(57)【要約】【課題】光源に発振波長を電流制御可能な複数の波長可変レーザアレイを用いることで、広帯域で連続的に波長を変化させることができる高速波長掃引光源を提供すること。【解決手段】高速波長掃引光源１００は、Ｎ個の波長可変レーザ１０２−１〜１０２−Ｎと、それらを制御するための制御器１０１と、各波長可変レーザから出力された光を合波し、光ファイバ１０４に出力する合波器１０３を備える。波長可変レーザ１０２−１〜１０２−Ｎは、活性領域及び非活性領域を有していて、その非活性層領域への注入電流を変化させることで発振波長を変化させるタイプの波長可変レーザである。波長可変レーザ１０２−１〜１０２−Ｎは、制御器１０１によってその発振波長が制御され、波長可変レーザ間の切り替えを行う際には隣接する波長可変レーザの出力を合波器１０３で合波することにより、出力の波長が連続的に変化するように制御される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振波長が電流制御可能で、モードホップなく連続的に波長を変化させることができる、異なる可変波長域を有する複数の波長可変レーザと、
前記複数の波長可変レーザの出力強度と発振波長を制御する制御器と、
前記複数の波長可変レーザが接続された光合波器と、
を有することを特徴とする高速波長掃引光源。
【請求項２】
前記制御器は、前記各波長可変レーザの注入電流に対する発振波長の関係を表す波長可変特性に合わせて波長制御信号の波形を制御することにより、前記各波長可変レーザの発信波長を時間に対して線形に変化させることを特徴とする請求項１に記載の高速波長掃引光源。
【請求項３】
隣接する前記波長可変レーザ間の前記可変波長域は、一部重なりを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の高速波長掃引光源。
【請求項４】
前記波長可変レーザは、半導体波長可変レーザであることを特徴とする請求項１乃至３に記載の高速波長掃引光源。
【請求項５】
前記波長可変レーザは、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザであることを特徴とする請求項１乃至３に記載の高速波長掃引光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速且つ大きな波長可変域を有する波長可変レーザを用いた高速波長掃引光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信、分光分析や光イメージングなど、様々な分野で波長を変化させることができる光源を用いたシステムや測定技術が多く開発されている。特に、高度な光通信システムや、高精度な測定器を実現するには、単一の波長で発振する高品質な単一モードレーザが必要不可欠である。また、測定技術の高度化には高速に波長を掃引できることも必要な技術である。
【０００３】
単一モードレーザ発振を実現する方法としては、光導波路に周期的な凹凸の構造をした回折格子を用いるものがある。回折格子が形成された光導波路においては、光導波路の等価屈折率をｎ、回折格子の周期をΛとすると、その反射波長λＢは以下の（１）式で表される。
λＢ＝２ｎΛ      （１）
【０００４】
上記（１）式より、光導波路の等価屈折率を変化させることで反射波長を変化させるこ
とができることがわかる。つまり、回折格子を用いた光共振器を構成することで、選択的に波長を変化させられる波長可変レーザを構成することができる。
【０００５】
回折格子を利用した波長可変レーザとしては、ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザ、ＳＧ（Ｓａｍｐｌｅｄ  Ｇｒａｔｉｎｇ）−ＤＢＲレーザやＳＳＧ（Ｓｕｐｅｒ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ）−ＤＢＲレーザなどがある。また、これらのレーザにおいて、ＤＢＲ部分への注入電流を制御することでキャリアプラズマ効果により導波路内の等価屈折率変化が生じ、高速に波長を変化させることができる。その他の高速に波長を掃引する技術としては、機械的に外部鏡（例えば、反射型回折格子など）を制御することで波長を変化させる技術などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１０３４６６号公報
【特許文献２】特開２００８−２１８９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＳＧ−ＤＢＲやＳＳＧ−ＤＢＲは、多数の反射ピークを持つ反射器を使い、モードホップを利用して広帯域な波長可変幅を実現しているため、反射ピーク波長だけでなく位相も合わせた制御が必要となり、制御系が非常に複雑になってしまうという課題がある。また、外部鏡を用いた波長掃引光源に関しては、機械的に制御するため、その駆動部の速度に波長掃引速度が律速される課題がある。
【０００８】
本発明は、このような課題を鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光源に発振波長を電流制御可能な複数の波長可変レーザアレイを用いることで、広帯域で連続的に波長を変化させることができる高速波長掃引光源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明は、高速波長掃引光源であって、発振波長が電流制御可能で、モードホップなく連続的に波長を変化させることができる、異なる可変波長域を有する複数の波長可変レーザと、前記複数の波長可変レーザの出力強度と発振波長を制御する制御器と、前記複数の波長可変レーザが接続された光合波器と、を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の高速波長掃引光源において、前記制御器は、前記各波長可変レーザの注入電流に対する発振波長の関係を表す波長可変特性に合わせて波長制御信号の波形を制御することにより、前記各波長可変レーザの発信波長を時間に対して線形に変化させることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の高速波長掃引光源において、隣接する前記波長可変レーザ間の前記可変波長域は、一部重なりを有することを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３に記載の高速波長掃引光源において、前記波長可変レーザは、半導体波長可変レーザであることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至３に記載の高速波長掃引光源において、前記波長可変レーザは、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、光源に発振波長を電流制御可能な複数の波長可変レーザアレイを用いることで、簡易な制御系を用いて広帯域で連続的に高速波長掃引できる高速波長掃引光源を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態１に係る波長可変レーザを有する高速波長掃引光源の構造を示す図である。
【図２】本発明の高速波長掃引光源の出力光の波長の時間変化を示す図である。
【図３】本発明の実施形態２に係る波長可変分布活性（ＴＤＡ）−ＤＦＢレーザアレイを有する高速波長掃引光源を示す図である。
【図４】ＴＤＡ−ＤＦＢレーザの基本的な構造を示す図である。
【図５】ＴＤＡ−ＤＦＢレーザアレイの制御電圧に対する発振波長の特性例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。尚、以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。
【００１７】
（実施形態１）
図１に、本発明の実施形態１に係る波長可変レーザを有する高速波長掃引光源の構造を示す。高速波長掃引光源１００は、Ｎ個の波長可変レーザ１０２−１〜１０２−Ｎと、それらを制御するための制御器１０１と、各波長可変レーザから出力された光を合波し、光ファイバ１０４に出力する合波器１０３（例えば、パワースプリッタ（ＰＳ）やＡｒｒａｙｅｄ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｇｒａｔｉｎｇ  （ＡＷＧ）など）を備える。
【００１８】
波長可変レーザ１０２−１〜１０２−Ｎは、活性領域及び非活性領域を有していて、その非活性層領域への注入電流を変化させることで発振波長を変化させるタイプの波長可変レーザである。波長可変レーザ１０２−１〜１０２−Ｎは、それぞれが隣接する波長可変レーザ間で一部重なりを有しながら異なる可変波長域を有している。波長可変レーザ１０２−１〜１０２−Ｎは、制御器１０１によってその発振波長が制御され、波長可変レーザ間の切り替えを行う際には隣接する波長可変レーザの出力を合波器１０３で合波することにより、出力の波長が連続的に変化するように制御される。
【００１９】
図２に、本発明の高速波長掃引光源の出力光の波長の時間変化を示す。制御器１０１は、各波長可変レーザ１０２−１〜１０２−Ｎにおける非活性領域への注入電流又は制御電圧と発振波長との関係を表す波長可変特性を予め有しており、その波長可変特性に合わせて発振波長を制御する。これにより、高速波長掃引光源１００の出力光の波長を時間に対して線形に変化するように制御することができる。また、波長可変レーザ１０２−１〜１０２−Ｎの各可変波長域の一部が僅かに重なるように隣接しているので、高速波長掃引光源１００の出力光の波長を途切れることなく連続的に変化させることができる。
【００２０】
また、波長可変レーザ１０２−１〜１０２−Ｎは、その出力を増幅もしくは一定にするために光増幅器（例えば、半導体増幅器（ＳＯＡ）など）をそれぞれ有することができる。波長可変レーザ１０２−１〜１０２−Ｎが光増幅器を有する場合、各光増幅器は制御器１０１によって制御され、波長可変レーザ１０２−１〜１０２−Ｎの各出力強度を制御するシャッターの役割も担うことができる。
【００２１】
（実施形態２）
図３に、本発明の実施形態２に係る波長可変分布活性（ＴＤＡ）−ＤＦＢレーザアレイを有する高速波長掃引光源を示す。高速波長掃引光源３００は、Ｎ個のＴＤＡ−ＤＦＢレーザ３０２−１〜３０２−Ｎと、それらを制御する制御器３０１と、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ３０２−１〜３０２−Ｎから出力された光を合波し、光ファイバ３０４に出力する合波器３０３（例えば、ＰＳやＡＷＧなど）を備える。
【００２２】
ＴＤＡ−ＤＦＢレーザは、連続的に波長を変化させることのできる波長可変半導体レーザである。図４に、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザの基本的な構造を示す。ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ４００は、基板４０１上に活性導波路層４０２と非活性導波路層４０３（波長制御領域）がそれぞれ一定の長さＬａ、Ｌｔで交互に周期的に形成された構造になっている（例えば、特許文献１参照）。活性導波路層４０２と非活性導波路層４０３の上部には、中央付近に位相シフト領域４０４が形成された回折格子４０５が形成されており、回折格子４０５の周期に応じた波長のみ選択的に反射されるようになっている。また、基板４０１の表面には１つの電極４０６が形成され、回折格子４０１の表面には活性導波路層４０２上に形成された電極４０７と非活性導波路層４０３上に形成された電極４０８とからなる２つの電極が形成されている。
【００２３】
このＴＤＡ−ＤＦＢレーザ４００においては、活性導波路層４０２へ電流Ｉａを注入することで利得が生じ、回折格子４０５で選択的に反射された波長においてレーザ発振が起こる。一方、非活性導波路層４０３に電流Ｉｔを注入すると、キャリアプラズマ効果により導波路内の屈折率変化が生じ、非活性導波路４０３における回折格子４０５の反射波長が変化する。そのため、非活性導波路層４０３に注入する電流量を変化させることで、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザの発振波長を変化させることができる（特許文献１、２参照）。また、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザはその構造上、波長変化時に原理的にモードホップが生じず、連続的に波長を変化させられるという特徴がある。
【００２４】
ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ４００の波長可変幅は最大で８ｎｍ程度である。そのＴＤＡ−ＤＦＢレーザを同一の半導体上に二次元的に配列したＴＤＡ−ＤＦＢレーザアレイとすることで４０ｎｍ以上の広帯域な波長可変幅を実現することができる。
【００２５】
ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ３０２−１〜３０２−Ｎは、それぞれが隣接する波長可変レーザ間で一部重なりを有しながら異なる可変波長域を有している。ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ３０２−１〜３０２−Ｎは、制御器３０１によってその発振波長が制御され、波長可変レーザ間の切り替えを行う際には隣接する波長可変レーザの出力を合波器３０３で合波することにより、出力の波長が連続的に変化するように制御される。
【００２６】
図５に、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザアレイの制御電圧に対する発振波長の特性例を示す。制御器３０１は、各ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ３０２−１〜３０２−Ｎにおける非活性領域への注入電流又は制御電圧と発振波長との関係を表す波長可変特性を予め有しており、その波長可変特性に合わせて発振波長を制御する。制御器３０１は、この波長特性に合わせて制御信号の波形を制御することで、高速波長掃引光源３００の出力光の波長を時間に対して線形に変化するように制御することができる。
【００２７】
また、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ３０２−１〜３０２−Ｎの各可変波長域の一部が僅かに重なるように隣接しているので、高速波長掃引光源３００の出力光の波長を途切れることなく連続的に変化させることができる。
【００２８】
以上のように、Ｎ個の波長可変レーザもしくはＴＤＡ−ＤＦＢレーザからなるレーザアレイを組み合わせることで、シンプルな構成で広帯域且つ連続的に波長を掃引できる高速波長掃引光源を実現することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１００、３００  高速波長掃引光源
１０１、３０１  制御器
１０２−１〜１０２−Ｎ  波長可変レーザ
１０３、３０３  合波器
１０４、３０４  光ファイバ
３０２−１〜３０２−Ｎ  ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ
４００  ＴＤＡ−ＤＦＢレーザ
４０１  基板
４０２  活性導波路層
４０３  非活性導波路層
４０４  位相シフト領域
４０５  回折格子
４０６〜４０８  電極
【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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