(57)【要約】【課題】多くのＬＤを使用する構成においても、コストの増加を抑制することができる波長可変光源を提供する。【解決手段】波長可変光源１００は、１２個のＬＤ１と、６入力１出力の２個のＭＭＩ素子１０と、２入力２出力のＭＭＩ素子２０とを備える。ＭＭＩ素子２０は、２個のＭＭＩ素子１０に接続される２本の接続導波路５１と、２本の接続導波路５２とに接続される。２本の接続導波路５２は、マッハツェンダ変調器３０が有するアーム部３１ａ，３１ｂにそれぞれ接続される。【選択図】図１
2014119468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振波長の異なる、Ｍ（２以上の自然数）×Ｎ（２以上の自然数）個のＬＤ（Laser Diode）と、
各々が、Ｍ本の第１の入力導波路および１本の第１の出力導波路と接続される、Ｍ入力１出力のＮ個の第１のＭＭＩ（Multi Mode Interference）素子と、
前記Ｎ個の第１のＭＭＩ素子に接続されるＮ本の前記第１の出力導波路と、Ｓ（Ｎ以下の偶数）本の第２の出力導波路とに接続される、Ｎ入力Ｓ出力の第２のＭＭＩ素子と、
前記Ｓ本の第２の出力導波路にそれぞれ接続されるＳ本のアーム部を有するマッハツェンダ変調器と、を備え、
前記Ｎ個の第１のＭＭＩ素子に接続される（Ｍ×Ｎ）本の前記第１の入力導波路の各々には、異なる各前記ＬＤが接続される
波長可変光源。
【請求項２】
Ｓは４であり、
前記波長可変光源には、前記マッハツェンダ変調器が２個並列して設けられ、
前記第２のＭＭＩ素子に接続される４本の前記第２の出力導波路は、２個の前記マッハツェンダ変調器が有する４本の前記アーム部とそれぞれ接続される
請求項１に記載の波長可変光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のＬＤとマッハツェンダ変調器を利用した波長可変光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の通信需要の飛躍的な増大に伴い、波長の異なる複数の信号光を多重化することにより、１本の光ファイバで大容量伝送を可能とする波長分割多重通信システムの開発が進められている。波長分割多重通信システムの実現のためには、全波長帯域をカバーする低コストな波長可変光源が必要である。そのため、モノリシックに集積可能な光半導体デバイスが注目されている。
【０００３】
光半導体を用いた波長可変光源においては、ＬＤアレーを、ＭＭＩ（Multi Mode Interference）素子により１本の光導波路に結合する構成が適用されている。ＭＭＩ素子とは、多モード干渉（ＭＭＩ）型の光カプラ（光合分波素子）である。当該ＬＤアレーは、発振波長の異なる複数のＬＤ（Laser Diode）から構成される。また、ＬＤアレーに加えて、データ信号を生成するための変調器を、１つの光半導体素子に集積化した構成も実現されている。
【０００４】
以下においては、Ｋ（自然数）入力Ｌ（自然数）出力のＭＭＩ素子を、Ｋ×ＬＭＭＩとも表記する。
【０００５】
特許文献１には、ＭＭＩ素子の後段にマッハツェンダ変調器を配置した技術（以下、関連技術Ａともいう）の問題点を解決する技術（以下、関連技術Ｂともいう）が開示されている。関連技術Ａでは、１２×１ＭＭＩが有する１２個の入力ポートの各々にＬＤが接続されている構成において、１個のＬＤを発光させた場合、原理的に１／１２の強度の光のみが出力導波路に結合する。この場合、残りの１１／１２の強度の光は、１２×１ＭＭＩから放射されてしまう。そのため、１２×１ＭＭＩでは、１０．８ｄＢのロスが発生するという問題点がある。
【０００６】
関連技術Ｂは、光損失を抑えて素子の小型化を実現するための技術である。具体的には、関連技術Ｂは、Ｋ×２ＭＭＩに接続される２本の出力導波路を、マッハツェンダ変調器が有する２本のアームに接続する構成である。このような構成とすることで、ロスを、例えば、３ｄＢ改善することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−０６５３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、関連技術Ｂでは、以下のような問題点がある。具体的には、関連技術Ｂでは、使用するＬＤの数が多い場合、ＬＤからの光を一度に処理可能な高価なＭＭＩ素子を利用する必要がある。例えば、関連技術Ｂでは、１２個のＬＤを使用する場合、１２×２ＭＭＩというような高価なＭＭＩ素子を利用する必要がある。この場合、関連技術Ｂでは、ＭＭＩ素子等のコストが大幅に高くなるという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、多くのＬＤを使用する構成においても、コストの増加を抑制することができる波長可変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】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る波長可変光源は、発振波長の異なる、Ｍ（２以上の自然数）×Ｎ（２以上の自然数）個のＬＤ（Laser Diode）と、各々が、Ｍ本の第１の入力導波路および１本の第１の出力導波路と接続される、Ｍ入力１出力のＮ個の第１のＭＭＩ（Multi Mode Interference）素子と、前記Ｎ個の第１のＭＭＩ素子に接続されるＮ本の前記第１の出力導波路と、Ｓ（Ｎ以下の偶数）本の第２の出力導波路とに接続される、Ｎ入力Ｓ出力の第２のＭＭＩ素子と、前記Ｓ本の第２の出力導波路にそれぞれ接続されるＳ本のアーム部を有するマッハツェンダ変調器と、を備え、前記Ｎ個の第１のＭＭＩ素子に接続される（Ｍ×Ｎ）本の前記第１の入力導波路の各々には、異なる各前記ＬＤが接続される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、Ｍ（２以上の自然数）×Ｎ（２以上の自然数）個のＬＤと、Ｍ入力１出力のＮ個の第１のＭＭＩ素子と、Ｎ入力Ｓ出力の第２のＭＭＩ素子とを備える。第２のＭＭＩ素子は、前記Ｎ個の第１のＭＭＩ素子に接続されるＮ本の前記第１の出力導波路と、Ｓ（Ｎ以下の偶数）本の第２の出力導波路とに接続される。前記Ｓ本の第２の出力導波路は、マッハツェンダ変調器が有するＳ本のアーム部にそれぞれ接続される。
【００１２】
すなわち、Ｍ×Ｎ個のＬＤとマッハツェンダ変調器のアーム部との間に設けられるＭＭＩ素子の構成は、Ｎ個の第１のＭＭＩ素子を１段目のＭＭＩ素子とし、第２のＭＭＩ素子を２段目のＭＭＩ素子とした２段構成である。これにより、使用するＬＤの数が多い（例えば、１２個）場合であっても、多くのＬＤを処理可能な高価なＭＭＩ素子を利用する必要はない。そのため、多くのＬＤを使用する構成においても、波長可変光源のコストの増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る波長可変光源の構成を示す図である。
【図２】埋め込み構造の断面図である。
【図３】ハイメサ構造の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１の変形例に係る波長可変光源の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る波長可変光源の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る波長可変光源の構成を示す図である。
【図７】位相変調の原理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明を省略する場合がある。
【００１５】
なお、実施の形態において例示される各構成要素の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるものであり、本発明はそれらの例示に限定されるものではない。また、各図における各構成要素の寸法は、実際の寸法と異なる場合がある。
【００１６】
以下の各実施の形態において、ＭＭＩ素子は、多モード干渉（ＭＭＩ）型の光カプラ（光合分波素子）である。また、以下においては、Ｋ（自然数）入力Ｌ（自然数）出力のＭＭＩ素子を、Ｋ×ＬＭＭＩとも表記する。また、以下の各実施の形態で述べる導波路および接続導波路は、光を伝搬する光導波路である。
【００１７】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る波長可変光源１００の構成を示す図である。波長可変光源１００は、後述のＩｎＰ基板２１上に形成される。
【００１８】
波長可変光源１００は、半導体レーザ群ＬＸと、ＭＭＩ素子１０ａ，１０ｂ，２０と、マッハツェンダ変調器３０とを備える。
【００１９】
半導体レーザ群ＬＸは、半導体レーザ群ＬＸ１、ＬＸ２から構成される。半導体レーザ群ＬＸ１、ＬＸ２の各々は、６個のＬＤ１から構成される。すなわち、半導体レーザ群ＬＸ１、ＬＸ２から構成される半導体レーザ群ＬＸは、１２（６×２＝１２）個のＬＤ１を有する。
【００２０】
１２個のＬＤ１の各々は、互いに発振波長の異なる半導体レーザである。各ＬＤ１は、光を出射する。
【００２１】
ＭＭＩ素子１０ａ，１０ｂの各々は、６入力１出力のＭＭＩ素子（６×１ＭＭＩ）である。ＭＭＩ素子１０ａは、６個の入力ポートＩＰ１および１個の出力ポートＯＰ１を有する。６本の接続導波路５０は、それぞれ、６個の入力ポートＩＰ１に接続される。各入力ポートＩＰ１に接続される接続導波路５０は、ＭＭＩ素子１０ａの入力導波路である。
【００２２】
半導体レーザ群ＬＸ１を構成する６個のＬＤ１は、それぞれ、６本の接続導波路５０に接続される。すなわち、６本の接続導波路５０により、６個のＬＤ１は、それぞれ、６個の入力ポートＩＰ１に接続される。
【００２３】
ＭＭＩ素子１０ｂは、ＭＭＩ素子１０ａと同じ構成を有するので、ＭＭＩ素子１０ｂの詳細な説明は行わない。すなわち、ＭＭＩ素子１０ｂは、６個の入力ポートＩＰ１および１個の出力ポートＯＰ１を有する。半導体レーザ群ＬＸ２を構成する６個のＬＤ１は、それぞれ、６個の入力ポートＩＰ１（ＭＭＩ素子１０ｂ）に接続される。
【００２４】
ＭＭＩ素子１０ａ，１０ｂの各々の出力ポートＯＰ１には、接続導波路５１が接続される。接続導波路５１は、ＭＭＩ素子１０ａ，１０ｂの各々の出力導波路である。すなわち、ＭＭＩ素子１０ａ，１０ｂの各々は、６本の接続導波路５０（入力導波路）および１本の接続導波路５１（出力導波路）と接続される。
【００２５】
以下においては、ＭＭＩ素子１０ａ，１０ｂの各々を、単に、ＭＭＩ素子１０ともいう。すなわち、２個のＭＭＩ素子１０に接続される１２（２×６＝１２）本の接続導波路５０（入力導波路）には、それぞれ、１２個のＬＤ１が接続される。つまり、２個のＭＭＩ素子１０に接続される１２本の接続導波路５０（ＭＭＩ素子１０の入力導波路）の各々には、異なる各ＬＤ１が接続される。したがって、２個のＭＭＩ素子１０が有する１２個の入力ポートＩＰ１の各々には、異なる各ＬＤ１が出射する光が入力される。
【００２６】
ＭＭＩ素子２０は、２個の入力ポートＩＰ２および２個の出力ポートＯＰ２を有する。すなわち、ＭＭＩ素子２０は、２入力２出力のＭＭＩ素子（２×２ＭＭＩ）である。
【００２７】
ＭＭＩ素子１０ａの出力ポートＯＰ１は、ＭＭＩ素子２０の一方の入力ポートＩＰ２と、接続導波路５１により接続される。すなわち、ＭＭＩ素子１０ａに接続される接続導波路５１は、ＭＭＩ素子２０の一方の入力ポートＩＰ２と接続される。また、ＭＭＩ素子１０ｂの出力ポートＯＰ１は、ＭＭＩ素子２０の他方の入力ポートＩＰ２と、接続導波路５１により接続される。すなわち、ＭＭＩ素子１０ｂに接続される接続導波路５１は、ＭＭＩ素子２０の一方の入力ポートＩＰ２と接続される。
【００２８】
接続導波路５１は、ＭＭＩ素子１０の出力導波路、および、ＭＭＩ素子２０の入力導波路である。
【００２９】
ＭＭＩ素子２０の２個の出力ポートＯＰ２には、それぞれ、２本の接続導波路５２が接続される。各接続導波路５２は、ＭＭＩ素子２０の出力導波路である。
【００３０】
つまり、２個のＭＭＩ素子１０が有する２個の出力ポートＯＰ１は、それぞれ、ＭＭＩ素子２０の２個の入力ポートＩＰ２と接続導波路５１により接続される。言い換えれば、ＭＭＩ素子２０は、２個のＭＭＩ素子１０に接続される２本の接続導波路５１（ＭＭＩ素子１０の出力導波路）と、２本の接続導波路５２（ＭＭＩ素子２０の出力導波路）とに接続される。
【００３１】
マッハツェンダ変調器３０は、アーム部３１ａ，３１ｂと、ＭＭＩ素子３３とを有する。以下においては、アーム部３１ａ，３１ｂの各々を、単に、アーム部３１ともいう。
【００３２】
すなわち、マッハツェンダ変調器３０は、２本のアーム部３１を有する。各アーム部３１は、光を伝搬する。各アーム部３１の一部には、変調電極３２が形成される。変調電極３２には、外部から電圧が印加される。また、アーム部３１は、変調電極３２に印加される電圧の大きさに応じて、伝搬する光の位相を制御する。
【００３３】
２本の接続導波路５２は、それぞれ、アーム部３１ａ，３１ｂと接続される。すなわち、ＭＭＩ素子２０に接続される２本の接続導波路５２（出力導波路）は、それぞれ、アーム部３１ａ，３１ｂ（マッハツェンダ変調器３０）に接続されている。言い換えれば、ＭＭＩ素子２０の２個の出力ポートＯＰ２は、それぞれ、２本のアーム部３１と２本の接続導波路５２により接続される。
【００３４】
ＭＭＩ素子３３は、２個の入力ポートＩＰ３および１個の出力ポートＯＰ３を有する。すなわち、ＭＭＩ素子３３は、２入力１出力のＭＭＩ素子（２×１ＭＭＩ）である。
【００３５】
アーム部３１ａは、接続導波路５３により、ＭＭＩ素子３３の一方の入力ポートＩＰ３と接続される。アーム部３１ｂは、接続導波路５３により、ＭＭＩ素子３３の他方の入力ポートＩＰ３と接続される。ＭＭＩ素子３３の出力ポートＯＰ３には、接続導波路５４が接続される。
【００３６】
上記構成により、波長可変光源１００において、各ＬＤ１が出射した光は、ＭＭＩ素子１０およびＭＭＩ素子２０を介して、マッハツェンダ変調器３０に入力される。マッハツェンダ変調器３０は、入力された光を、接続導波路５４から出力する。
【００３７】
なお、波長可変光源１００は、上記構成に限定されず、以下のような表現による構成（以下、構成Ａという）で実現されてもよい。
【００３８】
構成Ａは、Ｍ（２以上の自然数）×Ｎ（２以上の自然数）個のＬＤと、Ｎ個の第１のＭＭＩ素子と、Ｎ入力Ｓ出力の第２のＭＭＩ素子と、マッハツェンダ変調器と、を備える構成である。Ｓは、Ｎ以下の偶数である。
【００３９】
また、構成Ａにおいて、上記のＭ×Ｎ個のＬＤの各々は、発振波長が異なる。また、構成Ａにおいて、Ｎ個の第１のＭＭＩ素子の各々は、Ｍ入力１出力の素子である。また、構成Ａにおいて、Ｎ個の第１のＭＭＩ素子の各々は、Ｍ本の第１の入力導波路および１本の第１の出力導波路と接続される。
【００４０】
また、構成Ａにおいて、第２のＭＭＩ素子は、当該Ｎ個の第１のＭＭＩ素子に接続されるＮ本の当該第１の出力導波路と、Ｓ本の第２の出力導波路とに接続される。また、構成Ａにおいて、マッハツェンダ変調器は、当該Ｓ本の第２の出力導波路にそれぞれ接続されるＳ本のアーム部を有する。また、構成Ａにおいて、当該Ｎ個の第１のＭＭＩ素子に接続される（Ｍ×Ｎ）本の当該第１の入力導波路の各々には、異なる各ＬＤが接続される。
【００４１】
本実施の形態に係る波長可変光源１００の構成は、上記構成Ａにおいて、Ｍ＝６、Ｎ＝２、Ｓ＝２とした構成である。
【００４２】
前述の関連技術Ａでは、１２×１ＭＭＩの出力導波路に結合できる光の強度は、当該１２×１ＭＭＩに入力される光の強度の１／１２となる。すなわち、原理損が１０．８ｄＢ発生する。原理損とは、原理的な光の損失である。
【００４３】
一方、図１の構成を有する波長可変光源１００において、６×１ＭＭＩ（ＭＭＩ素子１０）の出力導波路に結合できる光の強度は、当該６×１ＭＭＩに入力される光の強度の１／６となる。すなわち、原理損７．８ｄＢが発生する。
【００４４】
なお、２×２ＭＭＩ（ＭＭＩ素子２０）では、６×１ＭＭＩの出力導波路からの光が当該２×２ＭＭＩで２分岐されるだけなので、ロスは発生しない。当該ロスとは、光の伝搬（伝達）におけるロスである。１２個のＬＤ１のいずれかが光を出射し（発光し）、２×２ＭＭＩの２つの入力導波路のいずれかに光が入力された場合においても、２×２ＭＭＩの各出力導波路には、原理損なく、光が均等に出力される。よって、前述の関連技術Ａと比較して、図１の実施の形態１では、３．０ｄＢだけロスを低減できる。
【００４５】
また、関連技術Ｂでは、１２×２ＭＭＩといった特殊なＭＭＩを適用している。一方、本実施の形態では、６×１ＭＭＩおよび２×２ＭＭＩといった実績のある汎用のＭＭＩを用いて構成しているため、実現が容易である。
【００４６】
波長可変光源１００において、２×２ＭＭＩ（ＭＭＩ素子２０）の出力導波路は、マッハツェンダ変調器３０の各アーム部３１に接続される。なお、マッハツェンダ変調器３０は、ＲＺ変調、ＮＲＺ変調などの強度変調、または、ＤＰＳＫ変調などの位相変調により、信号光を生成して出力することができる。具体的には、マッハツェンダ変調器３０は、変調電極３２に電圧を印加することにより、上記強度変調または位相変調を行うことにより、信号光を生成して出力する。
【００４７】
また、波長可変光源１００は、マッハツェンダ変調器３０の各アーム部３１に形成された変調電極３２に電圧を印加することにより、各アーム部３１に電流注入する。これにより、各アーム部３１を伝搬する光の位相を制御する。
【００４８】
ここで、例えば、アーム部３１ａを伝搬する光とアーム部３１ａを伝搬する光との位相差（以下、位相差Ａともいう）がゼロであるとする。この場合、マッハツェンダ変調器３０の出力側の２×１ＭＭＩ（ＭＭＩ素子３３）内では光は強め合われ、当該光が出力導波路（接続導波路５４）から出力される。なお、位相差Ａがπの場合、２×１ＭＭＩ（ＭＭＩ素子３３）内で光は弱め合われる。この場合、ＭＭＩ素子３３から光は出力されない。
【００４９】
よって、変調電極３２から、各アーム部３１に電流を注入して、光の位相を制御することで、強度変調が可能となる。この際、片側のアーム部３１のみの光の位相をπだけ変化させても良い。また、アーム部３１ａの光の位相をπ／２変化させ、アーム部３１ｂの光の位相を−π／２変化させるプッシュプル駆動を行っても良い。
【００５０】
また、例えば、アーム部３１ａの光の位相をπ変化させ、アーム部３１ｂの光の位相を−π変化させた場合、マッハツェンダ変調器３０から出力される光の強度は変化しない。しかしながら、位相がπ変化するため、位相変調信号の生成が可能となる。
【００５１】
上記では、各アーム部３１の光の位相を変化させるのに、電流注入によるプラズマ効果を利用したが、これに限定されない。例えば、変調電極３２に逆電圧を印加することにより生じる、量子閉じ込めシュタルク効果、ポッケルス効果等を利用しても良い。また、アーム部３１にヒータ電極を形成し、当該ヒータ電極に熱を印加することで、光の位相を変化させても良い。
【００５２】
上述したデバイスは、例えば、ＩｎＰ系の材料を用いて作製できる。図２は、図１のＡ１−Ａ２線に沿った接続導波路５１の断面図を示す。なお、前述したように、波長可変光源１００は、ＩｎＰ基板２１上に形成される。すなわち、接続導波路５１は、ＩｎＰ基板２１上に形成される。
【００５３】
ここでは、接続導波路５１は、ＩｎＰ基板２１上において、ＩｎＧａＡｓＰ２２をＩｎＰ２３，２４で埋め込んだ埋め込み構造を有する。ＩｎＰ２３，２４よりも屈折率の大きいＩｎＧａＡｓＰ２２中に光は閉じ込められて、当該光は素子（接続導波路５１）の長手方向へ伝搬する。なお、接続導波路５０，５２，５３，５４も、接続導波路５１と同じ構造を有する。
【００５４】
なお、本実施の形態に係る接続導波路（例えば、接続導波路５１）の構造は、図３のようなハイメサ構造を適用しても良い。ＬＤが埋め込み構造を有する場合、接続導波路の構造も埋め込み構造とした方が接続ロスの点で有利である。しかしながら、接続導波路の構造をハイメサ構造とした場合、光の閉じ込め効果が大きくなり、曲線形状の接続導波路での放射損失を抑制できるという効果がある。
【００５５】
また、図１のＬＤ１からＭＭＩ素子１０までの構造は埋め込み構造とし、マッハツェンダ変調器３０の構造はハイメサ構造とする構成としてもよい。マッハツェンダ変調器３０の構造をハイメサ構造とすることで、マッハツェンダ変調器３０の電気容量が低減され高速変調が可能となる。
【００５６】
なお、本実施の形態では、上記の構成Ａにおいて、Ｍ＝６、Ｎ＝２、Ｓ＝２としたが、これに限定されない。例えば、構成Ａにおいて、Ｍ＝８、Ｎ＝２、Ｓ＝２としてもよい。この場合、８×１ＭＭＩの原理損が９．０ｄＢ、２×２ＭＭＩの原理損が０．０ｄＢ、合計の原理損は９．０ｄＢとなる。そのため、図１と比較して、ロスは１．２ｄＢ増えるが、ＬＤ１の個数が１６となり、カバーできる光の波長範囲を１．３倍拡大できる。これにより、広帯域な波長範囲の変調信号が生成することができる。
【００５７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、波長可変光源１００において、１２（Ｍ×Ｎ）個のＬＤ１とマッハツェンダ変調器３０のアーム部３１との間に設けられるＭＭＩ素子の構成は、２個のＭＭＩ素子１０を１段目のＭＭＩ素子とし、ＭＭＩ素子２０を２段目のＭＭＩ素子とした２段構成である。これにより、使用するＬＤの数が多い（例えば、１２個）場合であっても、多くのＬＤを処理可能な高価なＭＭＩ素子（例えば、１２×２ＭＭＩ）を利用する必要はない。そのため、多くのＬＤを使用する構成においても、波長可変光源のコストの増加を抑制することができる。
【００５８】
なお、前述の従来技術である関連技術Ｂでは、１２個のＬＤを使用する構成の場合、１２×２ＭＭＩのような特殊なＭＭＩを用いる必要がある。なお、１２×２ＭＭＩは設計が複雑で実現性に乏しい。
【００５９】
一方、本実施の形態では、前述したように、６×１ＭＭＩおよび２×２ＭＭＩといった実績のある汎用のＭＭＩを用いて構成している。そのため、波長可変光源の構成の実現が容易である。また、本実施の形態の波長可変光源１００では、前述の関連技術Ａと比較して、３．０ｄＢのロスを低減できる。すなわち、本実施の形態によれば、汎用のＭＭＩを適用することができ、かつ光の伝達のロスを低減することができる。
【００６０】
（実施の形態１の変形例）
なお、実施の形態１に係る波長可変光源１００は、図１の構成に限定されない。例えば、実施の形態１に係る波長可変光源は、以下の図４に示す波長可変光源１００Ａとしてもよい。
【００６１】
図４は、本発明の実施の形態１の変形例に係る波長可変光源１００Ａの構成を示す図である。図４を参照して、波長可変光源１００Ａは、図１の波長可変光源１００と比較して、マッハツェンダ変調器３０の代わりにマッハツェンダ変調器３０Ａを備える点と、ＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）６２をさらに備える点とが異なる。波長可変光源１００Ａのそれ以外の構成は、波長可変光源１００と同様なので詳細な説明は繰り返さない。
【００６２】
マッハツェンダ変調器３０Ａは、マッハツェンダ変調器３０と比較して、ＳＯＡ６１ａ，６１ｂを有する点が異なる。マッハツェンダ変調器３０Ａのそれ以外の構成は、マッハツェンダ変調器３０と同様なので詳細な説明は繰り返さない。
【００６３】
ＳＯＡ６１ａは、アーム部３１ａの一部に形成される。ＳＯＡ６１ｂは、アーム部３１ｂの一部に形成される。また、ＳＯＡ６２は、接続導波路５４に形成される。すなわち、ＳＯＡ６２は、マッハツェンダ変調器３０Ａの後段に形成される。
【００６４】
以上の構成を有する波長可変光源１００Ａでは、ＳＯＡ（例えば、ＳＯＡ６１ａ）においては、当該ＳＯＡに電流を注入することで、当該ＳＯＡに入力される光の強度を増幅することができる。そのため、６×１ＭＭＩなどで発生したロスを補償し、光出力を増大させることが可能となる。
【００６５】
なお、波長可変光源１００Ａは、図４に示す構成に限定されない。例えば、波長可変光源１００Ａにおいて、ＳＯＡ６２を設けない構成としてもよい。また、例えば、波長可変光源１００Ａにおいて、ＳＯＡ６１ａ，６１ｂを設けない構成としてもよい。すなわち、波長可変光源１００Ａは、マッハツェンダ変調器３０Ａのアーム部、および、マッハツェンダ変調器３０Ａの後段の少なくとも一方にＳＯＡを形成した構成であってもよい。
【００６６】
＜実施の形態２＞
図５は、本発明の実施の形態２に係る波長可変光源１００Ｂの構成を示す図である。
【００６７】
波長可変光源１００Ｂは、前述の構成Ａで表現される。なお、波長可変光源１００Ｂの構成は、上記構成Ａにおいて、Ｍ＝３、Ｎ＝４、Ｓ＝２とした構成である。
【００６８】
具体的には、図５を参照して、波長可変光源１００Ｂは、図１の波長可変光源１００と比較して、半導体レーザ群ＬＸの代わりに半導体レーザ群ＬＸＡを備える点と、ＭＭＩ素子１０ａ，１０ｂの代わりにＭＭＩ素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを備える点と、ＭＭＩ素子２０の代わりにＭＭＩ素子２０Ａを備える点とが異なる。波長可変光源１００Ｂのそれ以外の構成は、波長可変光源１００と同様なので詳細な説明は繰り返さない。
【００６９】
半導体レーザ群ＬＸＡは、半導体レーザ群ＬＸ１１，ＬＸ１２，ＬＸ２１，ＬＸ２２から構成される。半導体レーザ群ＬＸ１１，ＬＸ１２，ＬＸ２１，ＬＸ２２の各々は、３個のＬＤ１から構成される。すなわち、半導体レーザ群ＬＸＡは、１２（６×２＝１２）個のＬＤ１を有する。
【００７０】
ＭＭＩ素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの各々は、３入力１出力のＭＭＩ素子（３×１ＭＭＩ）である。以下においては、ＭＭＩ素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの各々を、単にＭＭＩ素子１１ともいう。なお、ＭＭＩ素子１１が有する入力ポートおよび出力ポートについては、図１のＭＭＩ素子１０と比較して、数のみ異なるだけであるので、詳細な説明は行わない。
【００７１】
４個のＭＭＩ素子１１の各々には、３本の接続導波路５０と、１本の接続導波路５１とが接続される。当該各接続導波路５０は、ＭＭＩ素子１１の入力導波路である。接続導波路５１は、ＭＭＩ素子１１の出力導波路である。
【００７２】
１２個のＬＤ１は、４個のＭＭＩ素子１１に接続される１２本の入力導波路にそれぞれ接続される。具体的には、半導体レーザ群ＬＸ１１，ＬＸ１２，ＬＸ２１，ＬＸ２２は、それぞれ、ＭＭＩ素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに接続される。
【００７３】
以下、半導体レーザ群ＬＸ１１について説明する。半導体レーザ群ＬＸ１１を構成する３個のＬＤ１は、それぞれ、３本の接続導波路５０（ＭＭＩ素子１１ａ）に接続される。すなわち、半導体レーザ群ＬＸ１１を構成する３個のＬＤ１は、３本の接続導波路５０により、ＭＭＩ素子１１ａに接続される。
【００７４】
なお、半導体レーザ群ＬＸ１２，ＬＸ２１，ＬＸ２２も、前述の半導体レーザ群ＬＸ１１と同様な接続構成なので、詳細な説明は行わない。
【００７５】
ＭＭＩ素子２０Ａは、４入力２出力のＭＭＩ素子（４×２ＭＭＩ）である。ＭＭＩ素子２０Ａが有する入力ポートおよび出力ポートについては、図１のＭＭＩ素子２０と比較して、数のみ異なるだけであるので、詳細な説明は繰り返さない。
【００７６】
ＭＭＩ素子２０Ａには、２本の接続導波路５１と、２本の接続導波路５２とが接続される。各接続導波路５１は、ＭＭＩ素子２０Ａの入力導波路である。各接続導波路５２は、ＭＭＩ素子２０Ａの出力導波路である。
【００７７】
ＭＭＩ素子２０Ａの２本の接続導波路５２（出力導波路）は、それぞれ、アーム部３１ａ，３１ｂ（マッハツェンダ変調器３０）と接続される。
【００７８】
前述の関連技術Ａでは、１２×１ＭＭＩの出力導波路に結合できる光の強度は、当該１２×１ＭＭＩに入力される光の強度の１／１２となる。すなわち、原理損が１０．８ｄＢ発生する。
【００７９】
一方、図５の構成を有する波長可変光源１００Ｂにおいて、３×１ＭＭＩ（ＭＭＩ素子１１）の出力導波路に結合できる光の強度は、当該３×１ＭＭＩに入力される光の強度の１／３となる。すなわち、原理損４．８ｄＢが発生する。
【００８０】
なお、４×２ＭＭＩ（ＭＭＩ素子２０Ａ）においては、出力導波路に結合できる光強度は１／２となり、原理損３ｄＢが発生する。すなわち、ＭＭＩ素子１１およびＭＭＩ素子２０Ａにおいて、合計で７．８ｄＢの原理損失が発生する。
【００８１】
よって、前述の関連技術Ａと比較して、図５の実施の形態２では、３．０ｄＢだけロスを低減できる。
【００８２】
また、関連技術Ｂでは、１２×２ＭＭＩといった特殊なＭＭＩを適用している。一方、本実施の形態では、３×１ＭＭＩおよび４×２ＭＭＩといった実績のある汎用のＭＭＩを用いて構成しているため、実現が容易である。
【００８３】
なお、本実施の形態では、上記の構成Ａにおいて、Ｍ＝３、Ｎ＝４、Ｓ＝２としたが、これに限定されない。例えば、構成Ａにおいて、Ｍ＝４、Ｎ＝４、Ｓ＝２としてもよい。この場合、４×１ＭＭＩの原理損が６．０ｄＢ、４×２ＭＭＩの原理損が３．０ｄＢ、合計の原理損は９．０ｄＢとなる。そのため、図５と比較して、ロスは１．２ｄＢ増えるが、ＬＤ１の個数が１６となり、カバーできる光の波長範囲を１．３倍拡大できる。
【００８４】
以上説明したように、本実施の形態の波長可変光源１００Ｂは、実施の形態１と同様に、ＬＤ１とマッハツェンダ変調器３０のアーム部３１との間に設けられるＭＭＩ素子の構成は、２個のＭＭＩ素子１１を１段目のＭＭＩ素子とし、ＭＭＩ素子２０Ａを２段目のＭＭＩ素子とした２段構成である。そのため、多くのＬＤを使用する構成においても、波長可変光源のコストの増加を抑制することができる。
【００８５】
なお、図５の波長可変光源１００Ｂの構成は、実施の形態１の変形例（図４）の構成と同様に、マッハツェンダ変調器３０のアーム部およびマッハツェンダ変調器３０の後段の一方または両方にＳＯＡを形成した構成としてもよい。この構成の場合、当該ＳＯＡに電流を注入することで、当該ＳＯＡに入力される光の強度を増幅することができる。そのため、３×１ＭＭＩなどで発生したロスを補償し、光出力を増大させることが可能となる。
【００８６】
＜実施の形態３＞
図６は、本発明の実施の形態３に係る波長可変光源１００Ｃの構成を示す図である。図６を参照して、波長可変光源１００Ｃは、図５の波長可変光源１００Ｂと比較して、ＭＭＩ素子２０Ａの代わりにＭＭＩ素子２０Ｂを備える点と、マッハツェンダ変調器３０の代わりに位相変調器４０を備える点とが異なる。波長可変光源１００Ｃのそれ以外の構成は、波長可変光源１００Ｂと同様なので詳細な説明は繰り返さない。
【００８７】
ＭＭＩ素子２０Ｂは、４入力４出力のＭＭＩ素子（４×４ＭＭＩ）である。なお、ＭＭＩ素子２０Ｂが有する入力ポートおよび出力ポートについては、図１のＭＭＩ素子２０と比較して、数のみ異なるだけであるので、詳細な説明は行わない。
【００８８】
位相変調器４０は、マッハツェンダ変調器３０ａ，３０ｂと、ＭＭＩ素子４１と、位相シフタ４２とを含む。
【００８９】
マッハツェンダ変調器３０ａ，３０ｂは、並列して設けられる。マッハツェンダ変調器３０ａ，３０ｂの各々は、図５のマッハツェンダ変調器３０と同じ構成を有するので、詳細な説明は繰り返さない。
【００９０】
以下においては、マッハツェンダ変調器３０ａ，３０ｂの各々を、単に、マッハツェンダ変調器３０ともいう。すなわち、位相変調器４０（波長可変光源１００Ｃ）において、２個のマッハツェンダ変調器３０が、並列して設けられる。つまり、２個のマッハツェンダ変調器３０は、パラレルに並ぶように設けられる。
【００９１】
なお、マッハツェンダ変調器３０ａ，３０ｂの各々は、アーム部３１ａ，３１ｂを有する。以下においては、アーム部３１ａ，３１ｂの各々を、単に、アーム部３１ともいう。すなわち、並列して設けられる２個のマッハツェンダ変調器３０は、４本のアーム部３１を有する。
【００９２】
波長可変光源１００Ｃでは、実施の形態２と同様、１２個のＬＤ１は、４個のＭＭＩ素子１１に接続される１２本の入力導波路にそれぞれ接続される。
【００９３】
ＭＭＩ素子２０Ｂには、４本の接続導波路５１と、４本の接続導波路５２とが接続される。各接続導波路５１は、ＭＭＩ素子２０Ｂの入力導波路である。各接続導波路５２は、ＭＭＩ素子２０Ｂの出力導波路である。すなわち、４個のＭＭＩ素子１１に接続される４本の出力導波路（接続導波路５１）は、ＭＭＩ素子２０Ｂに接続される。
【００９４】
ＭＭＩ素子２０Ｂに接続される４本の接続導波路５２（出力導波路）は、それぞれ、４本のアーム部３１（２個のマッハツェンダ変調器３０のアーム部）に接続される。すなわち、ＭＭＩ素子２０Ｂに接続される４本の接続導波路５２（出力導波路）は、２個のマッハツェンダ変調器３０が有する４本のアーム部３１とそれぞれ接続される。
【００９５】
また、ＭＭＩ素子４１は、２入力１出力のＭＭＩ素子（２×１ＭＭＩ）である。ＭＭＩ素子４１には、接続導波路５４，５５，５６が接続される。ＭＭＩ素子３３に接続される接続導波路５４は、マッハツェンダ変調器３０ａの出力導波路、および、ＭＭＩ素子４１の入力導波路である。すなわち、マッハツェンダ変調器３０ａの出力導波路（接続導波路５４）は、ＭＭＩ素子４１と接続される。
【００９６】
また、接続導波路５５は、ＭＭＩ素子４１の入力導波路である。接続導波路５６は、ＭＭＩ素子４１の出力導波路である。マッハツェンダ変調器３０ｂと、ＭＭＩ素子４１との間には、位相シフタ４２が設けられる。
【００９７】
位相シフタ４２は、光の位相をπ／２変化させる。位相シフタ４２は、マッハツェンダ変調器３０ｂの出力導波路（接続導波路５４）と、ＭＭＩ素子４１の入力導波路（接続導波路５５）とに接続される。
【００９８】
なお、波長可変光源１００Ｃは、上記構成に限定されず、以下のような表現による構成（以下、構成Ｂという）で実現されてもよい。
【００９９】
構成Ｂは、Ｍ（２以上の自然数）×Ｎ（２以上の自然数）個のＬＤと、Ｎ個の第１のＭＭＩ素子と、Ｎ入力Ｓ出力の第２のＭＭＩ素子と、２個のマッハツェンダ変調器と、を備える構成である。Ｓは、Ｎ以下の偶数である。
【０１００】
また、構成Ｂにおいて、上記のＭ×Ｎ個のＬＤの各々は、発振波長が異なる。また、構成Ｂにおいて、Ｎ個の第１のＭＭＩ素子の各々は、Ｍ入力１出力の素子である。また、構成Ｂにおいて、Ｎ個の第１のＭＭＩ素子の各々は、Ｍ本の第１の入力導波路および１本の第１の出力導波路と接続される。
【０１０１】
また、構成Ｂにおいて、第２のＭＭＩ素子は、当該Ｎ個の第１のＭＭＩ素子に接続されるＮ本の当該第１の出力導波路と、Ｓ本の第２の出力導波路とに接続される。また、構成Ｂにおいて、２個のマッハツェンダ変調器の各々は、当該Ｓ本の第２の出力導波路にそれぞれ接続されるＳ本のアーム部を有する。また、構成Ｂにおいて、当該Ｎ個の第１のＭＭＩ素子に接続される（Ｍ×Ｎ）本の当該第１の入力導波路の各々には、異なる各ＬＤが接続される。また、構成Ｂにおいて、２個のマッハツェンダ変調器は、並列して設けられる。
【０１０２】
本実施の形態に係る波長可変光源１００Ｃの構成は、上記構成Ｂにおいて、Ｍ＝３、Ｎ＝４、Ｓ＝４とした構成である。
【０１０３】
２個のマッハツェンダ変調器３０をパラレルに接続した構成を有する波長可変光源１００Ｃは、１個のマッハツェンダ変調器３０を適用した波長可変光源１００または波長可変光源１００Ｂよりも、さらに原理損を低減できる。
【０１０４】
図６の構成では、３×１ＭＭＩ（ＭＭＩ素子１１）の出力導波路に結合できる光の強度は、当該３×１ＭＭＩに入力される光の強度の１／３となる。すなわち、原理損４．８ｄＢが発生する。
【０１０５】
なお、４×４ＭＭＩ（ＭＭＩ素子２０Ｂ）では、３×１ＭＭＩの出力導波路からの光が当該４×４ＭＭＩで４分岐されるだけなので、ロスは発生しない。１２個のＬＤ１のいずれかが光を出射し（発光し）、４×４ＭＭＩの４つの入力導波路のいずれかに光が入力された場合においても、４×４ＭＭＩの各出力導波路には、原理損なく、光が均等に出力される。
【０１０６】
よって、７．８ｄＢの原理損が発生する図１および図５の構成と比較して、図６の構成では、３．０ｄＢだけロスを低減できる。また、３×１ＭＭＩまたは４×４ＭＭＩは一般的に用いられるものであり、容易に実現できる構成である。
【０１０７】
次に、位相変調の原理について説明する。ＤＱＰＳＫ変調では、パラレルに配置された２つのマッハツェンダ変調器３０が、それぞれＩチャンネルおよびＱチャンネルの位相変調に用いられる。なお、波長可変光源１００Ｃでは、マッハツェンダ変調器３０ａ，３０ｂの各々から出力される各光間の位相を、π／２シフトさせるために、前述の位相シフタ４２を設けている。
【０１０８】
図７は、位相変調の原理を示す図である。以下においては、マッハツェンダ変調器３０ａのアーム部３１ａ，３１ｂを、それぞれ、アームＡ，Ｂともいう。また、以下においては、マッハツェンダ変調器３０ｂのアーム部３１ａ，３１ｂを、それぞれ、アームＣ，Ｄともいう。
【０１０９】
図７を参照して、Ｉチャンネル側では、マッハツェンダ変調器３０ａは、アームＡの変調電極３２に、０〜Ｖπまでの電圧を印加する。また、Ｉチャンネル側では、マッハツェンダ変調器３０ａは、アームＢの変調電極３２に、０〜−Ｖπまでの電圧を印加する。位相がπ／２異なるＱチャンネル側では、マッハツェンダ変調器３０ｂは、アームＣの変調電極３２に、０〜Ｖπまでの電圧を印加する。また、Ｑチャンネル側では、マッハツェンダ変調器３０ｂは、アームＤの変調電極３２に、０〜−Ｖπまでの電圧を印加する。
【０１１０】
ここで、アームＡとアームＢとの合成（以下、合成ＡＢともいう）は、図７の実軸上で変化し０と１を表す。合成ＡＢは、ベクトルＶＣ１で示される。また、アームＣとアームＤとの合成（以下、合成ＣＤともいう）は、虚軸上で変化し０と１を表す。合成ＣＤは、ベクトルＶＣ２で示される。合成ＡＢ，ＣＤの合成により、４種類の位相に対応する（０，１）（１，０）（１，１）（０，１）の２ビット信号を生成できる。
【０１１１】
なお、本実施の形態では、上記構成Ｂにおいて、Ｍ＝３、Ｎ＝４、Ｓ＝４としたが、これに限定されない。例えば、構成Ｂにおいて、Ｍ＝４、Ｎ＝４、Ｓ＝４としてもよい。この場合、４×１ＭＭＩの原理損が６．０ｄＢ、４×４ＭＭＩの原理損が０．０ｄＢ、合計の原理損は６．０ｄＢとなる。そのため、図４と比較して、ロスは１．２ｄＢ増えるが、ＬＤ１の個数が１６となり、カバーできる光の波長範囲を１．３倍拡大できる。
【０１１２】
また、例えば、構成Ｂにおいて、Ｍ＝８、Ｎ＝４、Ｓ＝４としてもよい。この場合、８×１ＭＭＩの原理損は９．０ｄＢ、４×４ＭＭＩの原理損が０．０ｄＢ、合計の原理損は９．０ｄＢとなる。そのため、図４と比較してロスは４．２ｄＢ増えるが、ＬＤの個数が３２個となり、カバーできる光の波長範囲を２．７倍拡大できる。
【０１１３】
また、本実施の形態の波長可変光源１００Ｃは、実施の形態１と同様に、ＬＤ１とマッハツェンダ変調器３０のアーム部３１との間に設けられるＭＭＩ素子の構成は、２個のＭＭＩ素子１１を１段目のＭＭＩ素子とし、ＭＭＩ素子２０Ｂを２段目のＭＭＩ素子とした２段構成である。そのため、多くのＬＤを使用する構成においても、波長可変光源のコストの増加を抑制することができる。
【０１１４】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態、実施の形態の変形例を自由に組み合わせたり、実施の形態、実施の形態の変形例を適宜、変形、省略することが可能である。
【０１１５】
例えば、実施の形態１〜３では、ＬＤ１とマッハツェンダ変調器３０のアーム部３１との間に設けられるＭＭＩ素子の構成を、２段構成としたがこれに限定されない。当該ＭＭＩ素子の構成は、３段以上の構成としてもよい。
【符号の説明】
【０１１６】
１  ＬＤ、１０，１０ａ，１０ｂ，１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，２０，２０Ａ，２０Ｂ，３３，４１  ＭＭＩ素子、３０，３０Ａ，３０ａ，３０ｂ  マッハツェンダ変調器、３１，３１ａ，３１ｂ  アーム部、３２  変調電極、４０  位相変調器、４２  位相シフタ、５０，５１，５２，５３，５４，５５，５６  接続導波路、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ  波長可変光源。
【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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