(57)【要約】【課題】出力光の強度を高めつつ、複数のモードの中から所望のモードを簡単に選択することができる波長可変光源、及び光半導体装置を提供すること。【解決手段】光を増幅する第１の光素子２２と、第１の光素子２２に光学的に結合された第１の導波路２３と、第１の導波路２３に光学的に結合され、透過率が極大となる第１のピーク波長λ1を有する第１の波長選択フィルタ３１と、第１の波長選択フィルタ３１と第１の光素子２２との間の第１の導波路２３から分岐し、光を出力する出力端２４ｂを備えた第２の導波路２４と、第２の導波路２４に光学的に結合され、第１のピーク波長λ1とは異なる第２のピーク波長λ3, k、λ3, k+1、λ3, k+2、…で透過率が極大となる第２の波長選択フィルタ３２と、光の位相を調節する位相調節部２９とを有する波長可変光源２０による。【選択図】図８
2019087572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を増幅する第１の光素子と、
前記第１の光素子に光学的に結合された第１の導波路と、
前記第１の導波路に光学的に結合され、透過率が極大となる第１のピーク波長を有する第１の波長選択フィルタと、
前記第１の波長選択フィルタと前記第１の光素子との間の前記第１の導波路から分岐し、前記光を出力する出力端を備えた第２の導波路と、
前記第２の導波路に光学的に結合され、前記第１のピーク波長とは異なる第２のピーク波長で透過率が極大となる第２の波長選択フィルタと、
前記光の位相を調節する位相調節部と、
を有する波長可変光源。
【請求項２】
前記第１の波長選択フィルタは、
透過率が極大となる複数のピーク波長が第１の周期で現れ、かつ前記複数のピーク波長のうちの一つが前記第１のピーク波長に等しい第１のリング共振器と、
透過率が極大となる複数のピーク波長が前記第１の周期とは異なる第２の周期で現れ、かつ前記複数のピーク波長のうちの一つが前記第１のピーク波長に等しい第２のリング共振器とを有し、
前記第２の波長選択フィルタの透過率は、前記第１の周期と前記第２の周期のいずれか一方と同じ第３の周期で波長と共に変化することを特徴とする請求項１に記載の波長可変光源。
【請求項３】
前記第３の周期は前記第１の周期と等しく、
前記第２のピーク波長が、前記第１のリング共振器の二つの隣接する前記ピーク波長の中間に位置することを特徴とする請求項２に記載の波長可変光源。
【請求項４】
前記第２の導波路の前記出力端に光学的に結合され、前記出力端から出た前記光を増幅して出力する第２の光素子を更に有することを特徴とする請求項１に記載の波長可変光源。
【請求項５】
光を増幅する光素子と、
前記光素子に光学的に結合された第１の導波路と、
前記第１の導波路に光学的に結合され、透過率が極大となる第１のピーク波長を有する第１の波長選択フィルタと、
前記第１の波長選択フィルタと前記光素子との間の前記第１の導波路から分岐し、前記光を出力する出力端を備えた第２の導波路と、
前記第２の導波路に光学的に結合され、前記第１のピーク波長とは異なる第２のピーク波長で透過率が極大となる第２の波長選択フィルタと、
前記光の位相を調節する位相調節部と、
前記第１の波長選択フィルタを制御することにより前記第１のピーク波長の位置を選択する第１の波長選択部と、
前記第２の波長選択フィルタを制御することにより前記第２のピーク波長の位置を選択する第２の波長選択部と、
前記位相調節部を制御することにより前記光の前記位相を制御する位相制御部と、
を有する光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長可変光源、及び光半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
長距離光伝送システムの発展に伴い、光信号の大容量化が可能なデジタル・コヒーレント通信が導入されつつある。そのデジタル・コヒーレント通信で使用する光源として、出力光の波長を広範囲にわたって変えることができると共に、波長幅が狭い出力光を出力可能な波長可変光源の開発が進められている。
【０００３】
その波長可変光源においては、共振器内に発生した複数の波長のモードのうちの一つをフィルタで選択し、選択したモードの光をSOA(Semiconductor Optical Amplifier)で増幅することにより所望の波長の出力光を外部に出力する。
【０００４】
このとき、出力光の強度が極大となるようにモードを選択するのが好ましいが、共振器内における複数のモードの各々が近接しているため、出力光の強度を高めながら複数のモードの中から所望の波長のものを選択するのは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２７９０３０号公報
【特許文献２】国際公開第２００９／０９６４３１号
【特許文献３】特開２０１７−９８３６２号公報
【特許文献４】特開２００８−２５１６７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、出力光の強度を高めつつ、複数のモードの中から所望のモードを簡単に選択することができる波長可変光源、及び光半導体装置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】
【０００７】
一つの態様では、波長可変光源は、光を増幅する第１の光素子と、前記第１の光素子に光学的に結合された第１の導波路と、前記第１の導波路に光学的に結合され、透過率が極大となる第１のピーク波長を有する第１の波長選択フィルタと、前記第１の波長選択フィルタと前記第１の光素子との間の前記第１の導波路から分岐し、前記光を出力する出力端を備えた第２の導波路と、前記第２の導波路に光学的に結合され、前記第１のピーク波長とは異なる第２のピーク波長で透過率が極大となる第２の波長選択フィルタと、前記光の位相を調節する位相調節部とを有する。
【発明の効果】
【０００８】
一つの側面として、第１の波長選択フィルタの第１のピーク波長と第２の波長選択フィルタの第２のピーク波長とが異なるため、位相変化に対する光の強度変化を補正できる。これにより、複数のモードが出力される位相を光の強度が極大となる位相から離すことができるため、出力光の強度を高めながら、複数のモードの中から所望の波長のモードを簡単に選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、調査に使用した波長可変光源の平面図である。
【図２】図２は、第１のリング共振器と第２のリング共振器の各々の透過特性のグラフを示す図である。
【図３】図３は、図２を拡大した図である。
【図４】図４は、図３の波長λ1のピークを拡大した図である。
【図５】図５は、波長選択フィルタの透過率のピークとFPモードのピークとが一致した理想的な場合のグラフである。
【図６】図６は、モード競合について説明するためのグラブである。
【図７】図７は、出力光の強度と位相調節用ヒータへの投入電力との関係を実際に測定して得られたグラフを示す図である。
【図８】図８は、第１実施形態に係る波長可変光源の平面図である。
【図９】図９は、図８のI−I線とII−II線のそれぞれに沿った第１の光素子の断面図である。
【図１０】図１０は、図８のIII−III線に沿った第２のリング共振器の断面図である。
【図１１】図１１は、図８のIV−IV線に沿った位相調節用ヒータの断面図である。
【図１２】図１２は、図８のV−V線に沿った方向性結合器の断面図である。
【図１３】図１３（ａ）は第１のリング共振器の透過特性を示すグラフであり、図１３（ｂ）は第２のリング共振器の透過特性を示すグラフであり、図１３（ｃ）は第２の波長選択フィルタ３２の透過特性を示すグラフである。
【図１４】図１４は、第１のリング共振器と第２のリング共振器の各々の透過特性を重ね合わせた第１の波長選択フィルタの透過特性を示すグラフである。
【図１５】図１５は、第１のピーク波長λ1を中心にして図１４を拡大した図である。
【図１６】図１６は、第２の波長選択フィルタを設けない場合における、出力端から出力される出力光の強度と位相調節用ヒータへの投入電力との関係を示すグラフを模式的に表す図である。
【図１７】図１７は、第１実施形態で補正された出力光の強度を示すグラフを模式的に示す図である。
【図１８】図１８は、第１実施形態に係る光半導体装置の平面図である。
【図１９】図１９は、第１実施形態に係る光半導体装置が備える制御部の機能構成図である。
【図２０】図２０は、第２実施形態に係る波長可変光源の平面図である。
【図２１】図２１は、第２実施形態に係る波長可変光源が備える第３の受光器の拡大平面図である。
【図２２】図２２は、図２１のVI−VI線とVII−VII線の各々に沿った第３の受光器の断面図である。
【図２３】図２３は、第２実施形態に係る光半導体装置の平面図である。
【図２４】図２４は、第２実施形態に係る光半導体装置が備える制御部の機能構成図である。
【図２５】図２５は、第３実施形態に係る波長可変光源の平面図である。
【図２６】図２６は、第３実施形態に係る光半導体装置の平面図である。
【図２７】図２７は、第４実施形態に係る波長可変光源の平面図である。
【図２８】図２８は、図２７のVIII−VIII線に沿った第２の波長選択フィルタの断面図である。
【図２９】図２９は、第４実施形態に係る第２の波長選択フィルタの透過特性を示す図である。
【図３０】図３０は、第４実施形態に係る光半導体装置の平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本実施形態の説明に先立ち、本願発明者が調査した事項について説明する。
【００１１】
図１は、その調査に使用した波長可変光源の平面図である。
【００１２】
この波長可変光源１は、出力光の波長を変えることができるデバイスであり、シリコン導波路プラットフォーム２とその上に固着された光素子３とを備える。
【００１３】
このうち、シリコン導波路プラットフォーム２は、例えばSOI(Silicon On Insulator)基板を加工して形成された平板である。そのSOI基板のシリコン層をパターニングすることにより、シリコン導波路プラットフォーム２にはシリコンを材料とする第１〜第３の導波路４〜６が形成される。
【００１４】
また、シリコン導波路プラットフォーム２には波長選択フィルタ１０が設けられる。
【００１５】
波長選択フィルタ１０は、第１のリング共振器７と第２のリング共振器８のバーニヤ効果によって所定の波長の光のみを透過するフィルタである。
【００１６】
第１のリング共振器７は、各導波路４、５に光学的に結合したリング状の導波路７ａとヒータ７ｂとを備えており、各導波路４、５から入射した入射光のうちで共振波長を有する光のみを透過する。その共振波長は、リングの直径と導波路７ａの有効屈折率から定まり、波長と共に周期的に変化する。
【００１７】
また、ヒータ７ｂを加熱することで導波路７ａの有効屈折率が変化し、これにより共振波長を長波長側や短波長側にシフトすることができる。
【００１８】
一方、第２のリング共振器８は、各導波路５、６に光学的に結合したリング状の導波路８ａと、その導波路８ａの有効屈折率を変えるためのヒータ８ｂとを有する。導波路８ａのリングの直径は導波路７ａのそれとは異なり、これにより各々のリング共振器７、８の共振波長が僅かに異なるようになるようになる。その結果、各リング共振器７、８の両方の共振波長を満たす波長の光のみが波長選択フィルタ１０を透過するバーニヤ効果を得ることができる。
【００１９】
一方、第３の導波路６にはループミラー６ａと位相調節用ヒータ９が設けられる。
【００２０】
このうち、ループミラー６ａは、第３の導波路６を通る光を全反射するミラーである。そして、位相調節用ヒータ９は、第３の導波路６を加熱することによりその有効屈折率を変化させる。
【００２１】
また、光素子３は、第１の導波路４に光学的に結合した活性層３ａを備えたSOAであって、その出力端３ｂから出力光Sが出力される。
【００２２】
このような構造の波長可変光源１においては、光素子３の出力端３ｂとループミラー６ａとの間でファブリ・ペロー共振器が形成され、これらの間にある光素子３の活性層３ａがレーザの利得媒質となる。そして、波長選択フィルタ１０により選択される波長のうち、ファブリ・ペロー共振器の共振モードと一致する波長でレーザ発振が起きる。
【００２３】
次に、波長選択フィルタ１０の機能について説明する。
【００２４】
図２は、第１のリング共振器７と第２のリング共振器８の各々の透過特性のグラフを示す図であって、その横軸は光の波長を示し、縦軸は透過率を示す。
【００２５】
図２に示すように、各リング共振器７、８の共振波長を示すピークは周期的に現れる。
【００２６】
その共振波長は各リング共振器７、８で僅かに異なる。そのため、各リング共振器７、８においてピークが発生する周期Δλ1、Δλ2は僅かに異なるようになる。
【００２７】
そして、これらのリング共振器７、８の透過率を重ね合わせたものが波長選択フィルタ１０の透過率となる。
【００２８】
図３は、図２を拡大した図である。
【００２９】
図３に示すように、各周期Δλ1、Δλ2を異なるようにしたことで、各リング共振器７、８の共振波長を同時に満足する波長λ1がバーニヤ効果によって現れ、その波長λ1の光が波長選択フィルタ１０から出力される光のうちで極大の強度を持つ。
【００３０】
また、波長λ1は、各リング共振器７、８のヒータ７ｂ、８ｂの温度を調節することにより長波長側や短波長側にシフトさせることができる。
【００３１】
図４は、図３の波長λ1のピークを拡大した図である。なお、図４においては、波長可変光源１のファブリ・ペロー共振器内に発生する共振モードも併記してある。以下ではその共振モードをFPモードとも呼ぶ。
【００３２】
FPモードにおいては、波長選択フィルタ１０の透過率におけるよりも極めて短い周期でピークが現れる。そのため、FPモードの複数のピークm1、m2、m3が、波長λ1を中心とした波長選択フィルタ１０の透過率のピークに重なるようになる。
【００３３】
波長可変光源１から出力される光の強度は、波長選択フィルタ１０の透過率とFPモードとを重ね合わせた透過率で定まり、FPモードのピークが波長λ1に一致したときに極大となる。
【００３４】
図４の例では、FPモードのピークが波長λ1に一致しておらず、これらが一致した理想的な場合と比較してΔIだけ出力光の強度が低下している。
【００３５】
波長選択フィルタ１０の透過率のピークとFPモードのピークとを一致させるために、この例では位相調節用ヒータ９（図１参照）の温度を調節してファブリ・ペロー共振器の光路長を伸縮させる。これにより、光路内の光の位相が変化するため、波長選択フィルタ１０の透過特性を固定した状態でFPモードのピークが短波長側や長波長側にシフトし、FPモードのピークを波長λ1に一致させることができる。
【００３６】
図５は、このように波長選択フィルタ１０の透過率のピークとFPモードのピークとが一致した理想的な場合のグラフである。
【００３７】
なお、これらのピーク同士が一致していないと、図４のような出力の低下の他に、モード競合と呼ばれる問題も発生する。
【００３８】
図６は、モード競合について説明するためのグラブである。
【００３９】
図６の例では、波長選択フィルタ１０の透過率とFPモードのピークとを重ねたときに、隣接するモードm1、m2の強度差ΔIが僅かとなっている。
【００４０】
この場合、例えばモードm2の波長の光を出力させたいにも関わらず、それと波長が異なるモードm1の波長の光も同程度の強度で出力されまい、単一の波長の出力光を得るのが難しくなる。
【００４１】
図４の出力低下や図６のモード競合の問題が生じないようにするには、位相調節用ヒータ９の温度を微調整することにより、波長選択フィルタ１０の透過率とFPモードの各々のピーク同士を正確に一致させればよい。
【００４２】
しかしながら、本願発明者の調査によれば、位相調節用ヒータ９の温度を微調整してこれを実現するのは困難であることが明らかとなった。
【００４３】
その困難性について図７を参照しながら説明する。
【００４４】
図７は、光素子３の出力端３ｂから出力された出力光Sの強度と、位相調節用ヒータ９への投入電力との関係を実際に測定して得られたグラフG1を示す図である。
【００４５】
また、図７においては、図６の隣接する二つのモードm1、m2の強度差ΔIと、位相調節用ヒータ９への投入電力との関係を実際に測定して得られたグラフG2も併記してある。
【００４６】
図７に示すように、グラフG1は、出力光Sの強度が極小となる投入電力P0を中心にして対称とはならず、投入電力P0を中心にして非対称な形状となることが明らかとなった。これは、光素子３の利得飽和が短波長側と長波長側とで異なるためと考えられる。
【００４７】
そして、このようにグラフG1が非対称となった結果、投入電力P0に近い投入電力P1において出力光Sの強度が極大となることが明らかとなった。
【００４８】
一方、グラフG2に示すように、強度差ΔIは投入電力P2において極小となる。その投入電力P2では波長可変光源１から出力される二つのモードm1、m2の強度が同程度となる。以下では、その投入電力P2のことをモード不安定点とも言う。
【００４９】
図７によれば、グラフG1の形状が非対称となった結果、モード不安定点を表す投入電力P2と、出力光Sの強度が極大となる投入電力P1との差ΔPが極めて小さくなり、各投入電力P1、P2同士が近接している。
【００５０】
そのため、出力光Sの強度が極大になるように投入電力を調節する際に、投入電力がモード不安定点P2に近づき易くなり、波長可変光源１から二つのモードm1、m2の光が出力されてしまう。その結果、目的とする波長とは異なる波長の光も波長可変光源１から出力され、波長可変光源１の波長選択性が悪くなる。
【００５１】
特に、この波長可変光源１においては、活性層３ａにおける二光子吸収で複数のモードが出力されるのを防止するために、各リング共振器７、８のフィネスを小さくし、波長λ1（図３参照）の近傍で波長選択フィルタ１０の透過率を緩やかに変化させることがある。この場合にFPモードのピークを短波長側や長波長側にシフトさせても出力光の強度変化は僅かとなるため、出力光の強度が極大となる電力P1を見つけるのが困難となる。
【００５２】
以下に、各実施形態について説明する。
【００５３】
（第１実施形態）
図８は、本実施形態に係る波長可変光源の平面図である。
【００５４】
この波長可変光源２０は、出力光の波長を変えることができるデバイスであり、シリコン導波路プラットフォーム２１とその上に固着された第１の光素子２２とを備える。
【００５５】
シリコン導波路プラットフォーム２１は、例えばSOI基板を加工して形成された平板であって、そのSOI基板のシリコン層をパターニングしてなる第１〜第４の導波路２３〜２６を備える。
【００５６】
各導波路２３〜２６のサイズは特に限定されないが、この例では各導波路２３〜２６の幅を４８０nmとし、その高さを２２０nmとする。
【００５７】
また、シリコン導波路プラットフォーム２１には第１の波長選択フィルタ３１が設けられる。
【００５８】
第１の波長選択フィルタ３１は、第１のリング共振器２７と第２のリング共振器２８のバーニヤ効果によって所定の波長の光のみを透過するフィルタである。
【００５９】
第１のリング共振器２７は、各導波路２３、２５に光学的に結合したリング状の導波路２７ａとヒータ２７ｂとを備えており、各導波路２３、２５から入射した入射光の波長が共振波長を満たしたときにその入射光を透過する。その共振波長は、リングの直径と導波路２７ａの有効屈折率から定まり、波長と共に周期的に変化する。
【００６０】
なお、以下では共振波長のことをピーク波長とも呼ぶ。
【００６１】
また、ヒータ２７ｂを加熱することで導波路２７ａの有効屈折率が変化し、これによりピーク波長をシフトすることができる。例えば、ヒータ２７ｂによる加熱温度が１℃変化すると、ピーク波長は０．０４２５nm〜０．０４３０nm程度シフトする。なお、導波路２７ａのリングの半径は特に限定されないが、本実施形態ではその半径を数μm〜数１０μm程度とする。
【００６２】
一方、第２のリング共振器２８は、各導波路２５、２６に光学的に結合したリング状の導波路２８ａと、その導波路２８ａの有効屈折率を変えるためのヒータ２８ｂとを有する。
【００６３】
本実施形態では各導波路２７ａ、２８ａのリングの直径を異なるようにすることで各リング共振器２７、２８の各々のピーク波長を僅かに異ならせ、第１の波長選択フィルタ３１においてバーニヤ効果が得られるようにする。
【００６４】
なお、各リング共振器２７、２８に代えて、透過率が波長と共に周期的に変化する任意のデバイスを採用してもよい。そのようなデバイスとしては、例えばマッハ・ツェンダ干渉計型フィルタがある。
【００６５】
そして、第４の導波路２６にはミラー２６ａと位相調節用ヒータ２９が設けられる。
【００６６】
このうち、ミラー２６ａは、第４の導波路２６内の光を全反射するループミラーであって、第１の波長選択フィルタ３１を介して第１の導波路２３と光学的に結合する。
【００６７】
一方、位相調節用ヒータ２９は、位相調節部の一例であって、第４の導波路２６を加熱することによりその有効屈折率を変化させる。
【００６８】
また、第１の光素子２２はストライプ状の活性層３５を備えたSOAであり、活性層３５内の光を増幅する。
【００６９】
更に、第１の光素子２２には相対する第１の端面２２ａと第２の端面２２ｂとが設けられる。このうち、第１の端面２２ａには反射率が９０％以上の高反射膜３６が設けられており、活性層３５内の光はその高反射膜３６によって反射する。
【００７０】
一方、第２の端面２２ｂには、第１の光素子２２に入出力する光の反射を防止するための無反射膜３７が設けられる。
【００７１】
なお、活性層３５内の光が第２の端面２２ｂで反射するのを抑えるために、この例では活性層３５の延在方向を第２の端面２２ｂの法線方向から角度αだけ傾斜させる。角度αは特に限定されないが、この例では７°程度とする。そして、第２の端面２２ｂにおけるスネルの法則を考慮して、第１の導波路２３の延在方向を第２の端面２２ｂの法線方向から角度βだけ傾斜させる。無反射膜３７と第１の導波路２３の端面との間に空気が介在している場合、角度βは１５°程度となる。
【００７２】
一方、第２の導波路２４は、第１の導波路２３と並行した端部２４ａを有する。その端部２４ａは、第１の導波路２３と共に方向性結合器３８を形成し、その方向性結合器３８において第２の導波路２４は第１の導波路２３から分岐する。なお、方向性結合器３８に代えてY分岐導波路やMMI(Multi Mode Interference)導波路を用いてもよい。また、方向性結合器３８における分岐比も特に限定されず、設計要件に基づいて任意に分岐比を設定し得る。
【００７３】
更に、第２の導波路２４には出力端２４ｂが設けられており、第１の光素子２２で増幅された光はその出力端２４ｂから出力光Sとして外部に出力される。
【００７４】
また、第２の導波路２４には、第２の波長選択フィルタ３２が光学的に結合される。第２の波長選択フィルタ３２は、リング状の導波路３２ａとそれを加熱するヒータ３２ｂとを備えたリング共振器である。
【００７５】
このような構造の波長可変光源２０においては、第１の光素子２２の第１の端面２２ａとミラー２６ａとの間でファブリ・ペロー共振器が形成され、これらの間にある第１の光素子２２の活性層３５がレーザの利得媒質となる。そして、第１の波長選択フィルタ３１により選択される波長のうち、ファブリ・ペロー共振器の共振モードと一致する波長でレーザ発振が起きる。その発振光の位相は、位相調節用ヒータ２９によって第４の導波路２６の有効屈折率を変化させることにより調節される。
【００７６】
更に、第１の導波路２３を通る発振光の一部が方向性結合器３８において第２の導波路２４に分岐し、第２の波長選択フィルタ３２においてそのピーク波長に等しい波長の発振光が抽出されて出力光Sが出力される。
【００７７】
次に、この波長可変光源２０の各部の断面構造について説明する。
【００７８】
図９は、図８のI−I線とII−II線のそれぞれに沿った第１の光素子２２の断面図である。
【００７９】
図９のI−I断面に示すように、第１の光素子２２は、p型のInP基板４１とその上に形成された金層等のn側電極４２とを備える。
【００８０】
InP基板４１にはメサ部４１ａが形成されており、そのメサ部４１ａの両側は電流狭窄部４３で埋め込まれる。その電流狭窄部４３として、この例ではInP基板４１側から下に向かってp型InP層４３ａとn型InP層４３ｂとをこの順に積層する。
【００８１】
また、メサ部４１ａの頂面には前述の活性層３５が形成される。活性層３５の構造は特に限定されないが、この例ではGaInAsP系の多重量子井戸構造の活性層３５を採用する。
【００８２】
そして、活性層３５と電流狭窄部４３の各々の下にはクラッド層４４としてp型のInP層が形成されており、更にその下にはp型コンタクト層４５が形成される。
【００８３】
p型コンタクト層４５は、その下に形成されたp側電極４６とクラッド層４４との間の電気抵抗を低減するための層であって、例えばGaInAs層をp型コンタクト層４５として形成し得る。
【００８４】
そして、p側電極４６は、例えば金層であって、AuSnバンプ４７を介してシリコンプラットフォーム２１のシリコン基板５１に接続される。
【００８５】
また、図９のII−II断面に示すように、シリコンプラットフォーム２１はシリコン基板５１を備えており、そのシリコン基板５１の上には下部クラッド層５２、第２の導波路２３、及び上部クラッド層５３がこの順に形成される。
【００８６】
このうち、シリコン基板５１、下部クラッド層５２、及び第２の導波路２３によりSOI基板５５が形成され、SOI基板５５の埋め込みSiO2層が下部クラッド層５２となる。
【００８７】
そのSOI基板５５には凹部５５ｘが設けられており、その凹部５５ｘ内に第１の光素子２２が固着される。
【００８８】
また、第２の導波路２３は、SOI基板５５のシリコン層をパターニングして形成され、第１の光素子２２の活性層３５と同じ高さに設けられる。そして、第２の導波路２３の上には、前述の上部クラッド層５３としてSiO2層がCVD(Chemical Vapor Deposition)法等により１５００nm程度の厚さに形成される。
【００８９】
更に、上部クラッド層５３の上には、シリコンプラットフォーム２１の上面を保護するための保護絶縁層５４としてSiN層がCVD法により５００nm程度の厚さに形成される。
【００９０】
図１０は、図８のIII−III線に沿った第２のリング共振器２８の断面図である。
【００９１】
図１０に示すように、第２のリング共振器２８の導波路２８ａは、第１の導波路２３や第３の導波路２４と同様にSOI基板５５（図９参照）のシリコン層をパターニングして形成され、前述の上部クラッド層５３で覆われる。
【００９２】
また、第２のリング共振器２８のヒータ２８ｂは、抵抗加熱型のヒータであって、導波路２８ａの直上に位置するように上部クラッド層５３の上に形成される。ヒータ２８ｂの材料は特に限定されないが、この例では厚さが２００nm程度のTiW層をパターニングすることによりヒータ２８ｂを形成する。
【００９３】
そのヒータ２８ｂは、前述の保護絶縁層５４で覆われており、保護絶縁層５４に埋め込まれたタングステンの導体プラグ５５を介して保護絶縁層５４上のアルミニウム配線５６ａと電気的に接続される。
【００９４】
なお、第１のリング共振器２７と第２の波長選択フィルタ３２も図１０と同様の構造を有しているため、その説明は省略する。
【００９５】
図１１は、図８のIV−IV線に沿った位相調節用ヒータ２９の断面図である。
【００９６】
図１１に示すように、位相調節用ヒータ２９は、前述のヒータ２８ｂ（図１０参照）と同様にTiW層をパターニングすることにより形成され、第４の導波路２６の直上に位置するように上部クラッド層５３の上に設けられる。位相調節用ヒータ２９の上の保護絶縁層５４には導体プラグ５５が埋め込まれており、その導体プラグ５５を介して保護絶縁層５４上のアルミニウム配線５６ｂと位相調節用ヒータ２９とが電気的に接続される。
【００９７】
図１２は、図８のV−V線に沿った方向性結合器３８の断面図である。
【００９８】
図１２に示すように、方向性結合器３８においては、下部クラッド層５２の上に第１の導波路２３と第２の導波路２４の端部２４ａとが２２０nm程度の間隔をおいて近接して設けられる。そして、これらの導波路２３、２４の各々の上に前述の上部クラッド層５３と保護絶縁層５４とが順に積層される。
【００９９】
次に、本実施形態に係る波長可変光源２０の動作について説明する。
【０１００】
図１３（ａ）は、第１のリング共振器２７の透過特性を示すグラフである。
【０１０１】
図１３（ａ）に示すように、第１のリング共振器２７の透過率は波長と共に第１の周期Δλ1で変化し、透過率が極大となる複数のピーク波長λ1, i、λ1, i+1、λ1, i+2、…が第１の周期Δλ1で現れる。
【０１０２】
以下では、これらのピーク波長のうちの一つを第１のピーク波長λ1と呼び、その第１のピーク波長λ1を中心とした狭い波長幅の出力光Sを波長可変光源２０から出力させる場合を想定する。
【０１０３】
なお、第１の周期Δλ1は特に限定されないが、例えば４．５nm程度に第１の周期Δλ1を設定し得る。
【０１０４】
また、図１３（ｂ）は、第２のリング共振器２８の透過特性を示すグラフである。
【０１０５】
図１３（ｂ）に示すように、第２のリング共振器２８の透過率は波長と共に第２の周期Δλ2で変化し、透過率が極大となる複数のピーク波長λ2, j、λ2, j+1、λ2, j+2、…が第２の周期Δλ2で現れる。前述のように第１のリング共振器２７と第２のリング共振器２８の各々の導波路２７ａ、２８ａの直径が異なるため、第１の周期Δλ1と第２の周期Δλ2の各々は僅かに異なり、これらの周期の差は０．４nm〜０．６nm程度となる。
【０１０６】
ここでは、これらのピーク波長λ2, j、λ2, j+1、λ2, j+2、…のうちの一つが前述の第１のピーク波長λ1に等しい場合を想定する。
【０１０７】
一方、図１３（ｃ）は、第２の波長選択フィルタ３２の透過特性を示すグラフである。なお、図１３（ｃ）においては、第１のリング共振器２７の透過特性を示すグラフも点線で併記してある。
【０１０８】
図１３（ｃ）に示すように、第２の波長選択フィルタ３２の透過率は波長と共に第３の周期Δλ3で変化し、透過率が極大となる複数の第２のピーク波長λ3, k、λ3, k+1、λ3, k+2、…が第３の周期Δλ3で現れる。
【０１０９】
この例では、ヒータ３２ｂの温度を調節することにより、第２のピーク波長λ3, k、λ3, k+1、λ3, k+2、…の各々が第１の波長λ1とは異なるようにする。
【０１１０】
また、各リング共振器２７、２８のいずれかの導波路２７ａ、２８ａのリングの直径に等しくなるように第２の波長選択フィルタ３２の導波路３２ａのリングの直径を設定し、第１の周期Δλ1と第２の周期Δλ2のいずれかに第３の周期Δλ3が等しくなるようにする。
【０１１１】
以下では、第３の周期Δλ3が第１の周期Δλ1と等しい場合を例にして説明する。そして、第２のピーク波長λ3, k、λ3, k+1、λ3, k+2、…の各々が、第１のリング共振器２７のピーク波長λ1, i、λ1, i+1、λ1, i+2、…の隣接する二つのピーク波長の中間に位置する場合を想定する。
【０１１２】
図１４は、上記した第１のリング共振器２７と第２のリング共振器２８の各々の透過特性を重ね合わせた第１の波長選択フィルタ３１の透過特性を示すグラフである。
【０１１３】
前述のように第１の周期Δλ1と第２の周期Δλ2とが異なるため、各リング共振器２７、２８の各々の共振波長を同時に満足するピーク波長がバーニヤ効果によって現れる。
【０１１４】
本実施形態では、各リング共振器２７、２８の各々のヒータ２７ｂ、２８ｂの温度を調節することにより各周期Δλ1、Δλ2を調節し、それにより第１の波長選択フィルタ３１のピーク波長を目標とする第１のピーク波長λ1に一致させる。
【０１１５】
図１５は、第１のピーク波長λ1を中心にして図１４を拡大した図である。なお、図１５においては、波長可変光源２０のファブリ・ペロー共振器内に発生するFPモードも併記してある。
【０１１６】
この波長可変光源２０においては、上記のように第１の波長選択フィルタ３１を制御してその第１のピーク波長λ1を目標とする波長に合わせる。そして、この状態で位相調節用ヒータ２９の温度を調節してFPモードの各ピークを左右にシフトさせ、これらのピークのうちの一つを第１のピーク波長λ1に一致させることにより、出力光の波長を第１のピーク波長λ1にすると共にその強度を極大にする。
【０１１７】
例えば、位相調整用ヒータ２９の温度を１℃変化させると、FPモードの各ピークは０．０４２８nm程度シフトする。
【０１１８】
位相調節用ヒータ２９の温度は、位相調節用ヒータ２９への投入電力で定まる。そこで、その投入電力と出力光Sの強度との関係について次に説明する。
【０１１９】
図１６は、第２の波長選択フィルタ３２を設けない場合における、出力端２４ｂ（図８参照）から出力される出力光Sの強度と位相調節用ヒータ２９への投入電力との関係を示すグラフG1を模式的に表す図である。
【０１２０】
なお、図１６においては、位相調整用ヒータ２９への投入電力を変化させたときに第１のリング共振器２７を透過する光の強度を示すグラフL1も併記している。位相調整用ヒータ２９への投入電力を変化させるとファブリ・ペロー共振器内の光の位相も変化するため、図１６の横軸はその光の位相にも対応する。
【０１２１】
出力光Sの強度は、図１５に示したように第１の波長選択フィルタ３１の透過率とFPモードのピークとの重ね合わせになる。よって、位相調節用ヒータ２９への投入電力を変化させてFPモードのピークを左右にシフトさせると、第１の波長選択フィルタ３１の透過率の周期性を反映してグラフG1も投入電力と共に周期的に変化する。
【０１２２】
第１の波長選択フィルタ３１の透過率は第１及び第２のリング共振器２７、２８の透過率の重ね合わせに等しく、その周期は第１のリング共振器２７の透過率の周期に略等しいため、グラフL1の周期と略同じ周期でグラフG1も周期的に変化する。
【０１２３】
但し、第２の波長選択フィルタ３２を設けない場合には、図７と同様に出力光Sの強度が極小となる投入電力P0を中心にしてグラフG1は非対称な形状となる。これは、図７を参照して説明したように、第１の光素子２２の利得飽和が短波長側と長波長側とで異なるためと考えられる。
【０１２４】
そして、このようにグラフG1の形状が非対称であると、図７を参照して説明したようにモード不安定点を表す投入電力P2と出力光Sの強度が極大となる投入電力P1との差ΔPが小さくなり、モード不安定点を避けて出力光Sの強度を極大にするのが困難となる。
【０１２５】
そこで、本実施形態では、第２の波長選択フィルタ３２を設けることにより、以下のようにグラフG1の形状を補正する。
【０１２６】
その第２の波長選択フィルタ３２の作用について説明するために、図１６においては、位相調節用ヒータ２９への投入電力を変化させたときに第２の波長選択フィルタ３２を透過する光の強度を示すグラフL2も併記している。
【０１２７】
前述のように第２の波長選択フィルタ３２の透過率のピーク波長は第１のリング共振器２７のそれとは異なるため、投入電力を変化させるとグラフL2のピークはグラフL1のピークからずれた位置に現れる。これにより、出力端２４ｂから出力される出力光Sの強度のピークがグラフL2のピーク寄りにシフトし、グラフG1の形状を補正することができる。
【０１２８】
図１７は、このように補正されたグラフG1を模式的に示す図である。
【０１２９】
図１７に示すように、この補正によりグラフG1の形状が投入電力P0を中心にした対称な形状に近くなり、出力光Sの強度が極大となる投入電力P1を投入電力P0から離すことができる。
【０１３０】
補正後のグラフG1の形状はグラフL1、L2の各々の相対位置によって定まり、これらのグラフL1、L2のピーク同士が最も離れているときに補正の効果が最も現れ、グラフD1の形状を投入電力P0を中心にした対称な形状にし易くなる。
【０１３１】
グラフL1のピークは第１のリング共振器２７のピーク波長λ1, i、λ1, i+1、λ1, i+2、…（図１３（ａ）参照）に対応し、グラフL2のピークは第２の波長選択フィルタ３２の第２のピーク波長λ3, k、λ3, k+1、λ3, k+2、…（図１３（ｃ）参照）に対応する。そのため、図１３（ｃ）のように第２のピーク波長λ3, k、λ3, k+1、λ3, k+2、…の各々をピーク波長λ1, i、λ1, i+1、λ1, i+2、…の隣接する二つのピーク波長の中間に位置させることで各グラフL1、L2のピーク同士を最も離すことができ、グラフG1を対称な形状にすることができる。
【０１３２】
以上説明したように、本実施形態では、第２の波長選択フィルタ３２を設けたことで図７に示した差ΔPを大きくすることが可能となる。そのため、位相調節用ヒータ２９への投入電力を調節してFPモードのピークと第１の波長選択フィルタ３１のピーク波長とを一致させようとしたときに、その投入電力がモード不安定点P2に近くなるのを抑制できる。これにより、モード不安定点P2を避けて投入電力を調節し易くなるため、モード不安定点の近傍で複数のモードの光が出力され難くなり、ひいては波長可変光源２０の波長選択性を向上させることができる。
【０１３３】
なお、活性層３５における二光子吸収によって複数のモードが出力されるのを防止するために、各リング共振器２７、２８のフィネスを小さくしてもよい。この場合は、第１の波長λ1における第１の波長選択フィルタ３１の透過率（図１５参照）の変化が緩やかとなり、FPモードをシフトさせたときの出力光Sの強度変化が小さくなるが、グラフG1が対称な形になることで出力光が極大となる電力P1を見つけ易くなる。
【０１３４】
特に、図１３（ａ）〜（ｃ）を参照して説明したように、本実施形態では各リング共振器２７、２８の各周期Δλ1、Δλ2のいずれかに等しい第３の周期Δλ3で第２の波長選択フィルタ３２の透過率が変化する。そのため、図１７のようにグラフG1が各周期Δλ1、Δλ2と略等しい周期で変化するのに合わせてグラフG1の形状を第２の波長選択フィルタ３２で補正できる。
【０１３５】
次に、本実施形態に係る波長可変光源２０を備えた光半導体装置について説明する。
【０１３６】
図１８は、本実施形態に係る光半導体装置１００の平面図である。
【０１３７】
この光半導体装置１００は、出力光Sの波長が可変な光モジュールであって、出力光Sを出力するための光ファイバ１０１と、その光ファイバ１０１が導入された筐体１０３とを備える。
【０１３８】
その筐体１０３の内部には、冷却部１０４と制御部１０５とが設けられる。
【０１３９】
このうち、冷却部１０４は、ペルチェ素子等によって一定の温度に冷却されたTEC(Thermo-Electric Cooler)である。その冷却部１０４には、前述の波長可変光源２０の他に、第１及び第２のレンズ１０７、１０８、第１及び第２のハーフミラー１０９、１１０、第１及び第２の光受光器１１１、１１２、アイソレータ１１３、及びエタロン１１４が設けられる。
【０１４０】
第１のレンズ１０７は、波長可変光源２０から出力された出力光Sをコリメートして後段のアイソレータ１１３に導入する。アイソレータ１１３は、戻り光が波長可変光源２０に入射するのを防止するデバイスである。
【０１４１】
アイソレータ１１３を通った出力光Sの大半は第１のハーフミラー１０９を透過し、第２のレンズ１０８で集光されて光ファイバ１０１に導入される。
【０１４２】
一方、アイソレータ１１３を通った出力光Sの一部は第１のハーフミラー１０９で反射した後、第２のハーフミラー１１０を透過して基準光Srefとなり、その基準光Srefの強度が第１の受光器１１１によって計測される。
【０１４３】
また、第２のハーフミラー１１０で反射した出力光Sはエタロン１１４に導入される。エタロン１１４は、その透過率が波長と共に周期的に変化する波長フィルタである。
【０１４４】
エタロン１１４を通った出力光Sは、第２の受光器１１２によってその強度が計測される。そして、第１の受光器１１１と第２の受光器１１２の各々の計測結果は制御部１０５に出力される。
【０１４５】
図１９は、制御部１０５の機能構成図である。
【０１４６】
図１９に示すように、制御部１０５は、第１の波長選択部１２１、第２の波長選択部１２２、位相制御部１２３、及び判断部１２４を備える。
【０１４７】
これらの各部はそれぞれ専用の電子回路でもよいし、メモリとプロセッサとが協働してこれらの各部をソフトウェア的に実現してもよい。
【０１４８】
第１の波長選択部１２１は、各リング共振器２７、２８のヒータ２７ｂ、２８ｂへの投入電力を制御することにより、各リング共振器２７、２８の各々のピーク波長をシフトさせ、これにより第１の波長選択フィルタ３１の第１のピーク波長λ1の位置を選択する。
【０１４９】
また、第２の波長選択部１２２は、第２の波長選択フィルタ３２のヒータ３２ｂへの投入電力を制御することにより、第２の波長選択フィルタ３２の第２のピーク波長λ3, k、λ3, k+1、λ3, k+2、…の位置を選択する。
【０１５０】
そして、位相制御部１２３は、位相調節用ヒータ２９への投入電力を調節することにより、ファブリ・ペロー共振器内の光の位相を制御し、FPモードのピークの位置を制御する。
【０１５１】
一方、判断部１２４は、第１の受光器１１１と第２の受光器１１２の計測結果に基づき、出力光Sの波長が第１のピーク波長λ1から変動したかどうかを判断する。例えば、出力光Sの波長が目標とする第１のピーク波長λ1（図１５参照）から変動すると、基準光Srefの強度は不変であるのに対し、エタロン１１４を通った光の強度は変化する。よって、第１の受光器１１１で計測した強度と比較して第２の受光器１１２で計測した強度に変動があった場合には、判断部１２４は、出力光Sの波長が第１のピーク波長λ1から変動したと判断する。
【０１５２】
そして、このように出力光Sの波長に変動があったと判断した場合には、判断部１２４は、第１の波長選択部１２１、第２の波長選択部１２２、及び位相制御部１２３の各々を制御することにより、出力光Sの波長が第１のピーク波長λ1となるようにする。
【０１５３】
なお、本実施形態では、図１６に示したように各グラフL1、L2のピークを離すことにより出力光Sの強度のグラフG1の形状を補正する。第１のリング共振器２７のヒータ２７ｂへの投入電力を変えて第１のピーク波長λ1を変更する場合にはグラフL1がシフトすることになるが、この際にグラフL2の位置を固定したままだと各グラフL1、L2の各ピークの相対位置が変わり、グラフG1の形状も変わってしまう。
【０１５４】
これを避けるために、第１の波長選択部１２１が第１のリング共振器２７を制御して第１の波長λ1をシフトさせる場合には、そのシフト量と同じ量だけ第２の波長選択部１２２が第２の波長選択フィルタ３２の第２のピーク波長をシフトさせるのが好ましい。
【０１５５】
これにより、第１の波長λ1を変更してもグラフG1が略同じ形状に保たれるため、第１の波長λ1を変更する度に第２の波長選択フィルタ３２のピーク波長を変更してグラフG1を再度補正する手間を省くことができる。
【０１５６】
以上、本実施形態について詳細に説明したが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、本実施形態では図１８のように波長可変光源２０とは別に受光器１１１、１１２や制御部１０５を設けたが、これらと同じ機能を有する機能素子をシリコン導波路プラットフォーム２１に設け、それにより出力光Sの波長を第１の波長λ1に固定してもよい。これについては後述の各実施形態でも同様である。
【０１５７】
（第２実施形態）
本実施形態では、以下のようにして出力光の強度を高める。
【０１５８】
図２０は、本実施形態に係る波長可変光源の平面図である。
【０１５９】
なお、図２０において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【０１６０】
図２０に示すように、本実施形態に係る波長可変光源６０は、第１の光素子２２の他に第２の光素子６１を有する。
【０１６１】
第２の光素子６１は、第１の光素子２２と同じ断面構造を有するSOAであって、活性層３５内の光を増幅する。その第２の光素子６１には、出力光Sを出力する第３の端面６１ａと、第２の導波路２４の出力端２４ｂに光学的に結合した第４の端面６１ｂとが設けられる。
【０１６２】
これらの端面６１ａ、６１ｂには、光の反射を防止するための第１の無反射膜６２と第２の無反射膜６３がそれぞれ形成される。
【０１６３】
更に、第２の導波路２４の途中には方向性結合器６５が設けられており、その方向性結合器６５において第５の導波路６６が第２の導波路２４から分岐する。なお、方向性結合器６５に代えてY分岐導波路やMMI導波路を用いてもよい。また、方向性結合器６５における分岐比も特に限定されず、設計要件に基づいて任意に分岐比を設定し得る。
【０１６４】
第５の導波路６６は、第１〜第４の導波路２３〜２６と同様にSOI基板のシリコン層をパターニングすることにより形成され、一方の端部６６ａが方向性結合器６５において第２の導波路２４と並行する。
【０１６５】
また、第５の導波路６６の他方の端部６６ｂには第３の受光器６９が光学的に結合される。第３の受光器６９は、第５の導波路６６を通る基準光Srefの強度を計測する素子であり、この例ではゲルマニウム受光素子を第３の受光器６９として形成する。
【０１６６】
図２１は、その第３の受光器６９の拡大平面図である。
【０１６７】
図２１に示すように、第３の受光器６９は、第５の導波路６６に繋がるシリコン層７１と、そのシリコン層７１に形成されたp+ドーピング領域７１ｐとを有する。このうち、シリコン層７１は、第５の導波路６６の端部の幅を拡張することにより形成される。
【０１６８】
また、p+ドーピング領域７１ｐは平面視で概略矩形状であって、その横のシリコン層７１にはゲルマニウム層７２が積層される。
【０１６９】
図２２は、図２１のVI−VI線とVII−VII線の各々に沿った第３の受光器６９の断面図である。
【０１７０】
VI−VI断面に示されるように、ゲルマニウム層７２の表層部分にはn+ドーピング領域７２ｎが設けられる。そのn+ドーピング領域７２ｎとp+ドーピング領域７１ｐとの間にはノンドープのシリコン層７１とゲルマニウム層７２とが介在しており、これによりPINフォトダイオードが形成される。
【０１７１】
また、シリコン層７１とゲルマニウム層７２の各々の上にはクラッド層５３と保護絶縁層５４とがこの順に形成される。そして、n+ドーピング領域７２ｎの上のクラッド層５３と保護絶縁層５４には導体プラグ５５が埋め込まれており、その導体プラグ５５を介して保護絶縁層５４上のアルミニウム配線５６ｃとPINフォトダイオードとが電気的に接続される。
【０１７２】
このような波長可変光源６０によれば、図２０に示したように第２の光素子６１を設けたため、第２の光素子６１によって出力光Sが増幅されてその強度が高められる。
【０１７３】
しかも、第２の導波路２４を通る光の一部が方向性結合器６５において第５の導波路６６に分岐するため、分岐した光を出力光Sの波長変動を計測する際の基準光Srefとして採用し、その基準光Srefの強度を第３の受光器６９で計測することができる。
【０１７４】
次に、本実施形態に係る波長可変光源６０を備えた光半導体装置について説明する。
【０１７５】
図２３は、本実施形態に係る光半導体装置２００の平面図である。
【０１７６】
なお、図２３において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態におけるおと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【０１７７】
前述のように、波長可変光源６０には基準光Srefの強度を計測するための第３の受光器６９が設けられているため、本実施形態では基準光Srefの強度を計測する第１の受光器１１１（図１８参照）や第１のハーフミラー１１０は不要となる。
【０１７８】
図２４は、光半導体装置２００が備える制御部１０５の機能構成図である。
【０１７９】
なお、図２４において、第１実施形態で説明したのと同じ要素には第１実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【０１８０】
第１実施形態で説明したように、制御部１０５は、出力光Sの波長が変動したかどうかを判断する判断部１２４を有する。
【０１８１】
本実施形態では、第２の受光器１１２と第３の受光器６９の計測結果に基づき、出力光Sの波長が第１のピーク波長λ1から変動したかどうかを判断部１２４が判断する。
【０１８２】
第１実施形態で説明したように、出力光Sの波長が目標とする第１のピーク波長λ1から変動すると、基準光Srefの強度は不変であるのに対し、エタロン１１４を通った光の強度は変化する。よって、第３の受光器６９で計測した強度と比較して第２の受光器１１２で計測した強度に変動があった場合には、判断部１２４は、出力光Sの波長が第１のピーク波長λ1（図１５参照）から変動したと判断する。
【０１８３】
そして、このように出力光Sの波長に変動があったと判断した場合には、判断部１２４は、第１の波長選択部１２１、第２の波長選択部１２２、及び位相制御部１２３の各々を制御することにより、出力光Sの波長が第１のピーク波長λ1になるようにする。
【０１８４】
なお、本実施形態では上記のようにシリコン導波路プラットフォーム２１に第３の受光器６９を設けたが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、シリコンプラットフォーム２１に第２の光素子６１を残しながら第３の受光器６９を省いてもよい。この場合は、第１実施形態の図１８のように第１の受光素子１１１で基準光Srefの強度を計測すればよい。
【０１８５】
（第３実施形態）
第２実施形態では、図２０に示したように、第５の導波路６６を介して第３の受光器６９に光を導いた。
【０１８６】
本実施形態ではこれとは別の構造で第３の受光器６９に光を導く。
【０１８７】
図２５は、本実施形態に係る波長可変光源の平面図である。
【０１８８】
なお、図２５において、第１実施形態や第２実施形態で説明したのと同じ要素にはこれらの実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【０１８９】
図２５に示すように、本実施形態に係る波長可変光源８０においては、第２の導波路２４の端部２４ａを延長し、その端部２４ａに第３の受光器６９を光学的に結合する。そして、第２の導波路２４を通る光の一部を基準光Srefとして第３の受光器６９に導き、第３の受光器６９が基準光Srefの強度を計測する。
【０１９０】
これにより、第２実施形態のように第５の導波路６６（図２０参照）を設けることなしに、第２の導波路２４を通る光を有効活用して基準光Srefを第３の受光器６９が計測することができる。
【０１９１】
次に、本実施形態に係る波長可変光源６０を備えた光半導体装置について説明する。
【０１９２】
図２６は、本実施形態に係る光半導体装置３００の平面図である。
【０１９３】
なお、図２６において、第１実施形態や第２実施形態で説明したのと同じ要素にはこれらの実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【０１９４】
図２６に示すように、この光半導体装置３００においても、第２実施形態と同様に第２の受光器１１２と第３の受光器６９の計測結果に基づいて出力光Sの波長が変動したかどうかを制御部１０５が判断する。そして、出力光Sの波長に変動があったと判断した場合には、制御部１０５が第１の波長選択部１２１、第２の波長選択部１２２、及び位相制御部１２３の各々を制御することにより、出力光Sの波長が第１のピーク波長λ1（図１５参照）となるようにする。
【０１９５】
（第４実施形態）
第１〜第３実施形態では、第２の波長選択フィルタ３２（図８、図１９、及び図２５参照）としてリング共振器を採用した。
【０１９６】
これに対し、本実施形態では、第２の波長選択フィルタ３２としてマッハ・ツェンダ干渉計型フィルタを採用する。
【０１９７】
図２７は、本実施形態に係る波長可変光源の平面図である。
【０１９８】
なお、図２７において、第１〜第３実施形態で説明したのと同じ要素にはこれらの実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【０１９９】
図２７に示すように、本実施形態に係る波長可変光源９０においては、第２の波長選択フィルタ３２が光分岐導波路９１とヒータ９２とを備える。
【０２００】
光分岐導波路９１は、その両端が第２の導波路２４に近接しており、第２の導波路２４と共にマッハ・ツェンダ干渉計型フィルタを形成する。この例では、第２の導波路２４と光分岐導波路９１の各々の平面形状が異なるため、そのマッハ・ツェンダ干渉計型フィルタは非対称マッハ・ツェンダ干渉計型フィルタとなる。
【０２０１】
図２８は、図２７のVIII−VIII線に沿った第２の波長選択フィルタ３２の断面図である。
【０２０２】
なお、図２８において、第１〜第３実施形態で説明したのと同じ要素にはこれらの実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【０２０３】
図２８に示すように、光分岐導波路９１は、第２の導波路２４と同様にSOI基板のシリコン層をパターニングすることにより下部クラッド層５２の上に形成される。
【０２０４】
そして、その光分岐導波路９１の上には上部クラッド層５３とヒータ９２がこの順に形成される。
【０２０５】
ヒータ９２の材料は特に限定されないが、この例では位相調節用のヒータ２９等と同様にTiW層をパターニングすることによりヒータ９２を形成する。
【０２０６】
そのヒータ９２の上の保護絶縁層５４には導体プラグ５５が埋め込まれており、その導体プラグ５５を介して保護絶縁層５４上のアルミニウム配線５６ｄとヒータ９２とが電気的に接続される。
【０２０７】
図２９は、本実施形態に係る第２の波長選択フィルタ３２の透過特性を示す図である。
【０２０８】
図２９に示すように、本実施形態に係る第２の波長選択フィルタ３２においても、第１実施形態の図１４（ｃ）と同様に透過率が極大となる複数の第２のピーク波長λ3, k、λ3, k+1、λ3, k+2、…が第３の周期Δλ3で現れる。
【０２０９】
第３の周期Δλ3は、第２の波長選択フィルタ３２における第２の導波路２４と光分岐導波路８１の各々の長さの差で定まり、第１実施形態と同様に各リング共振器２７、２８における周期Δλ1、Δλ2（図１３（ａ）、（ｂ）参照）のいずれかと同じ値に設定される。
【０２１０】
これにより、第１実施形態と同様に出力光Sの強度と位相調節用ヒータ２９への投入電力との関係を示すグラフG1（図１７参照）の形状を第２の波長選択フィルタ３２で補正でき、グラフG1の形状を対称な形状に近づけることができる。
【０２１１】
次に、本実施形態に係る波長可変光源９０を備えた光半導体装置について説明する。
【０２１２】
図３０は、本実施形態に係る光半導体装置４００の平面図である。
【０２１３】
なお、図３０において、第１〜第３実施形態で説明したのと同じ要素にはこれらの実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【０２１４】
図３０に示すように、この光半導体装置４００においても、第１実施形態と同様に第１の受光器１１１と第２の受光器１１２の計測結果に基づいて出力光Sの波長が変動したかどうかを制御部１０５が判断する。そして、出力光Sの波長に変動があったと判断した場合には、制御部１０５が第１の波長選択部１２１、第２の波長選択部１２２、及び位相制御部１２３の各々を制御することにより、出力光Sの波長が第１のピーク波長λ1（図１５参照）となるようにする。
【０２１５】
以上説明した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０２１６】
（付記１）  光を増幅する第１の光素子と、
前記第１の光素子に光学的に結合された第１の導波路と、
前記第１の導波路に光学的に結合され、透過率が極大となる第１のピーク波長を有する第１の波長選択フィルタと、
前記第１の波長選択フィルタと前記第１の光素子との間の前記第１の導波路から分岐し、前記光を出力する出力端を備えた第２の導波路と、
前記第２の導波路に光学的に結合され、前記第１のピーク波長とは異なる第２のピーク波長で透過率が極大となる第２の波長選択フィルタと、
前記光の位相を調節する位相調節部と、
を有する波長可変光源。
【０２１７】
（付記２）  前記第１の波長選択フィルタは、
透過率が極大となる複数のピーク波長が第１の周期で現れ、かつ前記複数のピーク波長のうちの一つが前記第１のピーク波長に等しい第１のリング共振器と、
透過率が極大となる複数のピーク波長が前記第１の周期とは異なる第２の周期で現れ、かつ前記複数のピーク波長のうちの一つが前記第１のピーク波長に等しい第２のリング共振器とを有し、
前記第２の波長選択フィルタの透過率は、前記第１の周期と前記第２の周期のいずれか一方と同じ第３の周期で波長と共に変化することを特徴とする付記１に記載の波長可変光源。
【０２１８】
（付記３）  前記第３の周期は前記第１の周期と等しく、
前記第２のピーク波長が、前記第１のリング共振器の二つの隣接する前記ピーク波長の中間に位置することを特徴とする付記２に記載の波長可変光源。
【０２１９】
（付記４）  前記第２の導波路の前記出力端に光学的に結合され、前記出力端から出た前記光を増幅して出力する第２の光素子を更に有することを特徴とする付記１に記載の波長可変光源。
【０２２０】
（付記５）  前記第２の導波路から分岐した第３の導波路と、
前記第３の導波路に光学的に結合され、前記第３の導波路を通る光の強度を計測する受光器とを更に有することを特徴とする付記１に記載の波長可変光源。
【０２２１】
（付記６）  前記第２の導波路の端部であって、前記出力端とは反対側の端部に光学的に結合され、前記第２の導波路を通る光の強度を計測する受光器を更に有することを特徴とする付記１に記載の波長可変光源。
【０２２２】
（付記７）  前記第１の波長可変フィルタを介して前記第１の導波路と光学的に結合したミラーを更に有すると共に、
前記第１の光素子は、前記光を反射する反射膜が設けられた第１の端面と、前記第１の導波路に光学的に結合された第２の端面とを有することを特徴とする付記１に記載の波長可変光源。
【０２２３】
（付記８）  前記第１の波長可変フィルタを介して前記第１の導波路と光学的に結合した第４の導波路を更に有し、
前記位相調節部は、前記第４の導波路を加熱するヒータであることを特徴とする付記１に記載の波長可変光源。
【０２２４】
（付記９）  光を増幅する第１の光素子と、
前記第１の光素子に光学的に結合された第１の導波路と、
前記第１の導波路に光学的に結合され、透過率が極大となる第１のピーク波長を有する第１の波長選択フィルタと、
前記第１の波長選択フィルタと前記第１の光素子との間の前記第１の導波路から分岐し、前記光を出力する出力端を備えた第２の導波路と、
前記第２の導波路に光学的に結合され、前記第１のピーク波長とは異なる第２のピーク波長で透過率が極大となる第２の波長選択フィルタと、
前記光の位相を調節する位相調節部と、
前記第１の波長選択フィルタを制御することにより前記第１のピーク波長の位置を選択する第１の波長選択部と、
前記第２の波長選択フィルタを制御することにより前記第２のピーク波長の位置を選択する第２の波長選択部と、
前記位相調節部を制御することにより前記光の前記位相を制御する位相制御部と、
を有する光半導体装置。
【０２２５】
（付記１０）  前記第１の波長選択フィルタは、
透過率が極大となる複数のピーク波長が第１の周期で現れ、かつ前記複数のピーク波長のうちの一つが前記第１のピーク波長に等しい第１のリング共振器と、
透過率が極大となる複数のピーク波長が前記第１の周期とは異なる第２の周期で現れ、かつ前記複数のピーク波長のうちの一つが前記第１のピーク波長に等しい第２のリング共振器とを有し、
前記第２の波長選択フィルタの透過率は、前記第１の周期と前記第２の周期のいずれか一方と同じ第３の周期で波長と共に変化することを特徴とする付記９に記載の光半導体装置。
【０２２６】
（付記１１）  前記第３の周期は前記第１の周期と等しく、
前記第１の波長選択部は、前記第１のリング共振器と前記第２のリング共振器の各々のピーク波長をシフトさせることにより前記第１のピーク波長の位置を選択し、
前記第２の波長選択部は、前記第１のリング共振器の前記ピーク波長のシフト量と同じ量だけ前記第２のピーク波長をシフトさせることを特徴とする付記９に記載の光半導体装置。
【０２２７】
（付記１２）  前記光から分離した基準光を受光し、前記基準光の強度を計測する第１の受光器と、
前記光の一部をエタロンを通して受光し、該一部の光の強度を計測する第２の受光器と、
前記第１の受光器と前記第２の受光器の計測結果に基づいて、前記光の波長が前記第１のピーク波長から変動したかどうかを判断する判断部とを更に有し、
前記判断部が前記光の前記波長が前記第１のピーク波長から変動したと判断したときに、前記第１の波長選択部、前記第２の波長選択部、及び前記位相調整部は、前記光の波長が前記第１のピーク波長になるように、前記第１の波長選択フィルタ、前記第２の波長選択フィルタ、及び前記位相制御部の各々を制御することを特徴とする付記９に記載の光半導体装置。
【０２２８】
（付記１３）  前記第２の導波路から分岐した第３の導波路を更に有し、
前記第１の受光器が、前記第３の導波路に光学的に結合されたことを特徴とする付記１２に記載の光半導体装置。
【０２２９】
（付記１４）  前記第１の受光器が、前記第２の導波路の端部であって、前記出力端とは反対側の端部に光学的に結合されたことを特徴とする付記１２に記載の光半導体装置。
【符号の説明】
【０２３０】
１…波長可変光源、２…シリコン導波路プラットフォーム、３…光素子、３ａ…活性層、３ｂ…出力端、４〜６…第１〜第３の導波路、７…第１のリング共振器、７ａ…導波路、７ｂ…ヒータ、８…第２のリング共振器、８ａ…導波路、８ｂ…ヒータ、９…位相調節用ヒータ、１０…波長選択フィルタ、２０…波長可変光源、２１…シリコン導波路プラットフォーム、２２…第１の光素子、２２ａ…第１の端面、２２ｂ…第２の端面、２３〜２６…第１〜第４の導波路、２４ａ…端部、２４ｂ…出力端、２７…第１のリング共振器、２７ａ…導波路、２７ｂ…ヒータ、２８…第２のリング共振器、２８ａ…導波路、２８ｂ…ヒータ、２６ａ…ミラー、２９…位相調節用ヒータ、３１…第１の波長選択フィルタ、３２…第２の波長選択フィルタ、３２ａ…導波路、３２ｂ…ヒータ、３５…活性層、３６…高反射膜、３７…無反射膜、３８…方向性結合器、４１…InP基板、４１ａ…メサ部、４２…n側電極、４３…電流狭窄部、４３ａ…p型InP層、４３ｂ…n型InP層、４４…クラッド層、４５…p型コンタクト層、４６…p側電極、４７…AuSnバンプ、５１…シリコン基板、５２…下部クラッド層、５３…上部クラッド層、５４…保護絶縁層、５５…SOI基板、５６ａ〜５６ｄ…アルミニウム配線、６０、８０、９０…波長可変光源、６１…第２の光素子、６１ａ…第３の端面、６１ｂ…第４の端面、６２…第１の無反射膜、６３…第２の無反射膜、６５…方向性結合器、６６…第５の導波路、６６ａ、６６ｂ…端部、６９…第３の受光器、１００、２００、３００、４００…光半導体装置、１０１…光ファイバ、１０３…筐体、１０４…冷却部、１０５…制御部、１０７、１０８…第１及び第２のレンズ、１０９、１１０…第１及び第２のハーフミラー、１１１、１１２…第１及び第２の光受光器、１１３…アイソレータ、１１４…エタロン、１２０…判断部、１２１…第１の波長選択部、１２２…第２の波長選択部、１２３…位相制御部、１２４…判断部。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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