ光源。
【請求項４】
前記第１のリング型光共振器と前記第２のリング型光共振器を構成する平面光回路が、化合物半導体材料の光導波路で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の波長可変レーザ光源。
【請求項５】
前記第１のリング型光共振器と前記第２のリング型光共振器の上部にそれぞれヒーターが設置され、
前記ヒーターの加熱による熱光学効果により光導波路の屈折率を変化せしめて共振ピーク波長を変え、レーザ発振波長をチューニングすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の波長可変レーザ光源。
【請求項６】
前記第１のリング型光共振器と前記第２のリング型光共振器を構成する光導波路がＰＩＮ構造にドープされた構成を有し、
前記ＰＩＮ構造に電流注入または電圧印加することにより生じる電気光学効果により光導波路の屈折率を変化せしめて共振ピーク波長を変え、レーザ発振波長をチューニングすることを特徴とする請求項４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、良好な特性が得られている。
【０００６】
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。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【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】
【０００８】
ところで、リング型光共振器を用いた波長可変光源では、リング導波路と直線光導波路を光学結合する方向性結合器の結合度に波長依存性があるために、光共振器全体の波長共振スペクトルの形状に歪みが生じるという問題がある。この歪みは、安定な単一モード発振を阻害し波長可変範囲を狭める要因となっている。この問題を解決することにより、良好な波長共振スペクトルに改善し、波長可変範囲を拡大することが可能となる。この波長共振スペクトルの歪みを改善する新たな構造を提案し、Ｃ，Ｌ両帯域を一つの光源でカバーできる波長可変レーザ光源を提供することが望まれている。
【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、波長可変範囲の広帯域化を実現することが可能な波長可変レーザ光源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】
本発明にかかる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複数の波長可変共振フィルターを含む波長可変共振器と、前記波長可変共振器と光学的に接続された光増幅器と、前記波長可変共振器に含まれる複数の前記波長可変共振フィルターの透過ピークが一致した波長でレーザ発振し、かつ、前記透過ピーク波長を外部制御によりチューニングできる機構と、を備え、前記波長可変共振器は、前記波長可変共振フィルターを少なくとも２つ有し、２つの前記波長可変共振フィルターは、共振の強さの波長依存性が互いに逆方向で相補的に働くように構成されていることを特徴するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、波長可変範囲の広帯域化を実現することが可能な波長可変レーザ光源を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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に係る方向性結合器の導波路構造の特徴を示す平面模式図である。
【図３】実施の形態１に係る第１のリング型光共振器における共振強さと波長の関係を説明するための図である。
【図４】実施の形態１に係る第１のリング型光共振器の方向性結合器の分岐特性を説明するための図である。
【図５】実施の形態１に係る第２のリング型光共振器における共振強さと波長の関係を説明するための図である。
【図６】実施の形態１に係る第２のリング型光共振器の方向性結合器の分岐特性を説明するための図である。
【図７】実施の形態１に係る波長可変共振器全体の反射強度の波長スペクトルを示すグラフである。
【図８】従来の波長可変レーザ光源における波長可変共振器全体の反射強度の波長スペクトルを示すグラフである。
【図９】実施の形態２に係る方向性結合器の導波路構造の特徴を示す平面模式図である。
【図１０】実施の形態３に係る方向性結合器の導波路構造の特徴を示す平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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２つの波長可変共振フィルターと、光増幅器とを備えている。そして、波長可変レーザ光源は、２つの波長可変共振フィルターの透過ピークが一致した波長でレーザ発振し、かつ、透過ピーク波長を外部制御によりチューニングできる機構を有している。２つの波長可変共振フィルターは、共振の強さ（Ｑ値＝波長／スペクトル半値全幅）の波長依存性が互いに逆方向で相補的に働くように設定されており、これによって、波長可変共振器全体として共振強さの波長依存性が小さくなるように構成されている。
【００１４】
具体的には、２つの波長可変共振フィルターは、リング状の光導波路と、それに近接配置された直線状の導波路からなる平面光回路で構成された、２つのリング型光共振器である。ここで、一方のリング型光共振器（第１のリング型光共振器）を構成する、直線状光導波路とリング状光導波路からなる方向性結合器の結合定数および結合器長をそれぞれＫ１、Ｌ１とする。そして、他方のリング型光共振器（第２のリング型光共振器）を構成する、直線状光導波路とリング状光導波路からなる方向性結合器の結合定数および結合器長をそれぞれＫ２、Ｌ２とする。このとき、Ｋ１、Ｋ２、Ｌ１、Ｌ２の間に、次の（１）式が成り立つように設定されていることを特徴としている。
Ｋ２×Ｌ２−Ｋ１×Ｌ１＝π×（２ｎ＋１）        ・・・（１）
（ただし、ｎ＝０、１、２、３・・・・）
【００１５】
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出来る光源である。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一般的である。波長可変範囲を増大させるため、共振周期の異なる複数の共振器を組み合わせることにより、共振器全体の共振スペクトルのエンベロープにおけるピーク波長間隔を拡大する手法がよく使われている。
【００１６】
しかしながら、個々の共振器の共振強さ（例えば、共振スペクトルピーク形状の半値幅）には波長依存性が存在する。そのため、共振器を複合させることにより共振強さの波長依存性も増大することになるが、広い波長範囲にわたって発振波長の制御を行うには、一定の波長間隔で均一な共振ピーク値を有する共振器を利用することが望ましい。本発明では、複数の共振器の共振強さの波長依存性が互いに補完し合って、全体として波長依存性の少ない共振器を形成できるように、互いに反対方向の波長依存性を持つ共振器が組み合わされている。これにより、広い波長範囲にわたって、安定な発振波長の制御が可能になる。
【００１７】
このように、本発明の波長可変レーザ光源は、特に、波長可変範囲の広帯域化と発振波長の安定性に優れた性質を有するものである。本発明の波長可変レーザ光源は、波長可変機構を担う光共振器の共振波長スペクトルの周期形状が広い波長に渡って均一であることから、広帯域の波長可変動作を安定に行うことができる。
【００１８】
そのため、例えばシリコン細線型光導波路のような波長依存性の大きな光導波特性を有する光回路に対して、特に顕著な効果を期待することができる。すなわち、波長可変範囲を犠牲にすることなく、シリコン導波路の特徴である光共振回路の小型化が可能であり、コンパクトな波長可変光源が実現できる。また、波長可変範囲を犠牲にすることなく、シリコン材料の特徴である高い熱光学効果を利用することにより波長可変動作の省電力化が実現できる。さらに、本発明の波長可変レーザ光源は、波長可変機構を担う光共振器の共振スペクトルが広い波長範囲にわたって均一な周期特性を有していることから、共振周期特性の歪を考慮した複雑な波長制御が不要である。従って、制御回路やソフトウエアー等のコストを低減できる。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
図１において、本実施の形態の波長可変レーザ光源は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板１に、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１００と、半導体光増幅器１０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。
【００２２】
具体的には、ＳＯＩ基板１には、第１のリング型光共振器１１０と第２のリング型光共振器１２０とを含む波長可変共振器１００が形成されている。第１のリング型光共振器１１０は、リング状光導波路１２と、このリング状光導波路１２に光学的に結合するように近接配置された直線状光導波路１４、５とからなる。そして、リング状光導波路１２の一部と直線状光導波路１４の一部とによって方向性結合器４が構成されている。また、リング状光導波路１２の一部と直線状光導波路５の一部とによって方向性結合器４が構成されている。
【００２３】
一方、第２のリング型光共振器１２０は、リング状光導波路１３と、このリング状光導波路１３に光学的に結合するように近接配置された直線状光導波路１５、５とからなる。そして、リング状光導波路１３の一部と直線状光導波路１５の一部とによって方向性結合器８が構成されている。また、リング状光導波路１３の一部と直線状光導波路５の一部とによって方向性結合器８が構成されている。
【００２４】
第１のリング型光共振器１１０と第２のリング型光共振器１２０とは、直線状光導波路５により光学的に接続されている。また、２つの直線状光導波路１４、１５は、１つの入力ポート端と２つの出力ポート端とを有する１×２のＭＭＩ（Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）構造の合分波器９により、１本の光導波路１６に光学的に結合されている。この光導波路１６は、ハイブリット実装された光増幅器１０の一方の入出力端と光学的に接続されている。そして、光増幅器１０の他方の入出力端には、適切な反射率のミラーが光学薄膜（ミラー用端面反射膜１１）を施すことにより形成されている。
【００２５】
また、第１のリング型光共振器１１０と第２のリング型光共振器１２０を構成するリング状光導波路１２、１３の上部には、導波路の実効屈折率を熱光学効果により変化させるためのヒーター３、７がそれぞれ配置された構成となっている。なお、ここではリング状光導波路１２、１３近傍にヒーターを設けたが、導波路の実効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、ヒーター以外のものを用いてもよい。
【００２６】
ここで、第１のリング型光共振器１１０を構成する方向性結合器４と、第２のリング型光共振器１２０を構成する方向性結合器８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に係る方向性結合器の導波路構造の特徴を示す平面模式図である。図２において、左側には第１のリング型光共振器１１０を構成する方向性結合器４の結合器部の構造の概略を示し、右側には第２のリング型光共振器１２０を構成する方向性結合器８の結合器部の構造の概略を示す。
【００２７】
本実施の形態では、第１のリング型光共振器１１０を構成する方向性結合器４と第２のリング型光共振器１２０を構成する方向性結合器８は、図２に示すように、結合器部の結合定数κが等しくなるように形成されているが、結合器の長さの差がπ／κとなるように設定されている。すなわち、方向性結合器４の長さＬ１と方向性結合器８の長さＬ２とが、Ｌ２−Ｌ１＝π／κの関係式を満たすように設定されている。なお、この関係式は、（１）式において、Ｋ１＝Ｋ２＝κ、ｎ＝０としたときに得られるものである。詳細については後述するが、このように方向性結合器４、８がそれぞれ異なるように構成されていることにより、共振強さの波長依存性を抑制することが可能となる。
【００２８】
続いて、本実施の形態に係る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１０に電流注入することにより発生する誘導放出光は、光導波路１６を伝播して合分波器９により直線状光導波路１４、１５の２方向に分波された後に、それぞれ第１のリング型光共振器１１０および第２のリング型光共振器１２０へ導波される。第１のリング型光共振器１１０と第２のリング型光共振器１２０のそれぞれの共振器に共通に共振する波長成分のみが直線状光導波路５を互いに逆向きに伝播した後に、再び合分波器９で合波されて、光導波路１６を導波する。そして、半導体光増幅器１０に再帰し、端面ミラー（ミラー用端面反射膜１１）により反射されて、前記同様の往復導波を繰り返す。これにより、レーザ発振が生じ、半導体光増幅器１０の一端から出力光が得られることになる。
【００２９】
また、第１のリング型光共振器１１０及び第２のリング型光共振器１２０の共振波長は、ヒーター３、７による導波路加熱により変化させることができるので、これによってレーザの発振波長をチューニングすることが可能となる。
【００３０】
ここで、本発明の特徴である共振強さの波長依存性を抑制する機構について詳細に説明する。まず、第１のリング型光共振器１１０の共振強さと波長の関係について、図３及び図４を用いて説明する。図３は、実施の形態１に係る第１のリング型光共振器における共振強さと波長の関係を説明するための図である。図４は、実施の形態１に係る第１のリング型光共振器の方向性結合器の分岐特性を説明するための図である。なお、図３は、第１のリング型光共振器１１０において、直線状光導波路１４から入力された光波がリング状光導波路１２を伝搬して直線状光導波路５へ出力される場合の共振波長スペクトルを示している。
【００３１】
図３から明らかなように、第１のリング型光共振器１１０においては、波長が長くなるに従い共振の強さが低下し、周期的なスペクトル形状の急峻さが低下していることがわかる。これは、図４に示すように、第１のリング型光共振器１１０を構成する方向性結合器４の結合分岐比（Ｐ／Ｐ０）が波長に対して増加するためである。その主要因は、Ｓｉコア層への光波の閉じ込めが弱くなり、隣接するＳｉコア層への結合が増すことによる。
【００３２】
一方、第２のリング型光共振器１２０の共振強さと波長の関係について、図５及び図６を用いて説明する。図５は、実施の形態１に係る第２のリング型光共振器における共振強さと波長の関係を説明するための図である。図６は、実施の形態１に係る第２のリング型光共振器の方向性結合器の分岐特性を説明するための図である。なお、図５は第２のリング型光共振器１２０において、直線状光導波路１５から入力された光波がリング状光導波路１３を伝搬して直線状光導波路５へ出力される場合の共振波長スペクトルを示している。
【００３３】
図５から明らかなように、第２のリング型光共振器１２０においては、波長が長くなるに従い共振の強さが増加し、周期的なスペクトル形状の急峻さが増していることがわかる。これは、図６に示すように、第２のリング型光共振器１２０を構成する方向性結合器８の結合分岐比（Ｐ／Ｐ０）が波長に対して低下するためである。すなわち、第２のリング型光共振器１２０では、方向性結合器８の結合器の長さを完全結合長よりも長く設定しているために、結合分岐比が波長に対して第１のリング型光共振器１１０の場合とは逆の振る舞いをすることによる。
【００３４】
ここで、上記のように構成された第１のリング型光共振器１１０と第２のリング型光共振器１２０とを伝搬して再び光導波路１６に戻る反射光の波長スペクトルを図７に示す。図７は、実施の形態１に係る波長可変共振器全体の反射強度の波長スペクトルを示すグラフである。図７から明らかなように、波長可変共振器１００全体としては、波長に対して傾斜のないスペクトルのエンベロープが得られていることがわかる。
【００３５】
一方、従来のように、第２のリング型光共振器１２０を第１のリング型光共振器１１０と同じ構成とした場合の波長可変レーザ光源において、光導波路１６に戻る反射光の波長スペクトルを図８に示す。図８は、従来の波長可変レーザ光源における波長可変共振器全体の反射強度の波長スペクトルを示すグラフである。図８に示すように、従来の構成では、光導波路１６に戻る反射光の波長スペクトルのエンベロープが波長に対して大きく傾斜し、波長可変範囲を狭めると共に安定発振を阻害する要因となる。この問題は、本実施の形態で示したように、２つの共振器に非対称性をもたせることにより解決できる。
【００３６】
以上のように、本実施の形態では、第１のリング型光共振器１１０の方向性結合器４と第２のリング型光共振器１２０の方向性結合器８について、一方が波長に対して光学結合度が増加し、他方が波長に対して光学結合度が減少するように、方向性結合器４、８の結合器長をそれぞれ異ならせている。これにより、波長可変共振器１００全体において、共振波長スペクトルの周期形状を広い波長に渡って均一とすることができる。従って、本実施の形態の波長可変レーザ光源によれば、広帯域の波長可変動作を安定に行うことができる。
【００３７】
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９を参照して説明する。図９は、実施の形態２に係る方向性結合器の導波路構造の特徴を示す平面模式図である。図９において、左側には第１のリング型光共振器１１０を構成する方向性結合器４の結合器部の構造の概略を示し、右側には第２のリング型光共振器１２０を構成する方向性結合器８の結合器部の構造の概略を示す。本実施の形態では、方向性結合器４、８の構成が実施の形態１と異なっているのみであり、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。
【００３８】
実施の形態１では、方向性結合器４、８の長さを非対称にすることにより結合強さを相異させて、波長可変共振器１００全体の波長スペクトルのエンベロープ傾斜を低減する例について説明をした。本実施の形態では、方向性結合器４、８の結合定数κを非対称にするにことにより結合強さを相異させて、波長可変共振器１００全体の波長スペクトルのエンベロープ傾斜を低減する例について説明する。
【００３９】
本実施の形態では、第１のリング型光共振器１１０を構成する方向性結合器４と第２のリング型光共振器１２０を構成する方向性結合器８は、図９に示すように、方向性結合器部の長さが同一であるが、シリコンコア層の幅（導波路幅）が互いに異なるように設定されている。すなわち、方向性結合器４の結合定数κ１と方向性結合器８の結合定数κ２とが、κ２＝κ１＋π／Ｌの関係式を満たすように、方向性結合器４の導波路幅Ｗ１が方向性結合器４の導波路幅Ｗ２よりも幅広に設定されている。なお、この関係式は、（１）式において、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ、ｎ＝０としたときに得られるものである。
【００４０】
狭いコア層幅を有する方向性結合器では、完全結合をこえた状態での光学結合が生じており、他方の方向性結合器とは逆向きの波長依存性が生じている。これにより、実施の形態１と同様に、波長可変共振器１００全体の波長スペクトルのエンベロープ傾斜を低減することが可能となっている。
【００４１】
以上のように、本実施の形態では、第１のリング型光共振器１１０の方向性結合器４と第２のリング型光共振器１２０の方向性結合器８について、一方が波長に対して光学結合度が増加し、他方が波長に対して光学結合度が減少するように、方向性結合器４、８の導波路幅をそれぞれ異ならせている。これにより、波長可変共振器１００全体において、共振波長スペクトルの周期形状を広い波長に渡って均一とすることができる。従って、本実施の形態の波長可変レーザ光源によれば、広帯域の波長可変動作を安定に行うことができる。
【００４２】
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１０を参照して説明する。図１０は、実施の形態３に係る方向性結合器の導波路構造の特徴を示す平面模式図である。図１０において、左側には第１のリング型光共振器１１０を構成する方向性結合器４の結合器部の構造の概略を示し、右側には第２のリング型光共振器１２０を構成する方向性結合器８の結合器部の構造の概略を示す。本実施の形態では、方向性結合器４、８の構成が実施の形態１、２と異なっているのみであり、それ以外の構成については実施の形態１、２と同様であるため説明を省略する。
【００４３】
実施の形態２では、波長可変共振器１００全体の波長スペクトル形状を改善するために、方向性結合器４、８の導波路幅を相異させて結合定数κを非対称にしたが、本実施の形態では、導波路コア層を覆うクラッド層の屈折率を相異させて結合定数κを非対称とする例について説明する。
【００４４】
本実施の形態では、第１のリング型光共振器１１０を構成する方向性結合器４と第２のリング型光共振器１２０を構成する方向性結合器８は、図１０に示すように、方向性結合器部の長さと幅が同一であるが、シリコンコア層を覆うクラッド層の屈折率が互いに異なるように設定されている。すなわち、方向性結合器４の結合定数κ１と方向性結合器８の結合定数κ２とが、κ２＝κ１＋π／Ｌの関係式を満たすように、方向性結合器８では方向性結合器４と異なるクラッド層が形成されている。具体的には、シリコンコア層を覆うクラッド層として、方向性結合器４ではシリコン酸化膜、方向性結合器８ではポリマー樹脂がそれぞれ形成されている。
【００４５】
ポリマー樹脂をクラッド層とする方向性結合器８では、導波路コア層とクラッド層の屈折率差が小さい為に光学結合が強くなっており、完全結合長をこえた状態での光学結合が生じている。この為、シリコン酸化膜をクラッド層とする方向性結合器４の光波分岐とは逆向きの波長依存性が生じるように設定されている。これにより、実施の形態１、２と同様に、波長可変共振器１００全体の波長スペクトルのエンベロープ傾斜を低減することが可能となっている。
【００４６】
以上のように、本実施の形態では、第１のリング型光共振器１１０の方向性結合器４と第２のリング型光共振器１２０の方向性結合器８について、一方が波長に対して光学結合度が増加し、他方が波長に対して光学結合度が減少するように、方向性結合器４、８の導波路コアを覆うクラッド層の屈折率をそれぞれ異ならせている。これにより、波長可変共振器１００全体において、共振波長スペクトルの周期形状を広い波長に渡って均一とすることができる。従って、本実施の形態の波長可変レーザ光源によれば、広帯域の波長可変動作を安定に行うことができる。
【００４７】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記実施の形態では、波長可変共振器１００が、第１のリング型光共振器１１０と第２のリング型光共振器１２０の２つの波長可変共振フィルターからなるとして説明をしたが、波長可変共振器１００が含む波長可変共振フィルター数は２つに限らず３つ以上の複数でもよい。すなわち、波長可変共振器１００は、共振の強さの波長依存性が互いに逆方向で相補的に働くように構成された波長可変共振フィルターを少なくとも２つ含んでいればよい。従って、例えば、３つの波長可変共振フィルターの透過スペクトルピークが一致する波長でレーザ発信が生じる機構を有する波長可変レーザ光源であって、そのうち２つの波長可変共振フィルターについて共振の強さの波長依存性が互いに逆方向で相補的に働くように構成されていてもよい。
もよい。
【００４８】
また、実施の形態１〜３では、リング型光導波路を構成する平面光回路が、ＳＯＩ基板１上に形成されたシリコン層をコア層とする光回路であるとして例示的に説明をしたが、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、又はシリコン窒酸化膜を主成分とするコア層を有する光導波路で構成されていてもよく、化合物半導体材料の光導波路で構成されていてもよい。
【００４９】
さらに、実施の形態１〜３では、第１のリング型光共振器１１０と第２のリング型光共振器１２０の上部にそれぞれヒーターを設ける場合について例示的に説明したが、導波路の実効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、ヒーター以外のものを用いてもよい。例えば、第１のリング型光共振器１１０と第２のリング型光共振器１２０を構成する光導波路がＰＩＮ構造にドープされた構造を有していてもよい。そして、このＰＩＮ構造に電流注入または電圧印加することにより生じる電気光学効果により光導波路の屈折率を変化せしめて共振ピーク波長を変え、レーザ発信波長をチューニングしてもよい。
【００５０】
なお、実施の形態１〜３では、結合器長、結合器幅、及び導波路コアを覆うクラッド層のいずれか１つのみを異ならせることによって、方向性結合器４、８の一方が波長に対して光学結合度が増加し、他方が波長に対して光学結合度が減少するように設定したが、これに限るものではない。方向性結合器４、８の一方が波長に対して光学結合度が増加し、他方が波長に対して光学結合度が減少するように、結合器長、結合器幅、及び導波路コアを覆うクラッド層のいずれか１つ以上を異ならせればよい。従って、例えば、結合器長と結合器幅とをともにそれぞれ異ならせることによって、一方が波長に対して光学結合度が増加し、他方が波長に対して光学結合度が減少するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１  ＳＯＩ基板、
３  ヒーター、
４  方向性結合器、
５  直線状光導波路、
７  ヒーター、
８  方向性結合器、
９  合分波器、
１０  光増幅器
１１  ミラー用端面反射膜、
１２  リング状光導波路、
１３  リング状光導波路、
１４  直線状光導波路
１５  直線状光導波路
１６  光導波路
１００  波長可変共振器
１１０  リング型光共振器
１２０  リング型光共振器
【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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【図１０】
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