(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体からなる活性層を有する波長可変レーザを備えた波長変換素子であって、
前記波長可変レーザは、
光を発生する利得領域と、
前記波長可変レーザの発振波長を変化させるミラー領域と、
を有し、
前記利得領域の前記活性層は、
電圧又は電流を印加された状態で、第１の波長を有する光からなる第１の光信号を受光し、
前記第１の光信号の光パルスが入力されたことに応じて、第２の光信号の光パルスを発生し、
前記波長可変レーザは、前記第２の光信号を出力し、
前記波長可変レーザから出力される前記第２の光信号は、前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する光からなり、
前記波長変換素子は、
前記第１の光信号を受光し、増幅する第１の光増幅部と、
前記第２の光信号を増幅する第２の光増幅部と、
をさらに備え、
前記利得領域の前記活性層は、前記第１の光増幅部により増幅された前記第１の光信号を受光する、
波長変換素子。
【請求項２】
前記利得領域の前記活性層に、前記第１の光増幅部を介して前記第１の光信号を入力する入力部を更に備える、
請求項１に記載の波長変換素子。
【請求項３】
前記第１の光信号の前記利得領域の前記活性層への入射方向と、前記第２の光信号の前記利得領域の前記活性層からの出射方向とが異なる、
請求項１又は請求項２に記載の波長変換素子。
【請求項４】
請求項１から請求項３までの何れか一項に記載の波長変換素子と、
前記波長変換素子の前記利得領域に電圧又は電流を印加する電源と、
前記利得領域の前記活性層が前記第１の波長を有する光を受光した場合に、前記波長可変レーザが発振し、前記利得領域の前記活性層が前記第１の波長を有する光を受光しない場合に、前記波長可変レーザが発振しないように、前記電源を制御する電源制御部と、
を備える、
波長変換装置。
【請求項５】
請求項１から請求項３までの何れか一項に記載の波長変換素子と、
前記第１の光信号を構成する前記第１の波長を有する光とは異なる光であって、前記利得領域の前記活性層を励起するためのポンピング光を、前記利得領域の前記活性層に照射する光源と、
前記光源に電圧又は電流を印加する電源と、
前記利得領域の前記活性層が前記第１の波長を有する光を受光した場合に、前記波長可変レーザが発振し、前記利得領域の前記活性層が前記第１の波長を有する光を受光しない場合に、前記波長可変レーザが発振しないように、前記電源を制御する電源制御部と、
を備える、
波長変換装置。
【請求項６】
前記電源制御部は、
前記第２の光信号を検出して電気信号に変換する光信号検出部から、前記電気信号を受信し、
前記電気信号に基づき、前記電源を制御する、
請求項４又は請求項５に記載の波長変換装置。
【請求項７】
前記電源制御部は、
前記電気信号に基づいて、前記波長可変レーザから光が出力されていない時間が予め定められた時間よりも長いと判断した場合、前記電気信号が前記波長可変レーザから光が出力されていることを示すようになるまで、前記波長変換素子に印加される電圧が大きくなるように前記電源を制御し、
前記電気信号に基づいて、前記波長可変レーザから光が出力されている時間が予め定められた時間よりも長いと判断した場合、前記電気信号が前記波長可変レーザから光が出力されていないことを示すようになるまで、前記波長変換素子に印加される電圧が小さくなるように電源を制御する、
請求項６に記載の波長変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換素子、波長変換装置及び制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光信号の波長を変換する場合において、光受信器で受信した光信号を電気信号に変換した後、当該電気信号に基づいて、受信した光信号の波長とは異なる波長を有する光信号を発生させる波長変換装置が知られている。また、半導体レーザ増幅器の相互利得変調効果を利用して、光信号を電気信号に変換することなく当該光信号の波長を変換する波長変換装置についても研究されている（非特許文献１を参照。）。
［先行技術文献］
［非特許文献］
［非特許文献１］
Ｓ．Ｊ．Ｂ．Ｙｏｏ，"Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ｆｏｒ  ＷＤＭ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ"，ＪＯＲＮＡＬ  ＯＦ  ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ，１９９６年６月，ＶＯＬ．１４，ＮＯ．６，ｐ．９５５−９６６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来の波長変換装置は、装置規模が比較的大きく、装置費用も高額であった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、半導体からなる活性層を有する半導体レーザを備え、活性層は、電圧又は電流を印加された状態で、第１の波長を有する光からなる第１の光信号を受光し、第１の光信号に応じて、第２の波長を有する光からなる第２の光信号を出力する波長変換素子が提供される。
【０００５】
本発明の第２の態様においては、上記の波長変換素子と、波長変換素子に電圧又は電流を印加する電源と、活性層が第１の波長を有する光を受光した場合に、半導体レーザが発振し、活性層が第１の波長を有する光を受光しない場合に、半導体レーザが発振しないように、電源を制御する電源制御部とを備える波長変換装置が提供される。
【０００６】
本発明の第３の態様においては、半導体からなる活性層を有する半導体レーザと、活性層に光信号を入力する入力部とを有する波長変換素子に電圧又は電流を印加する電源を制御する制御装置であって、活性層が入力部からの光を受光した場合に、半導体レーザが発振し、活性層が入力部からの光を受光しない場合に、半導体レーザが発振しないように、電源を制御する制御装置が提供される。
【０００７】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】波長変換システム１００の一例を概略的に示す。
【図２】レーザモジュール１１０のA−A'断面の一例を概略的に示す。
【図３】レーザモジュール３１０の上面図の一例を概略的に示す。
【図４】レーザモジュール３１０のB−B'断面の一例を概略的に示す。
【図５】レーザモジュール３１０のC−C'断面の一例を概略的に示す。
【図６】光信号１２及び光信号１４がなす角度θ６０４の一例を概略的に示す。
【図７】光信号１２及び光信号１４がなす角度θ７０４の一例を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。なお、図面の記載において、同一又は類似の部分には同一の参照番号を付して重複する説明を省く場合がある。図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なる場合がある。また、説明の都合上、図面相互間においても互いの寸法の関係又は比率が異なる部分が含まれる場合がある。特定の実施形態において説明した技術事項は、技術的に矛盾を生じない限りにおいて、他の実施形態に適用することができる。
【００１０】
図１は、波長変換システム１００の一例を概略的に示す。波長変換システム１００は、光信号の波長を変換する。本実施形態において、波長変換システム１００は、レーザモジュール１１０と、レンズ１２０と、電源１３０と、コントローラ１４０と、温度調整部１５０とを備える。また、波長変換システム１００は、電流測定部１４２と、温度測定部１４４と、光信号検出部１４６とを備える。本実施形態において、レーザモジュール１１０は、半導体からなる活性層を有する半導体レーザを含み、受光面１１２と、電極１１４とを有する。
【００１１】
波長変換システム１００は、波長変換装置の一例であってよい。レーザモジュール１１０は、波長変換素子の一例であってよい。受光面１１２は、入力部の一例であってよい。レンズ１２０は、入力部の一例であってよい。コントローラ１４０は、電源制御部及び制御装置の一例であってよい。
【００１２】
レーザモジュール１１０は、光信号１２を受信して、光信号１４を出力する。本実施形態において、光信号１２は、レンズ１２０を介してレーザモジュール１１０の受光面１１２に入射する。光信号１２が、受光面１１２からレーザモジュール１１０のレーザ媒質に入射することで、レーザモジュール１１０に光信号１２が入力される。レーザモジュール１１０が四角柱状の形状を有する場合、受光面１１２は、レーザモジュール１１０の出力面及び当該出力面に対向する面以外の面であってよい。これにより、レーザモジュール１１０の出力面から光信号１２の波長と同一の波長の光が出力されることを抑制することができる。
【００１３】
光信号１２は、第１の波長を有する光の一例であってよい。光信号１４は、第２の波長を有する光の一例であってよい。光信号１２が波長の異なる複数の光信号を含む場合には、光信号１２がレーザモジュール１１０に入力される前に、光信号１２を波長ごとに分波しておくことが好ましい。波長ごとに分波された光信号のそれぞれが、複数のレーザモジュール１１０に入力されてもよく、波長ごとに分波された光信号のうち波長変換処理の対象となる光信号が、１以上のレーザモジュール１１０に入力されてもよい。
【００１４】
レーザモジュール１１０は、レーザモジュール１１０のレーザ媒質が光信号１２を構成する光を受光していない場合には、レーザモジュール１１０が発振せず、当該レーザ媒質が光信号１２を構成する光を受光した場合に、レーザモジュール１１０が発振するように調整される。これにより、光信号１２を電気信号に変換することなく、光信号１２を構成する光の波長（光信号１２の波長と称する場合がある。）と、光信号１４を構成する光の波長（光信号１４の波長と称する場合がある。）とを異ならせることができる。
【００１５】
本実施形態によれば、光信号１２を電気信号に変換することなく、単一の素子により光信号１２の波長を変換することができる。これにより、小型で安価な波長変換素子を提供することができる。
【００１６】
電源１３０は、レーザモジュール１１０に電圧又は電流を印加する。本実施形態において、電源１３０は、コントローラ１４０の指示に従って、電極１１４に印加する電圧又は電流の大きさを制御する。
【００１７】
コントローラ１４０は、電源１３０を制御する。コントローラ１４０は、レーザモジュール１１０の活性層が光信号１２を構成する光を受光した場合に、レーザモジュール１１０が発振し、活性層が光信号１２を構成する光を受光しない場合には、レーザモジュール１１０が発振しないように、電源１３０を制御してよい。活性層が、上記のように制御された電圧又は電流を印加された状態で光信号１２を受光することにより、活性層は光信号１２に応じて、光信号１４を出力することができる。
【００１８】
コントローラ１４０は、電流測定部１４２から、レーザモジュール１１０の電流に関する情報を取得してよい。例えば、コントローラ１４０は、電流測定部１４２から、レーザモジュール１１０の活性層に注入される電流値に関する情報を取得する。コントローラ１４０は、電流測定部１４２から取得した情報に基づき、電源１３０を制御してよい。
【００１９】
一実施形態において、コントローラ１４０は、レーザモジュール１１０に光信号１２が入力されていない状態において、活性層に注入される電流の電流値がレーザモジュール１１０の発振閾値電流値より予め定められた値だけ小さくなるように、活性層に印加される電圧又は電流を制御する。コントローラ１４０は、レーザモジュール１１０に光信号１２が入力されている状態において、上記の電圧又は電流を維持するように、電源１３０を制御してよい。
【００２０】
他の実施形態において、コントローラ１４０は、活性層に印加される電圧又は電流が予め定められた範囲内になるように、電源１３０を制御してよい。予め定められた範囲の上限値及び下限値の少なくとも一方は、レーザモジュール１１０の発振閾値電流値より小さくてもよい。予め定められた範囲の上限値は、レーザモジュール１１０の発振閾値電流値より小さいことが好ましい。予め定められた範囲は、上限値及び下限値の一方が定められていなくてもよい。
【００２１】
予め定められた範囲は、活性層に光信号１２の波長と同一の波長を有する光が照射された状態で、活性層に注入される電流の電流値を変動させる第１のキャリブレーション工程と、活性層に光が照射されない状態で、活性層に注入される電流の電流値を変動させる第２のキャリブレーション工程との少なくとも一方の結果に基づいて決定されてよい。第１及び第２のキャリブレーション工程において、光は断続的に照射されてもよい。
【００２２】
例えば、第１のキャリブレーション工程の一実施形態においては、まず、レーザモジュール１１０の出力光を光信号検出部１４６で観察しながら、光信号検出部１４６の出力信号レベルが予め定められた値より小さくなるまで活性層に注入される電流の電流値を小さくする、若しくは、光信号検出部１４６の出力信号レベルが予め定められた値より小さいことを確認する。次に、レーザモジュール１１０の出力光を光信号検出部１４６で観察しながら、活性層に注入される電流の電流値を徐々に大きくする。光信号検出部１４６の出力信号レベルが予め定められた値より大きくなる電流値に基づいて、予め定められた範囲の下限値を決定する。
【００２３】
第１のキャリブレーション工程の他の実施形態においては、まず、レーザモジュール１１０の出力光を光信号検出部１４６で観察しながら、光信号検出部１４６の出力信号レベルが予め定められた値より大きくなるまで活性層に注入される電流の電流値を大きくする、若しくは、光信号検出部１４６の出力信号レベルが予め定められた値より大きいことを確認する。次に、レーザモジュール１１０の出力光を光信号検出部１４６で観察しながら、活性層に注入される電流の電流値を徐々に小さくする。光信号検出部１４６の出力信号レベルが予め定められた値より小さくなる電流値に基づいて、予め定められた値又は予め定められた範囲の下限値を決定する。
【００２４】
第２のキャリブレーション工程の一実施形態においては、まず、レーザモジュール１１０の出力光を光信号検出部１４６で観察しながら、レーザモジュール１１０の出力光を光信号検出部１４６で観察しながら、光信号検出部１４６の出力信号レベルが予め定められた値より大きくなるまで活性層に注入される電流の電流値を大きくする、若しくは、光信号検出部１４６の出力信号レベルが予め定められた値より大きいことを確認する。次に、レーザモジュール１１０の出力光を光信号検出部１４６で観察しながら、活性層に注入される電流の電流値を徐々に小さくする。光信号検出部１４６の出力信号レベルが予め定められた値より小さくなる電流値に基づいて、予め定められた範囲の上限値を決定する。
【００２５】
第２のキャリブレーション工程の他の実施形態においては、まず、レーザモジュール１１０の出力光を光信号検出部１４６で観察しながら、レーザモジュール１１０の出力光を光信号検出部１４６で観察しながら、光信号検出部１４６の出力信号レベルが予め定められた値より小さくなるまで活性層に注入される電流の電流値を小さくする、若しくは、光信号検出部１４６の出力信号レベルが予め定められた値より小さくことを確認する。次に、レーザモジュール１１０の出力光を光信号検出部１４６で観察しながら、活性層に注入される電流の電流値を徐々に大きくする。光信号検出部１４６の出力信号レベルが予め定められた値より大きくなる電流値に基づいて、予め定められた範囲の上限値を決定する。
【００２６】
他の実施形態において、コントローラ１４０は、レーザモジュール１１０に光信号１２が入力されている状態において、光信号検出部１４６の出力信号レベルが予め定められた第１の値よりも大きい場合、前記光信号検出部１４６の出力信号レベルが予め定められた第２の値又は予め定められた範囲になるように、電源１３０を制御してよい。第１の値と、第２の値は等しくてもよく、等しくなくてもよい。
【００２７】
これにより、レーザモジュール１１０の自励発振を抑制することができる。また、レーザモジュール１１０を、発振する直前の状態にまでポンピングすることができる。その結果、レーザモジュール１１０に光信号１２の光パルスが入力されたことに応じて、レーザモジュール１１０から光信号１４の光パルスが出力される。
【００２８】
コントローラ１４０は、温度測定部１４４から、レーザモジュール１１０の温度に関する情報を取得してよい。例えば、コントローラ１４０は、温度測定部１４４から、レーザモジュール１１０の活性層の温度に関する情報を取得する。コントローラ１４０は、温度測定部１４４から取得した情報と、レーザモジュール１１０の活性層の温度及びレーザモジュール１１０の発振閾値電流値の対応関係を示す情報とに基づき、電源１３０を制御してよい。上記の対応関係を示す情報は、波長変換システム１００又はコントローラ１４０に予め格納されていてよい。
【００２９】
レーザモジュール１１０の発振閾値電流値は、レーザモジュール１１０の温度によって変動する。しかし、コントローラ１４０が、温度測定部１４４から取得した温度に基づいて電源１３０を制御することで、レーザモジュール１１０の温度変動による光信号１４への影響を抑制することができる。
【００３０】
コントローラ１４０は、温度測定部１４４から取得した情報に基づいて、温度調整部１５０を制御してもよい。これにより、レーザモジュール１１０の温度変動を抑制することができる。また、レーザモジュール１１０が波長可変レーザである場合には、温度調整部１５０を制御することで、光信号１４の波長を調整してもよい。
【００３１】
コントローラ１４０は、光信号検出部１４６から、レーザモジュール１１０から光が出力されているか否かを示す電気信号を受信してよい。コントローラ１４０は、光信号検出部１４６から受信した電気信号に基づき、電源１３０を制御してよい。
【００３２】
一実施形態において、コントローラ１４０は、光信号１２がレーザモジュール１１０に入力されている状態において、光信号検出部１４６から受信した電気信号に基づき、レーザモジュール１１０から光が出力されていない時間が予め定められた時間よりも長いと判断した場合、当該電気信号がレーザモジュール１１０から光が出力されていることを示すようになるまで、レーザモジュール１１０の活性層に印加される電圧又は電流を大きくするように、電源１３０を制御する。光信号１２はキャリブレーション用の光信号であってもよい。
【００３３】
他の実施形態において、コントローラ１４０は、光信号１２がレーザモジュール１１０に入力されている状態において、光信号検出部１４６から受信した電気信号に基づき、レーザモジュール１１０から光が出力されている時間が予め定められた時間よりも長いと判断した場合、当該電気信号がレーザモジュール１１０から光が出力されていないことを示すようになるまで、レーザモジュール１１０の活性層に印加される電圧又は電流を小さくするように、電源１３０を制御する。光信号１２はキャリブレーション用の光信号であってもよい。
【００３４】
コントローラ１４０は、ハードウエアにより実現されてもよく、ソフトウエアにより実現されてもよく、ハードウエアとソフトウエアとの組み合わせにより実現されてもよい。例えば、プログラムが実行されることにより、コンピュータが、コントローラ１４０として機能する。
【００３５】
上記のソフトウエア又はプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、メモリ、ハードディスクなどのコンピュータ読み取り可能な媒体に記憶されていてもよく、ネットワークに接続された記憶装置に記憶されていてもよい。ソフトウエア又はプログラムは、コンピュータ読み取り可能な媒体又はネットワークに接続された記憶装置から、波長変換システム１００のコンピュータにインストールされてよい。
【００３６】
コンピュータを、コントローラ１４０として機能させるプログラムは、コントローラ１４０の動作を規定したモジュールを備えてよい。これらのプログラム又はモジュールは、プロセッサ、通信インターフェース等に働きかけて、コンピュータをコントローラ１４０として機能させたり、コンピュータにコントローラ１４０における情報処理方法を実行させたりする。
【００３７】
これらのプログラムに記述された情報処理は、コンピュータに読込まれることにより、ソフトウエアと、波長変換システム１００のハードウエア資源とが協働した具体的手段として機能する。そして、これらの具体的手段によって、本実施形態におけるコンピュータの使用目的に応じた情報の演算又は加工を実現することにより、使用目的に応じたコントローラ１４０を構築することができる。
【００３８】
電流測定部１４２は、レーザモジュール１１０の電流値を測定する。電流測定部１４２は、レーザモジュール１１０の電流値に関する情報をコントローラ１４０に送信する。温度測定部１４４は、レーザモジュール１１０の温度を測定する。温度測定部１４４は、レーザモジュール１１０の温度に関する情報をコントローラ１４０に送信する。
【００３９】
光信号検出部１４６は、レーザモジュール１１０から出力された光信号を検出して電気信号に変換する。光信号検出部１４６は、上記の電気信号をコントローラ１４０に送信する。なお、光信号検出部１４６は、レーザモジュール１１０から出力された光信号１４の一部が入力されるように構成されてよい。
【００４０】
温度調整部１５０は、コントローラ１４０からの指示に従って、レーザモジュール１１０の温度を調整する。温度調整部１５０は、ペルチェ素子であってよい。
【００４１】
本実施形態において、レーザモジュール１１０が半導体レーザであり、レーザモジュール１１０の発振閾値電流値よりもわずかに小さな電流値を有するポンピング電流が活性層２０６に注入されて、活性層２０６が十分に励起した状態で、活性層２０６に光信号１２が入力されることにより、光信号１２のＯＮ及びＯＦＦに応じて、レーザモジュール１１０が発振及び停止を繰り返す場合について説明した。しかし、レーザモジュール１１０は、レーザ光を発振するモジュールであればよく、本実施形態に限定されない。
【００４２】
他の実施形態において、レーザモジュール１１０は、固体レーザ又は光励起半導体レーザであってもよい。この場合において、レーザモジュール１１０のレーザ媒体は光によって励起される。より具体的には、光信号１２とは異なるポンピング光がレーザ媒体に照射されて、レーザモジュール１１０が発振しない範囲で活性層２０６が十分に励起した状態で、活性層２０６に光信号１２が入力されることで、光信号１２のＯＮ及びＯＦＦに応じて、レーザモジュール１１０が発振及び停止を繰り返す。
【００４３】
レーザモジュール１１０のレーザ媒体が、光信号１２とは異なるポンピング光により励起される場合、コントローラ１４０は、ポンピング光の光源を制御してよい。コントローラ１４０は、電源１３０から光源に供給される電圧又は電流を制御してもよい。より具体的には、コントローラ１４０は、レーザモジュール１１０のレーザ媒体が光信号１２を構成する光を受光した場合に、レーザモジュール１１０が発振し、レーザ媒体が光信号１２を構成する光を受光しない場合には、レーザモジュール１１０が発振しないように、電源１３０又は光源を制御する。
【００４４】
本実施形態において、レーザモジュール１１０の発光可能な波長が固定されている場合について説明した。しかし、レーザモジュール１１０は本実施形態に限定されない。他の実施形態において、レーザモジュール１１０は、波長可変レーザであってもよい。波長可変レーザとしては、ＳＧ−ＤＢＲ（Ｓａｍｐｌｅｄ−Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザ、ＧＣＳＲ（Ｇｒａｔｉｎｇ  ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｃｏｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ｃｏｕｐｌｅｒ  ｌａｓｅｒ  ｗｉｔｈ  ｒｅａｒ  Ｓａｍｐｌｅｄ  ｇｒａｔｉｎｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザなどを例示することができる。
【００４５】
本実施形態において、波長変換システム１００が光信号検出部１４６を備え、コントローラ１４０が、光信号検出部１４６からの信号を利用して、電源１３０を制御する場合について説明した。しかし、波長変換システム１００は本実施形態に限定されない。他の実施形態において、コントローラ１４０が、波長変換システム１００の外部に配され、光信号１４を検出する光信号検出部からの信号を利用して、電源１３０を制御してもよい。
【００４６】
図２は、レーザモジュール１１０のＡ−Ａ'断面の一例を概略的に示す。本実施形態において、レーザモジュール１１０は、電極２１２と、ｎ型半導体基板２０２と、ｎ型半導体クラッド層２０４と、活性層２０６と、ｐ型半導体クラッド層２０８と、電極１１４とがこの順に積層されてなる。活性層２０６は、単一の半導体層であってもよく、複数の半導体層により形成されてもよい。活性層２０６は、量子井戸構造、多量子井戸構造又は量子ドット構造を有してもよい。ｐ型半導体は、第１導電型半導体の一例であってよく、ｎ型半導体は、第２導電型半導体の一例であってよい。
【００４７】
なお、図２は、レーザモジュール１１０を製造する場合における積層方向を限定するものではない。レーザモジュール１１０を製造する場合における積層方向は、図中、下から上に向かう方向であってもよく、上から下に向かう方向であってもよい。また、レーザモジュール１１０は、ＣＶＤ、ＰＶＤ、エッチング、リソグラフィなどの半導体製造プロセスを利用して、製造することができる。
【００４８】
図３、図４及び図５を用いて、波長可変レーザを用いた実施形態について説明する。図３は、レーザモジュール３１０の上面図の一例を概略的に示す。図４は、レーザモジュール３１０のＢ−Ｂ'断面の一例を概略的に示す。図５は、レーザモジュール３１０のＣ−Ｃ'断面の一例を概略的に示す。レーザモジュール３１０は、波長可変レーザである点において、レーザモジュール１１０と相違する。レーザモジュール３１０は、上記相違点以外の構成においては、レーザモジュール１１０と同様の構成を有してよい。
【００４９】
本実施形態において、レーザモジュール３１０は、増幅領域３２０と、前部ミラー領域３３０と、利得領域３４０と、位相調整領域３５０と、後部ミラー領域３６０と、増幅領域３７０とを備える。増幅領域３２０、前部ミラー領域３３０、利得領域３４０、位相調整領域３５０及び後部ミラー領域３６０は、光の導波方向に沿って、この順に配される。
【００５０】
増幅領域３２０、前部ミラー領域３３０、利得領域３４０、位相調整領域３５０、後部ミラー領域３６０及び増幅領域３７０は、ｎ型半導体基板４０２の一方の面に形成される。ｎ型半導体基板４０２の他方の面には、共通電極４１２が形成される。共通電極４１２は接地されてよい。
【００５１】
ｎ型半導体基板４０２の一方の面には、ｎ型半導体クラッド層４０４が形成される。ｎ型半導体クラッド層４０４の上に、増幅領域３２０の活性層４２６と、前部ミラー領域３３０の光導波路４３６と、利得領域３４０の活性層４４６と、位相調整領域３５０及び後部ミラー領域３６０の光導波路４５６と、増幅領域３７０の活性層５７６とが形成される。活性層４２６、光導波路４３６、活性層４４６及び光導波路４５６は、１つの光導波路を構成する。活性層４４６及び活性層５７６は１つの光導波路を構成する。
【００５２】
活性層４２６、光導波路４３６、活性層４４６、光導波路４５６及び活性層５７６の上に、ｐ型半導体クラッド層４０８が形成される。ｐ型半導体クラッド層４０８の前部ミラー領域３３０には、回折格子３３８が形成される。ｐ型半導体クラッド層４０８の後部ミラー領域３６０には、回折格子３６８が形成される。
【００５３】
ｐ型半導体クラッド層４０８の上に、増幅領域３２０の電極３２４と、前部ミラー領域３３０の電極３３４と、利得領域３４０の電極３４４と、位相調整領域３５０の電極３５４と、後部ミラー領域３６０の電極３６４と、増幅領域３７０の電極３７４とが形成される。
【００５４】
増幅領域３２０は、前部ミラー領域３３０からの出力光を増幅させる。増幅領域３２０は、増幅させた光を光信号１４として出力する。増幅領域３２０は、半導体光増幅器であってよい。
【００５５】
前部ミラー領域３３０及び後部ミラー領域３６０は、前部ミラー領域３３０及び後部ミラー領域３６０の間で、利得領域３４０から到達したレーザ光を反射させる。前部ミラー領域３３０及び後部ミラー領域３６０は、それぞれ、回折格子３３８及び回折格子３６８を有しており、前部ミラー領域３３０及び後部ミラー領域３６０のそれぞれに流れる電流を制御することによって、発振波長を任意に変化させることができる。
【００５６】
利得領域３４０は、レーザ光を発生する。利得領域３４０は、電極３４４に電圧又は電流を印加された状態で、活性層４４６に光信号１２を受光する。例えば、利得領域３４０は、発振する直前までポンピングされた状態で、活性層４４６に光信号１２を受光する。これにより、利得領域３４０は、活性層４４６に光信号１２の光パルスが入力されたことに応じて、光パルスを発生する。
【００５７】
一実施形態において、電極３４４に印加される電圧又は電流は、活性層４４６に光信号１２が入力されていない状態において、活性層４４６に注入される電流の値が利得領域３４０の発振閾値電流値より予め定められた値だけ小さくなるように制御される。他の実施形態において、電極３４４に印加される電圧又は電流は、予め定められた範囲内になるように制御される。
【００５８】
位相調整領域３５０は、利得領域３４０及び後部ミラー領域３６０の間の光路長を能動的に制御する。例えば、位相調整領域３５０に電流が注入されると、プラズマ効果により位相調整領域３５０の実効屈折率が低下する。これにより、利得領域３４０及び後部ミラー領域３６０の間の光路長を能動的に制御することができる。
【００５９】
増幅領域３７０は、光信号１２を受光し、光信号１２を増幅させる。増幅領域３７０は、増幅させた光信号１２を利得領域３４０に出力する。増幅領域３７０は、半導体光増幅器であってよい。レーザモジュール３１０が増幅領域３７０を備えることにより、光信号１２が微弱である場合であっても、十分な強度を有する光信号１４を出力することができる。
【００６０】
本実施形態によれば、レーザモジュール３１０が波長可変レーザを有する。これにより、レーザモジュール３１０の各部に印加する電圧又は電流を制御することにより、光信号１４の波長を任意に変化させることができる。
【００６１】
本実施形態において、レーザモジュール３１０が波長可変レーザを有する場合の一例として、レーザモジュール３１０がＳＧ−ＤＢＲレーザを有する場合について説明した。しかし、レーザモジュール３１０は本実施形態に限定されない。レーザモジュール３１０は、ＧＣＳＲレーザなどの他の波長可変レーザを有してもよい。
【００６２】
本実施形態において、レーザモジュール３１０が増幅領域３２０及び増幅領域３７０を有する場合について説明した。しかし、レーザモジュール３１０は本実施形態に限定されない。レーザモジュール３１０は、増幅領域３２０及び増幅領域３７０の少なくとも一方を有しなくてもよい。
【００６３】
図６及び図７を用いて、光信号１２の活性層（例えば、活性層２０６又は活性層４４６である。）への入射方向と、光信号１４の活性層からの出射方向との関係について説明する。図６は、光信号１４の出射方向に垂直な平面６０２に垂直であり、ｎ型半導体基板２０２及び活性層２０６の少なくとも一方に平行な平面６１０において、光信号１２及び光信号１４がなす角度θ６０４の一例を概略的に示す。平面６１０は、平面６０２に垂直であり、ｎ型半導体クラッド層２０４、活性層２０６及びｐ型半導体クラッド層２０８の積層方向に垂直な平面であってもよい。図６において、角度θ６０４は、平面６０２と光信号１２とのなす２つの角のうち、小さな角の角度を示す。
【００６４】
図７は、平面６０２に垂直であり、ｎ型半導体基板２０２及び活性層２０６の少なくとも一方に垂直な平面７１０において、光信号１２及び光信号１４がなす角度θ７０４の一例を概略的に示す。平面７１０は、平面６０２に垂直であり、ｎ型半導体クラッド層２０４、活性層２０６及びｐ型半導体クラッド層２０８の積層方向に平行な平面であってもよい。図７において、角度θ７０４は、平面６０２と光信号１２とのなす２つの角のうち、小さな角の角度を示す。
【００６５】
光信号１２の活性層への入射方向は、光信号１４の活性層からの出射方向と異なることが好ましい。より好ましくは、光信号１２の活性層への入射方向は、光信号１４の活性層からの出射方向と直交する。なお、この場合において、角度θ６０４及び角度θ７０４は０°である。
【００６６】
平面６１０及び平面７１０において、角度θ６０４及び角度θ７０４は、レーザモジュール１１０の構造及びレーザモジュール１１０を構成する各層の材料によって適宜調整されうる。一実施形態において、角度θ６０４は、８５°以下であってよく、７５°以下であることが好ましく、６０°以下であることがより好ましく、４５°以下であることがさらに好ましく、３０°以下であることがさらに好ましく、１０°以下であることがさらに好ましい。角度θ７０４は、８５°以下であってよく、７５°以下であることが好ましく、６０°以下であることがより好ましく、４５°以下であることがさらに好ましく、３０°以下であることがさらに好ましく、１０°以下であることがさらに好ましい。なお、平面６０２において光信号１２及び光信号１４がなす角度は特に限定されない。
【００６７】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００６８】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
［項目１］
半導体からなる活性層を有する半導体レーザを備え、
上記活性層は、
電圧又は電流を印加された状態で、第１の波長を有する光からなる第１の光信号を受光し、
上記第１の光信号に応じて、第２の波長を有する光からなる第２の光信号を出力する、
波長変換素子。
［項目２］
上記活性層に、上記第１の光信号を入力する入力部を更に備える、
項目１に記載の波長変換素子。
［項目３］
上記半導体レーザは、波長可変レーザである、
項目１又は項目２に記載の波長変換素子。
［項目４］
上記第１の光信号を受光し、増幅する第１の光増幅部を更に備え、
上記活性層は、上記第１の光増幅部により増幅された上記第１の光信号を受光する、
項目１から項目３までの何れか一項に記載の波長変換素子。
［項目５］
上記第２の光信号を増幅する第２の光増幅部を更に備える、
項目１から項目４までの何れか一項に記載の波長変換素子。
［項目６］
上記第１の光信号の上記活性層への入射方向と、上記第２の光信号の上記活性層からの出射方向とが異なる、
項目１から項目５までの何れか一項に記載の波長変換素子。
［項目７］
項目１から項目６までの何れか一項に記載の波長変換素子と、
上記波長変換素子に電圧又は電流を印加する電源と、
上記活性層が上記第１の波長を有する光を受光した場合に、上記半導体レーザが発振し、上記活性層が上記第１の波長を有する光を受光しない場合に、上記半導体レーザが発振しないように、上記電源を制御する電源制御部と、
を備える波長変換装置。
［項目８］
上記電源制御部は、
上記第２の光信号を検出して電気信号に変換する光信号検出部から、上記電気信号を受信し、
上記電気信号に基づき、上記電源を制御する、
項目７に記載の波長変換装置。
［項目９］
半導体からなる活性層を有する半導体レーザと、上記活性層に光信号を入力する入力部とを有する波長変換素子に電圧又は電流を印加する電源を制御する制御装置であって、
上記活性層が上記入力部からの光を受光した場合に、上記半導体レーザが発振し、上記活性層が上記入力部からの光を受光しない場合に、上記半導体レーザが発振しないように、上記電源を制御する、
制御装置。
【符号の説明】
【００６９】
１２  光信号、  １４  光信号、  １００  波長変換システム、  １１０  レーザモジュール、  １１２  受光面、  １１４  電極、  １２０  レンズ、  １３０  電源、  １４０  コントローラ、  １４２  電流測定部、  １４４  温度測定部、  １４６  光信号検出部、  １５０  温度調整部、  ２０２  ｎ型半導体基板、  ２０４  ｎ型半導体クラッド層、  ２０６  活性層、  ２０８  ｐ型半導体クラッド層、  ２１２  電極、  ３１０  レーザモジュール、  ３２０  増幅領域、  ３２４  電極、  ３３０  前部ミラー領域、  ３３４  電極、  ３３８  回折格子、  ３４０  利得領域、  ３４４  電極、  ３５０  位相調整領域、  ３５４  電極、  ３６０  後部ミラー領域、  ３６４  電極、  ３６８  回折格子、  ３７０  増幅領域、  ３７４  電極、  ４０２  ｎ型半導体基板、  ４０４  ｎ型半導体クラッド層、  ４０８  ｐ型半導体クラッド層、  ４１２  共通電極、  ４２６  活性層、  ４３６  光導波路、  ４４６  活性層、  ４５６  光導波路、  ５７６  活性層、  ６０２  平面、  ６０４  角度θ、  ６１０  平面、  ７０４  角度θ、  ７１０  平面
【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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