(57)【要約】【課題】  波長制御動作に伴う内部損失の変動を抑制して、高品質な光を安定的に出力できる。【解決手段】  本発明の波長制御フィルタ１０は、波長に対しフラットトップな光透過特性を有し、所定のモード間隔の光を透過するフィルタ手段２０、光学長を変化させることによって、光の位相を調整する位相調整手段３０、前記フィルタ手段および位相調整手段を介して入力された光を全反射する反射手段４０、および、フィルタ手段２０から出力された光の位相を検出し、検出結果に基づいて位相調整手段３０を制御する位相制御手段５０を備える。【選択図】      図１
2015060944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長に対しフラットトップな光透過特性を有し、所定のモード間隔の光を透過するフィルタ手段と、
光学長を変化させることによって、前記光の位相を調整する位相調整手段と、
前記フィルタ手段および位相調整手段を介して入力された光を全反射する反射手段と、
前記フィルタ手段から出力された光の位相を検出し、検出結果に基づいて前記位相調整手段を制御する位相制御手段と、
を備える波長制御フィルタ。
【請求項２】
前記所定のモード間隔は、前記フィルタ手段の光透過特性がフラットトップとなる帯域幅よりも大きい、請求項１記載の波長制御フィルタ。
【請求項３】
前記フィルタ手段の温度を変化させることによって、透過する光の波長を変更する波長変更手段をさらに備える、請求項１または２記載の波長制御フィルタ。
【請求項４】
前記フィルタ手段は、互いに異なる特性を有する第１多段フィルタおよび第２多段フィルタを多重配置して光結合器で接続することによって構成され、
前記第１多段フィルタおよび第２多段フィルタはそれぞれ、透過帯の周期が等しいリングフィルタを多段に配置することによって構成されている、
請求項１乃至３のいずれか１項記載の波長制御フィルタ。
【請求項５】
前記フィルタ部材は、非対称マッハツェンダー型干渉計により構成される、請求項１乃至３のいずれか１項記載の波長制御フィルタ。
【請求項６】
前記位相制御手段は、リングフィルタまたはエタロンフィルタを用いて前記フィルタ手段から出力された光の位相を検出する、請求項１乃至５のいずれか１項記載の波長制御フィルタ。
【請求項７】
前記位相調整手段は、前記光が通過する光路近傍に配置されたヒータ電極を含み、前記ヒータ電極に電流注入または電圧印加することによって、前記光学長を変化させる請求項１乃至６のいずれか１項記載の波長制御フィルタ。
【請求項８】
前記フィルタ手段、位相調整手段および反射手段は同一基板上に形成されている、請求項１乃至７のいずれか１項記載の波長制御フィルタ。
【請求項９】
入力された光を増幅する光増幅手段と、
前記増幅された光が入力し、所定のモード間隔の光を透過する、請求項１乃至８項記載の波長制御フィルタと、
を備える波長可変レーザ。
【請求項１０】
前記光増幅手段と前記波長制御フィルタとの接続面は、光路方向に対して斜めに傾いている、請求項９記載の波長可変レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所望の波長光を出力できる波長制御フィルタおよび所望のレーザ発振波長を選択できる波長可変レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムの大容量化に対応する技術の一つに、光波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）システムがある。ＷＤＭシステムにおいては、搬送波長の異なる複数の光信号を１つの光ファイバに乗せて同時に伝送する。例えば、１チャンネル当たり１０ギガビット／秒で変調し、１００チャンネル分を１つの共通な光ファイバによって伝送すれば、通信容量は１テラビット／秒に達する。しかし、ＷＤＭシステムにおいては、搬送波長ごとにレーザ装置を準備する必要があり、１００チャンネルに対して１００種類のレーザ装置を準備する場合、コストが高くなる。
【０００３】
一方、近年の中長距離光通信においては、ＥＤＦＡ（Erbium Doped Fiber Amplifiers）によって増幅できるＣ帯（１５３０〜１５７０ｎｍ）の通信帯域が広く用いられる。また、使用される光ファイバの種類によっては、Ｌ帯（１５７０〜１６１０ｎｍ）の通信帯域が用いられる。従って、一般的な中長距離光通信用のＷＤＭシステムにおいては、Ｃ帯（またはＬ帯）の波長全体を１台のレーザで対応できる波長可変レーザが用いられる。
【０００４】
一般的な中長距離光通信用のＷＤＭシステムに適用される波長可変レーザの一つに、外部共振器型の波長可変レーザがある。外部共振器型波長可変レーザは、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）と外部反射鏡とを用いて共振器を形成し、共振器内に波長可変フィルタを挿入することによって波長を選択する。外部共振器型波長可変レーザは、例えば、特許文献１、２に開示されており、比較的容易にＣ帯（またはＬ帯）の波長全域に対応できる。
【０００５】
特許文献１の波長可変レーザの概略構成図を図８に示す。特許文献１の波長可変レーザ９００は、半導体光増幅器９１０、波長可変フィルタ９２０、および、波長可変フィルタ９２０の一端に貼り付けられた高反射コーティング膜９３０によって構成される。波長可変フィルタ９２０には、互いに異なる光路長を有するリングフィルタ９２２、９２３が光学的結合手段を介して連結された多重リングフィルタ９２１が配置されている。波長可変フィルタ９２０の第１のポート９２４は、端面に無反射コーティング９２６が施され、外部に配置された半導体光増幅器９１０と光学的に結合されている。一方、波長可変フィルタ９２０の第２のポート９２５の端面には高反射コーティング膜９３０が施され、波長可変フィルタ９２０からの光を全反射する。
【０００６】
図８に示した特許文献１の波長可変レーザ９００は、熱変化等のチューニングによってリングフィルタ９２２、９２３を共振させ、共振波長の光を合波および分波することによって波長制御する。さらに波長可変レーザ９００は、ある程度の範囲で位相を変化させて局所的な最大出力が得られる位相に制御することにより、リングフィルタ９２２、９２３のピーク波長と一致させる。
【０００７】
上述のように構成された図８の波長可変レーザ９００は、バーニア効果によって大きな自由スペクトル間隔（ＦＳＲ：Ｆｒｅｅ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒａｎｇｅ）を得ることができる。ここで、バーニア効果とは、光路長が異なる複数の共振器を組み合わせた時に、共振周波数が各共振器の最小公倍数の周波数になる現象である。複数の共振器を組み合わせた多重光共振器は、このバーニア効果を利用することにより、ＦＳＲが見かけ上共振周波数（各共振器の共振周波数の最小公倍数）となり、単一の共振器を用いる場合と比較して、わずかな屈折率変化で広い範囲の周波数特性制御を行うことができる。
【０００８】
なお、このタイプの波長可変レーザは、基本特性の大部分が波長可変フィルタによって決まるため、優れた特性を有する様々な波長可変フィルタが開発されている。例えば、特許文献３にはエタロンを回転させるフィルタが、特許文献４には回折格子を回転させるフィルタが、特許文献５には音響工学フィルタや誘電体フィルタが、特許文献６にはマッハツェンダーＭＺ構造のフィルタが、特許文献７には複数のリングフィルタを組み合わせたリング共振器付きフィルタが、開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−２４５３４４号公報
【特許文献２】ＷＯ２００９／１１９２８４
【特許文献３】特開平０４−０６９９８７号公報
【特許文献４】特開平０５−４８２２０号公報
【特許文献５】特開２０００−２６１０８６号公報
【特許文献６】特表２００９−５４５０１６号公報
【特許文献７】特開２０００−２９８２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図８に示した波長可変レーザ９００においては、多重リングフィルタ９２１を用いて所望の波長の光を選択することに加えて、一定範囲内で位相を変化させることによって、選択した光がレーザの発振条件を満足するように波長を微調している。しかし、波長可変レーザ９００においては、多重リングフィルタ９２１を構成するリングフィルタ９２２、９２３がローレンツィアン型の光透過特性を有することから、位相を変化させることによってレーザの内部損失が変動する。
【００１１】
レーザの内部損失が変動すると、レーザのしきい値キャリア密度が変動し、波長可変レーザ９００から出力される光出力が変動して基本特性が悪化する。さらに、レーザのしきい値キャリア密度の上昇は、レーザの基本特性である微分利得の低下につながり、反射戻り光への耐性が弱まる。波長の微調は頻繁に行う必要があることから、図８に示した波長可変レーザ９００は、一定出力の高品質のレーザ光を安定的に出力することが困難である。
【００１２】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、波長制御動作に伴う内部損失の変動を抑制して、高品質な光を安定的に出力できる、波長制御フィルタおよび波長可変レーザ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】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明に係る波長制御フィルタは、波長に対しフラットトップな光透過特性を有し、所定のモード間隔の光を透過するフィルタ手段と、光学長を変化させることによって、光の位相を調整する位相調整手段と、フィルタ手段および位相調整手段を介して入力された光を全反射する反射手段と、フィルタ手段から出力された光の位相を検出し、検出結果に基づいて位相調整手段を制御する位相制御手段と、を備える。
【００１４】
上記目的を達成するために本発明に係る波長可変レーザは、入力された光を増幅する光増幅手段と、増幅された光が入力し、所定のモード間隔の光を透過する上記の波長制御フィルタと、を備える。
【発明の効果】
【００１５】
上述した本発明の態様によれば、波長制御動作に伴う内部損失の変動を抑制して、高品質な光を安定的に出力できる波長制御フィルタおよび波長可変レーザを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態に係る（ａ）波長制御フィルタ１０のブロック構成図、（ｂ）波長可変レーザ６０のブロック構成図である。
【図２】第２の実施形態に係る波長可変レーザ１００の構成図である。
【図３】（ａ）第２の実施形態に係る多段リングフィルタの光透過特性、（ｂ）特許文献１のリングフィルタの光透過特性である。
【図４】（ａ）１ｄＢ透過帯域にレーザモードが１つだけ存在する状態、（ｂ）１ｄＢ透過帯域にレーザモードが複数存在する状態を示した図ある。
【図５】第３の実施形態に係る波長可変レーザ１００Ｂのブロック構成図である。
【図６】第４の実施形態に係る波長可変レーザ１００Ｃの構成図である。
【図７】第５の実施形態に係る波長可変レーザ１００Ｄの構成図である。
【図８】特許文献１の波長可変レーザ９００の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について説明する。本実施形態に係る波長制御フィルタのブロック構成図を図１（ａ）に示す。図１（ａ）において、波長制御フィルタ１０は、フィルタ手段２０、位相調整手段３０、反射手段４０および位相制御手段５０を備える。
【００１８】
フィルタ手段２０は、波長に対してフラットトップな光透過特性を有し、所定の波長を有する光を透過する。本実施形態に係る波長制御フィルタ１０はさらに、図１（ａ）には図示されない波長変更手段を備える。波長変更手段は、フィルタ手段２０の温度を変化させることによって、フィルタ手段２０を透過する光の波長を変更する。
【００１９】
フィルタ手段２０は、例えば、波長に対してフラットトップな光透過特性を有し、互いに特性が異なる２つの多段フィルタを多重配置して光結合器で接続することにより、形成することができる。この場合、２つの多段フィルタはそれぞれ、透過帯の周期が等しいリングフィルタを多段に配置することによって構成される。フィルタ手段２０がフラットトップな光透過特性を有することにより、波長制御動作を行っている場合においても損失が一定範囲内に維持される。
【００２０】
ここで、フラットトップ性は、リングフィルタの段数やリング間の光結合係数を適切に設計することにより、所望の特性に制御できる。また、リングフィルタのリング長や光路の群屈折率を適切に設計することにより、励起されるモードの間隔を所望の値に制御することができる。本実施形態においては、シングルモード発振を安定的に維持するために、フラットトップである周波数帯域内に一つの励起モードしか存在しないように、フラットトップ性およびモード間隔を設計した。
【００２１】
位相調整手段３０は、波長制御フィルタ１０の光学長を変化させることによって、フィルタ手段２０を透過した光の位相を調整する。本実施形態に係る位相調整手段３０は、光が通過する光路の近傍に配置されたヒータ電極に電流注入または電圧印加して導波路の屈折率（光学長）を変化させることにより、位相を調整する。
【００２２】
反射手段４０は、フィルタ手段２０および位相調整手段３０を介して入力された光を、フィルタ手段２０および位相調整手段３０側へ全反射する。反射手段４０によって光の反射を繰り返すことにより、波長制御フィルタ１０が共振器として機能する。
【００２３】
位相制御手段５０は、フィルタ手段２０または位相調整手段３０から出力された光の位相を検出し、位相の検出結果に基づいて位相調整手段３０をフィードバック制御する。本実施形態に係る位相制御手段５０は、フィルタ手段２０から出力された光の位相を検出する。フィルタ手段２０からの透過光の位相が波長制御フィルタ１０のレーザ出力光の位相と一致することにより、波長制御フィルタ１０から最大出力のレーザ光が出力される。ここで、位相制御手段５０としては、リングフィルタやエタロンフィルタ等を適用することができる。
【００２４】
上記のように構成された波長制御フィルタ１０は、フィルタ手段２０が波長に対してフラットトップな光透過特性を有することから、波長制御フィルタ１０においてなんらかの位相調整を行った場合でも、フラットトップの範囲内であれば光の透過パワーはほぼ一定に維持される。従って、安定的な光出力を得ることができる。
【００２５】
なお、波長に対してフラットトップな光透過特性を有するフィルタ手段２０を適用する場合、フィルタ手段２０から出力される光のパワーに基づいて位相を微調することができない。本実施形態では、位相制御手段５０を配置し、位相制御手段５０においてフィルタ手段２０または位相調整手段３０から出力された光の位相を検出することによって、位相を微調する。
【００２６】
従って、本実施形態に係る波長制御フィルタ１０は、波長制御動作に伴う内部損失の変動を抑制して、高品質な光を安定的に出力することができる。
【００２７】
なお、図１（ａ）の波長制御フィルタ１０を用いて波長可変レーザを構成することもできる。この場合の波長可変レーザのブロック構成図を図１（ｂ）に示す。図１（ｂ）に示した波長可変レーザ６０は、入力された光を増幅する光増幅手段７０および増幅された光が入力し、所定のモード間隔の光を透過する図１（ａ）の波長制御フィルタ１０から成る。
【００２８】
図１（ｂ）に示した波長可変レーザ６０は、波長に対しフラットトップな光透過特性を有するフィルタ手段２０を備えると共にフラットトップ性および励起モード間隔が適切に設計された波長制御フィルタ１０が適用されている。従って、波長可変レーザ６０は、波長制御動作時にレーザ光出力が変動せず、且つ、シングルモード発振が安定的に維持される。
【００２９】
（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。本実施形態に係る外部共振器型波長可変レーザの構成図を図２に示す。図２において、本実施形態に係る波長可変レーザ１００は、半導体光増幅器２００、波長可変フィルタ基板３００、２つの光モニタ用ＰＤ（Photodiode：フォトダイオード）４１０、４２０、および、図２に図示されないＤＳＰ（Digital Signal Processor）５００を備える。
【００３０】
半導体光増幅器２００は、例えば、多重量子井戸（ＭＱＷ）で構成され、電流が注入されることによって光を発生し、光を増幅する。半導体光増幅器２００の外部共振器側には、波長可変フィルタ基板３００がつき合わされて結合配置されている。通常、半導体光増幅器２００と波長可変フィルタ基板３００との間の間隔は、数μｍから数十μｍである。半導体光増幅器２００の光出力側の端面には、低反射コーティング２１０（１％から１０％の反射率）が施されている。一方、半導体光増幅器２００の外部共振器側の端面には無反射コーティング２２０（１％以下）が施されている。
【００３１】
波長可変フィルタ基板３００は、所定の波長の光を透過する。本実施形態に係る波長可変フィルタ基板３００はシリカ導波路（屈折率ｎ＝１．５）で構成され、３つのポート３１１、３１２、３１３、多重フィルタ３２０、位相調整領域３３０、反射鏡３４０、光分波器３５０およびリング型波長ロッカ３６０を備える。
【００３２】
ポート３１１、３１２、３１３は、波長可変フィルタ基板３００の外部との間で光を入出力する。本実施形態において、第１のポート３１１は半導体光増幅器２００の外部共振器側端面との間で、第２のポート３１２は第１の光モニタ用ＰＤ４１０の入射側端面との間で、第３のポート３１３は第２の光モニタ用ＰＤ４２０の入射側端面との間で、光を入出力する。第１のポート３１１に入力された光は、多重フィルタ３２０、位相調整領域３３０および反射鏡３４０へ順次入力される。そして、多重フィルタ３２０から出力された光の一部は、光分波器３５０を介してリング型波長ロッカ３６０側に入力され、一部が第２のポート３１２から第１の光モニタ用ＰＤ４１０へ出射され、残りがリング型波長ロッカ３６０を介して第３のポート３１３から第２の光モニタ用ＰＤ４２０へ出射される。
【００３３】
多重フィルタ３２０は、それぞれ異なるフラットトップ特性を有する２つの多段リングフィルタ３２１、３２２を多重化することによって構成され、波長可変フィルタとして機能する。
【００３４】
多段リングフィルタ３２１、３２２はそれぞれ、透過帯の周期（ＦＳＲ：フリー・スペクトラル・レンジ）が等しいリングフィルタを多段に配置し、各リングフィルタ間を光がある割合で結合する光結合器で接続することによって構成される。なお、リングフィルタのフィネス（ＦＳＲに対する透過ピーク帯域の比）については、通常用いられている２または３から数十の範囲の値であればよく、本実施形態では特に規定しない。
【００３５】
ここで、リングフィルタのＦＳＲはリングの周回長によって決定され、導波路の群屈折率をｎ、光の速度をＣとすると式（１）で表される。
【００３６】
ＦＳＲ＝Ｃ／（ｎ×Ｌ）      …式（１）
本実施形態において、屈折率ｎ＝１．５とすると、第１の多段リングフィルタ３２１は、２つのリングフィルタの周回長をそれぞれ４ｍｍに形成することによって、ＦＳＲ１を５０．０ＧＨｚに設定した。一方、第２の多段リングフィルタ３２２は、２つのリングフィルタの周回長をそれぞれ３．９６ｍｍに形成することによって、ＦＳＲ２を５０．５ＧＨｚに設定した。この場合、２つの多段リングフィルタ３２１、３２２により構成された多重フィルタ３２０のＦＳＲは、バーニア効果により、その最小公倍数の５０５０ＧＨｚ（約４０ｎｍ）となる。ＦＳＲ１とＦＳＲ２との最大公倍数が大きくなるように周回長をそれぞれ設計することにより、多重フィルタ３２０のＦＳＲを十分大きな値に設定することができる。
【００３７】
また、リングフィルタを多段化することによって構成された多段リングフィルタ３２１、３２２は、波長に対してフラットトップの光透過特性を有する。本実施形態に係る多段リングフィルタ３２１、３２２の光透過特性を図３（ａ）に、比較として、背景技術で説明した図８の波長可変レーザ９００に配置されている１段のリングフィルタ９３１、９３２の透過特性を図３（ｂ）に示す。図３（ａ）に示した多段リングフィルタ３２１、３２２は、フラットトップの光透過特性を有するのに対して、図３（ｂ）に示した１段のリングフィルタ９３１、９３２は、ローレンツィアン型の光透過特性を有する。
【００３８】
ローレンツィアン型の光透過特性を有する場合、図８の波長可変レーザ９００においてなんらかの位相調整を行うことにより、図３（ｂ）からわかるように、リングフィルタ９３０を透過する光のパワーはフィルタの光透過特性に沿って上下し、それに伴いレーザ内部の損失が変化してレーザ光出力そのものが上下する。
【００３９】
一方、光透過特性がフラットトップである場合、図３（ａ）に示すように、図２の波長可変レーザ１００においてなんらかの位相調整を行っても、フラットトップの範囲であれば光の透過パワーの変化は１デシベル以内（ほぼ一定）に維持される。１デシベルの変化がレーザ光出力の変動に与える影響は、その約半分の０．５デシベル程度である。つまり、本実施形態に係る波長可変レーザ１００は、安定したレーザ光出力を得ることができる。なお、段数やリング間の光結合係数を適切に設計することにより、フラットトップ性を高くすることができる。
【００４０】
位相調整領域３３０は、導波路近傍に配置された図２に図示しないヒータ電極を備え、入力した光の位相を調整する。位相調整領域３３０は、ヒータ電極に電流注入または電圧印加を行うことによって導波路を加熱し、熱による導波路の屈折率変化を利用して光の位相を調整する。
【００４１】
反射鏡３４０は、位相調整領域３３０から入力された光を全反射する。すなわち、半導体光増幅器２００−反射鏡３４０間で光を共振させる。
【００４２】
光分波器３５０は、多重フィルタ３２０と位相調整領域３３０との間に配置され、第２の多段リングフィルタ３２２からの光の一部をリング型波長ロッカ３６０側へ分岐する。光分波器３５０からリング型波長ロッカ３６０側に分岐された光の一部はそのまま第２のポート３１２から出射され、第１の光モニタ用ＰＤ（フォトダイオード）４１０において光強度がモニタされる。一方、光分波器３５０からリング型波長ロッカ３６０側に分岐された残りの光は、リング型波長ロッカ３６０を介して第３のポート３１３から出射され、第２の光モニタ用ＰＤ４２０において光強度がモニタされる。
【００４３】
リング型波長ロッカ３６０は、周期的な波長（周波数）依存性を有する。リング型波長ロッカ３６０としては、リングまたはエタロンのような光が周回するフィルタを適用することができる。
【００４４】
光モニタ用ＰＤ４１０は、多重フィルタ３２０から出力され、リング型波長ロッカ３６０を介さないで外部に出射された光の強度をモニタする。一方、光モニタ用ＰＤ４２０は、多重フィルタ３２０から出力され、リング型波長ロッカ３６０を介して外部に出射された光の強度をモニタする。
【００４５】
ＤＳＰ５００（不図示）は、光モニタ用ＰＤ４１０、４２０がモニタした光強度の比に基づいて多重フィルタ３２０から出力された光の波長を取得する。ＤＳＰ５００は、例えば、リング型波長ロッカ３６０を通過した光と通過しない光との光強度比を演算し、予め計測したリング型波長ロッカ３６０の波長依存性と比較することによって、多重フィルタ３２０から出力された光の波長を取得する。
【００４６】
ここで、背景技術で説明した図８の波長可変レーザ９００は、第２のポート９４０において多重リングフィルタ９３０から出力された光の強度をそのままモニタし、モニタ値が最大となるように波長を微調することにより、式（２）を満足することができる。これに対して本実施形態に係る図２の波長可変レーザ１００は、多重フィルタ３２０からの出力がフラットトップ特性を有するため、光の強度変化に基づいては波長を微調することができない。そこで、本実施形態においては、ＤＳＰ５００において多重フィルタ３２０から出力された光の波長を取得し、取得した波長に基づいて、多重フィルタ３２０から出力された光の波長を微調する。
【００４７】
光が１波長分の距離を進むと２πの位相が回転するが、その整数倍がレーザ共振器一往復分の距離と一致している必要がある。すなわち、波長可変レーザ１００においてレーザ発振を行う場合、レーザの片道分の光路長をＬ、実効屈折率をｎ、光波長をλとすると、式（２）を満足する必要がある。
【００４８】
２Ｌ＝ｍ×２πｎ／λ（ｍは整数）  …式（２）
ＤＳＰ５００は、取得した波長に基づいて、基板の実効屈折率ｎを所望の値に変化させるための電流値を演算して位相調整領域３３０をフィードバック制御する。本実施形態に係る波長可変レーザ１００は、波長を微調して、リングフィルタの透過ピーク波長と一致させることで、所望のモード（λ）以外のレーザモードを抑圧し、所望のモードのみを透過させる。
【００４９】
上記のように構成された波長可変レーザ１００の動作について説明する。波長可変レーザ１００において、半導体光増幅器２００および波長可変フィルタ基板３００の構成部品は、同一の温度コントローラ（ＴＥＣ、Ｔｈｅｒｍｏ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｏｌｅｒ）上に搭載され、図示されない温度モニタ用のサーミスタ等によって同一の温度に制御されている。
【００５０】
そして、多重フィルタ３２０を波長可変レーザとして動作させる場合、少なくとも一方の多段リングフィルタの温度を、リングフィルタ単位で変化させて透過スペクトルを変化させる。本実施形態においては、第２の多段リングフィルタ３２２の近傍にマイクロヒータを配置し、第２の多段のリングフィルタ３２２を１単位として温度変化させる。
【００５１】
第２の多段リングフィルタ３２２の温度が変化することによって多段リングフィルタ３２１、３２２の周波数の最小公倍数が変化し、多重フィルタ３２０が波長可変レーザとして機能する。すなわち、ＦＳＲ１＝５０．０ＧＨｚである第１の多段リングフィルタ３２１を基準として、第２の多段リングフィルタ３２２の波長帯域を変化させることにより、多重フィルタ３２０が波長可変フィルタとして機能する。なお、各リングを個別に温度モニタするのが、高精度の制御をする上で望ましい。
【００５２】
そして、ＤＳＰ５００が、リング型波長ロッカ３６０を用いた計測結果に基づいて、透過ピーク波長がレーザ発振波長に一致するように位相調整領域３３０をフィードバック制御することにより、最大出力のレーザ光が出力される。
【００５３】
ここで、上記の構成だけでは、リングの透過波長ピークに隣接した波長ピークにおいて、不要なレーザ発振がされてしまう場合がある。不要なレーザ発振を抑制するために、フィルタのフラットトップである波長範囲内に１つのレーザモードだけが存在するように設計することが望ましい。以下、モード間隔の設計について説明する。
【００５４】
光が周回するリング構造を有する多段リングフィルタ３２１、３２２を用いる場合、レーザモード間隔（ファブリーペローモード間隔）Δｆは、Ｃを光速度、ｎを導波路の群屈折率、Ｌをレーザ共振器長とした時、式（３）で表される。
【００５５】
Δｆ＝Ｃ／（２ｎＬ）  …式（３）
例えば、背景技術で説明した図８の波長可変レーザ９００の場合、多重リングフィルタ９３０の導波路長は１５ミリメートル以上あることから、Δｆは４〜５ギガヘルツ程度になり、隣接モードが近接する。隣接モードが近接すると、容易にレーザがマルチモードで発振してしまい、レーザ発振安定性が劣化する。フラットトップ特性を有する多段リングフィルタ３２１、３２２を適用する場合はこの特徴がさらに顕著に表れる。
【００５６】
フラットトップである波長範囲内にレーザモードが１つだけ存在する場合を図４（ａ）に、複数存在する場合を図４（ｂ）に示す。ここで、図４（ａ）に挿入したように、透過帯域のピークから１デシベル（ｄＢ）下がったところまでをフラットトップと定義し、トップから１デシベル下がったところまでの帯域幅をフラットトップ帯域と定義して「１ｄＢ透過帯域」と記載する。
【００５７】
図４（ａ）の１ｄＢ透過帯域は、周波数にして８ＧＨｚ相当の範囲であり、レーザのモード間隔Δｆは１０ＧＨｚ相当である。すなわち、フラットトップの範囲内にはレーザモードが０または１つだけ存在する。一方、図４（ｂ）の１ｄＢ透過帯域は、同じく８ＧＨｚ相当の範囲であるにもかかわらず、レーザのモード間隔Δｆは４ＧＨｚ程度であるため、フラットトップの範囲内に複数のレーザモードが存在してしまう。
【００５８】
つまり、レーザモード間隔Δｆを広くすることにより、１ｄＢ透過帯域内に存在するレーザモードの数を制限することができる。本実施形態では、フラットトップである波長範囲内に、レーザモードだけが１つだけ存在するように、式（３）に基づいてレーザモード間隔Δｆを設計した。
【００５９】
以上のように、本実施形態に係る波長可変レーザ１００は、フラットトップ特性を有する多段リングフィルタ３２１、３２２を多重化して多重フィルタ３２０を構成することによって、光パワーの変動を抑制したまま波長制御することができる。また、本実施形態に係る波長可変レーザ１００は、リング型波長ロッカ３６０を用いて透過波長を取得することによって、光の位相制御を高精度に行うことができる。さらに、本実施形態に係る波長可変レーザ１００においては、フラットトップである波長範囲内に、レーザモードだけが１つだけ存在するようにレーザモード間隔Δｆを設計した。この場合、レーザモード間隔Δｆが、レーザがマルチモード化しない程度に大きくなり、波長制御動作時にシングルモード発振が安定的に維持される。
【００６０】
従って、本実施形態に係る波長可変レーザ１００は、波長制御動作に伴う内部損失の変動を抑制して、高品質な光を安定的に出力できる。
【００６１】
ここで、上述の実施形態においては、多段リングフィルタ３２１、３２２のリングフィルタの周回長をそれぞれ４ｍｍ、３．９６ｍｍに形成することによって、ＦＳＲ１＝５０．０ＧＨｚ、ＦＳＲ２＝５０．５ＧＨｚに設定したが、これに限定されない。例えば、多段リングフィルタ３２１、３２２のリングフィルタの周回長をそれぞれ０．４ｍｍ、０．３９６ｍｍに形成することによって、ＦＳＲ１＝５００ＧＨｚ、ＦＳＲ２＝５０５ＧＨｚに設定することもできる。
【００６２】
このような小さなリングを用いる場合、シリカ導波路では導波コア層とクラッド層の屈折率差が小さく光閉じこめが弱いため、曲がり損失が大きくなってしまう。従って、波長可変フィルタ基板３００として、光閉じこめ率を大きくできるＳＯＩ（Silicon on Insulator）上のシリコン導波路を用いることが望ましい。ＳＯＩ上のシリコン導波路を用いることにより、リングフィルタの周回長を０．２ミリメートル以下のサイズにでき、波長可変フィルタを小型化できる。
【００６３】
なお、ＦＳＲ１＝５００ＧＨｚ、ＦＳＲ２＝５０５ＧＨｚに設定した状態でチャンネル間隔５０ＧＨｚのシステムに適用する場合、両方のリングの温度を調整する。
【００６４】
（第３の実施形態）
第２の実施形態では、多重フィルタ３２０と位相調整領域３３０との間に光分波器３５０を配置し、多重フィルタ３２０からの光の波長をリング型波長ロッカ３６０によって取得して位相調整領域３３０をフィードバック制御したが、これに限定されない。例えば、位相調整領域３３０と反射鏡３４０との間に光分波器３５０を配置し、位相調整領域３３０からの光の波長（位相情報）を取得して位相調整領域３３０をフィードバック制御することもできる。この場合の波長可変レーザのブロック構成図を図５に示す。
【００６５】
図５の波長可変レーザ１００Ｂにおいて、半導体光増幅器２００Ｂは第２の実施形態で説明した図２の半導体光増幅器２００と同様に機能する。多重フィルタ３２０Ｂは、図２の多重フィルタ３２０と同様に構成され、波長可変フィルタとして機能する。すなわち、多重フィルタ３２０Ｂは、それぞれ異なるフラットトップ特性を有する２つの多段リングフィルタを多重化することによって構成される。なお、本実施形態では、多重フィルタ３２０Ｂと位相調整領域３３０Ｂとによってレーザ共振器３７０Ｂを構成する。
【００６６】
図５の波長可変レーザ１００Ｂは、レーザ共振器３７０Ｂから出力された光の位相を位相検出器６００Ｂによりモニタする。ＤＳＰ５００Ｂは、位相検出器６００Ｂのモニタ結果に基づいてレーザ共振器３７０Ｂの位相調整量を演算し、位相調整領域３３０Ｂをフィードバック制御する。
【００６７】
図５の波長可変レーザ１００Ｂも、フラットトップ特性を有する多段リングフィルタによって多重フィルタ３２０Ｂを構成することによって光出力の変動を抑制できると共に、位相検出器６００Ｂを用いてレーザ共振器３７０Ｂからの出力光の位相を検出することによって、出力光が励振条件を満足するように、位相調整領域３３０Ｂをフィードバック制御することができる。
【００６８】
(第４の実施形態)
第２の実施形態では波長取得用に、波長可変フィルタ基板３００上に形成されたリング型波長ロッカ３６０を用いたが、これに限定されない。例えば、波長可変フィルタ基板３００の外部に波長取得用の手段を配置することもできる。この場合の波長可変レーザのブロック構成図を図６に示す。
【００６９】
図６の外部共振器型波長可変レーザ１００Ｃにおいては、波長可変フィルタ基板３００Ｃの外部に、波長取得用のエタロン型波長ロッカ７００Ｃが配置されている。エタロン型波長ロッカ７００Ｃは、波長可変フィルタ基板３００Ｃから出射された光を平行光にするレンズ７１０Ｃ、および、波長に対して周期的な透過特性を有するエタロンフィルタ７２０Ｃから成る。
【００７０】
光モニタ用ＰＤ４１０Ｃは、波長可変フィルタ基板３００Ｃから出力され、エタロンフィルタ７２０Ｃを介さない光の強度をモニタし、光モニタ用ＰＤ４２０は、波長可変フィルタ基板３００Ｃから出力され、エタロンフィルタ７２０Ｃを透過してきた光の強度をモニタする。図６に図示しないＤＳＰ５００Ｃは、光モニタ用ＰＤ４１０Ｃおよび光モニタ用ＰＤ４２０Ｃでモニタした光の強度比に基づいて波長可変フィルタ基板３００Ｃからの出力光の波長を取得し、位相調整領域３３０Ｃをフィードバック制御する。
【００７１】
（第５の実施形態）
第２の実施形態では、それぞれ異なるフラットトップ特性を有する２つの多段リングフィルタ３２１、３２２を多重化することによって多重フィルタ３２０を構成したが、これに限定されない。多重フィルタ３２０はフラットトップな波長特性を実現できるものであればよく、例えば、エタロン型、ＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）型、マッハツェンダー構造体型等のフィルタを用いることもできる。マッハツェンダー構造体型のフィルタを用いた外部共振器型波長可変レーザの構成図を図７に示す。
【００７２】
図７の外部共振器型波長可変レーザ１００Ｄは、第４の実施形態で説明した図６の外部共振器型波長可変レーザ１００Ｃにおいて、多段リングフィルタが多重化された多重フィルタ３２０Ｃを、２つの非対称マッハツェンダー型干渉計３８１Ｄ、３８２Ｄが多重化された多重フィルタ３８０Ｄに置き換えたものである。
【００７３】
２つの非対称マッハツェンダー型干渉計３８１Ｄ、３８２Ｄはそれぞれ、フラットトップな波長特性を有し、多重フィルタ３８０Ｄは多段リングフィルタが多重化された多重フィルタと同様に機能する。非対称マッハツェンダー型干渉計３８１Ｄ、３８２Ｄの透過特性は、マッハツェンダー型干渉計の２つの導波路の光路長差をＬとして、リングフィルタと同様に、式（２）により設計できる。
【００７４】
（その他の実施形態）
第２の実施形態では、半導体光増幅器２００の波長可変フィルタ基板３００側の導波路端面の角度を９０度に設計したがこれに限定されない。半導体光増幅器２００の波長可変フィルタ基板３００側の導波路端面および波長可変フィルタ基板３００の入力ポート３１０の導波路端面角度を、数度から１０数度傾けて、光結合させることもできる。この場合、半導体光増幅器２００および波長可変フィルタ基板３００の導波路端面における光の残留反射率を低減することができる。
【００７５】
また、多重フィルタ３２０をシリカ導波路上に形成する代わりに、半導体、ＳＯＩやポリマー等に形成することもできる。多重フィルタ３２０を半導体やＳＯＩ上に形成した場合、シリカよりも屈折率の高い導波路を形成することができる。従って、該導波路を用いて波長可変フィルタを構成する場合、波長可変フィルタのサイズを小型化できる。
【００７６】
さらに、位相調整領域３００を半導体光増幅器２００に内蔵させることもできる。この場合、位相調整は電流駆動でもよいし、ヒータ熱を利用した熱による位相変化を利用して、半導体光増幅素子全体を加熱しても良い。
【００７７】
本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。
【符号の説明】
【００７８】
１０    波長制御フィルタ
２０    フィルタ手段
３０    位相調整手段
４０    反射手段
５０    位相制御手段
６０    波長可変レーザ
７０    光増幅手段
１００、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ    波長可変レーザ
２００、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ    半導体光増幅器
３００、３００Ｃ、３００Ｄ    波長可変フィルタ基板
３１１、３１２、３１３    ポート
３２０、３２０Ｂ、３２０Ｃ    多重フィルタ
３２１、３２２    多段リングフィルタ
３３０、３３０Ｂ、３３０Ｃ、３３０Ｄ    位相調整領域
３４０、３４０Ｂ、３４０Ｃ、３４０Ｄ    反射鏡
３５０、３５０Ｃ、３５０Ｄ    光分波器
３６０    リング型波長ロッカ
３７０Ｂ    レーザ共振器
３８０Ｄ    多重フィルタ
３８１Ｄ、３８２Ｄ    非対称マッハツェンダー型干渉計
４１０、４２０、４１０Ｃ、４２０Ｃ    光モニタ用ＰＤ
５００、５００Ｂ    ＤＳＰ
６００Ｂ    位相検出器
７００Ｃ    エタロン型波長ロッカ
７１０Ｃ    レンズ
７２０Ｃ    エタロンフィルタ
９００    波長可変レーザ
９１０    半導体光増幅器
９２０    波長可変フィルタ
９２１    多重リングフィルタ
９２２、９２３    リングフィルタ
９２４    第１のポート
９２５    第２のポート
９２６    無反射コーティング
９３０    高反射コーティング膜
【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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