(57)【要約】【課題】波長モニタ素子に対する半導体レーザ素子の発熱量変動の影響を低減できる光伝送装置を提供する。【解決手段】光伝送装置１は、光源装置１０、集積装置２０及び制御装置３０を備える。光源装置１０は、半導体レーザ素子１１と第一温度制御素子１２とを備える。集積装置２０は、集積素子２３と第二温度制御素子２４とを備える。第一光機能素子として半導体光変調器２１が用いられ、集積素子２３は半導体光変調器２１と波長モニタ素子２２とを含み、半導体光変調器２１と波長モニタ素子２２とはモノリシックに集積されている。半導体光変調器２１は、第一光処理として半導体レーザ素子１１からのレーザ光Ｌ１を変調して変調光を出力する。第一温度制御素子１２は、半導体レーザ素子１１の温度を調整するために設けられ、第二温度制御素子２４は、集積素子２３の温度を調整するために設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子を搭載する第一温度制御素子と、
第一光機能素子及び波長モニタ素子を含む集積素子と、
前記集積素子を搭載する第二温度制御素子と、
制御装置と、
を備え、
前記半導体レーザ素子は、前記第一光機能素子及び前記波長モニタ素子に光学的に結合され、
前記第一光機能素子は、前記半導体レーザ素子からのレーザ光の第一光処理を行って出力し、
前記波長モニタ素子は、前記半導体レーザ素子の発振波長をモニタするために、モニタ波長の情報を有する波長モニタ信号を生成し、
前記制御装置は、前記波長モニタ信号を受け、
前記制御装置は、前記モニタ波長と設定波長との差分情報に基づいて前記半導体レーザ素子の前記発振波長を前記設定波長に近づけるように、前記第一温度制御素子を制御する、光伝送装置。
【請求項２】
前記第一光機能素子は、前記第一光処理として、変調及びコヒーレント復調のいずれか一方を行う、請求項１に記載の光伝送装置。
【請求項３】
第二光機能素子と、
前記第二光機能素子を搭載する第三温度制御素子と、
を更に備え、
前記半導体レーザ素子は、前記第二光機能素子に光学的に結合され、
前記第二光機能素子は、前記半導体レーザ素子からのレーザ光の第二光処理を行って出力する、請求項１又は請求項２に記載の光伝送装置。
【請求項４】
前記第二光機能素子は、前記第二光処理として、変調及びコヒーレント復調のいずれか他方を行う、請求項３に記載の光伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１〜３は、半導体レーザ素子の波長ロックのために波長モニタ素子を含む光伝送装置を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−３５９１号公報
【特許文献２】特開２０１１−４９３１７号公報
【特許文献３】特開平２−２６２３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光伝送装置では、波長モニタ素子が、光源としての半導体レーザ素子と別個に用いられ、この波長モニタ素子は、半導体レーザ素子の発振波長と設定波長との差分情報を有する波長モニタ信号を生成する。このため、温度制御素子が波長モニタ信号に基づいて制御されて、温度制御素子上の半導体レーザ素子は、設定波長においてレーザ発振できるような温度調整を受ける。
【０００５】
半導体レーザ素子及び波長モニタ素子をモノリシック集積するモノリシック素子では、半導体レーザ素子の発振波長をモニタするための波長モニタ素子を半導体レーザ素子の近くに配置できる。一方、半導体レーザ素子の発振状態が経年変化を示す。この経年変化に伴って半導体レーザ素子の発熱量が変動する。このため、モノリシック素子では、半導体レーザ素子における発熱量変動の影響を受けて、波長モニタ素子の温度が変化する。波長モニタ素子の温度変化は、波長モニタ素子が半導体レーザ素子の発振波長を正確にモニタすることを妨げる。
【０００６】
本発明は、波長モニタ素子に対する半導体レーザ素子の発熱量変動の影響を低減できる光伝送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】
本発明に係る光伝送装置は、半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子を搭載する第一温度制御素子と、第一光機能素子及び波長モニタ素子を含む集積素子と、集積素子を搭載する第二温度制御素子と、制御装置と、を備え、半導体レーザ素子は、第一光機能素子及び波長モニタ素子に光学的に結合され、第一光機能素子は、半導体レーザ素子からのレーザ光の第一光処理を行って出力し、波長モニタ素子は、半導体レーザ素子の発振波長をモニタするために、モニタ波長の情報を有する波長モニタ信号を生成し、制御装置は、波長モニタ信号を受け、モニタ波長と設定波長との差分情報に基づいて、半導体レーザ素子の発振波長を設定波長に近づけるように、第一温度制御素子を制御する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明による光伝送装置によれば、波長モニタ素子に対する半導体レーザ素子の発熱量変動の攪乱を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態における光伝送装置の概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における集積素子の構成を示す図である。
【図３】（ａ）部は、本発明の第１の実施形態における図２のＡ−Ａ線に沿ってとられたマッハツェンダ型変調器の位相変調部の断面を示す図である。（ｂ）部は、本発明の第１の実施形態における図２のＣ−Ｃ線に沿ってとられた波長モニタ素子のリング共振器の導波路の断面を示す図である。（ｃ）部は、本発明の第１の実施形態における図２のＢ−Ｂ線に沿ってとられた波長モニタ素子のフォトダイオードの断面を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における光源装置を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における集積装置の構成を示す図である。（ａ）部は、集積装置の平面図であり、（ｂ）部は、集積装置の側面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における光伝送装置の概略図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における集積素子の構成を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態における９０度ハイブリッド素子を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態において、二つの導波路を導波するレーザ光の波長と位相差との関係を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態において、フォトダイオードにおけるレーザ光強度の波長依存性を調べた結果である。
【図１１】（ａ）部は、本発明の第２の実施形態における図７のＤ−Ｄ線に沿ってとられたフォトダイオードの断面を示す図である。（ｂ）部は、本発明の第２の実施形態における図７のＦ−Ｆ線に沿ってとられた半導体コヒーレント光受信器の導波路の断面を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態における集積装置の構成を示す図である。（ａ）部は、集積装置の平面図であり、（ｂ）部は、集積装置の側面図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態における光伝送装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態の内容を説明する。本発明の一形態に係る光伝送装置は、（ａ）半導体レーザ素子と、（ｂ）半導体レーザ素子を搭載する第一温度制御素子と、（ｃ）第一光機能素子及び波長モニタ素子を含む集積素子と、（ｄ）集積素子を搭載する第二温度制御素子と、（ｅ）制御装置と、を備え、半導体レーザ素子は、第一光機能素子及び波長モニタ素子に光学的に結合され、第一光機能素子は、半導体レーザ素子からのレーザ光の第一光処理を行って出力し、波長モニタ素子は、半導体レーザ素子の発振波長をモニタするために、モニタ波長の情報を有する波長モニタ信号を生成し、制御装置は、波長モニタ信号を受け、モニタ波長と設定波長との差分情報に基づいて、半導体レーザ素子の発振波長を設定波長に近づけるように、第一温度制御素子を制御する。
【００１１】
この光伝送装置では、半導体レーザ素子のための波長モニタ素子は、半導体レーザ素子のための第一温度制御素子と異なる第二温度制御素子に搭載されている。半導体レーザ素子の発熱量は、半導体レーザ素子の経年変化に伴って変動する。第一及び第二温度制御素子の利用により、半導体レーザ素子の発熱量の変動によって波長モニタ素子の温度が変化することを抑えることができる。
【００１２】
上記の光伝送装置では、第一光機能素子が、第一光処理として、変調及びコヒーレント復調のいずれか一方を行うことが好ましい。第一光機能素子は光の発生・増幅を伴わない光処理を行う。この光伝送装置によれば、半導体光変調器または半導体コヒーレント光受信器が、レーザ光の第一光処理を行う。第一光処理は、変調及びコヒーレント復調のいずれかである。半導体光変調器及び半導体コヒーレント光受信器といった第一光機能素子の発熱量は半導体レーザ素子に比べて小さく、また、半導体光変調器及び半導体コヒーレント光受信器の発熱量の変化も、半導体レーザ素子に比べて少ない。このため、波長モニタ素子及び半導体レーザ素子をモノリシックに集積したモノリシック素子に比べて、波長モニタ素子による波長モニタ動作が、半導体レーザ素子の経年変化に起因する特性変動により実質的に攪乱されない。加えて、半導体光変調器及び半導体コヒーレント光受信器の発熱量が小さいことに起因して、第二温度制御素子への負荷も小さい。
【００１３】
上記の光伝送装置では、第二光機能素子と、第二光機能素子を搭載する第三温度制御素子と、を更に備え、半導体レーザ素子は、第二光機能素子に光学的に結合され、第二光機能素子は、半導体レーザ素子からのレーザ光に第二光処理を行うことが好ましい。この光伝送装置は、第一光機能素子に加えて第二光機能素子を備えるので、半導体レーザ素子からのレーザ光に第一及び第二の光処理を提供できる。
【００１４】
上記の光伝送装置では、第二光機能素子は、第二光処理として変調及びコヒーレント復調のいずれか他方を行う。第二光機能素子は光の発生・増幅を伴わない光処理を行う。この光伝送装置は、第一及び第二光機能素子によって変調及びコヒーレント復調の両方を行うことができる。このため、この光伝送装置は、第一光処理として変調を行うと共に第二光処理としてコヒーレント復調を行うことができる。或いは、この光伝送装置は、第一光処理としてコヒーレント復調を行うと共に第二光処理として変調を行うことができる。また、この光伝送装置は、第一光処理及び第二光処理として変調を行うようにしてもよく、或いは、第一光処理及び第二光処理としてコヒーレント復調を行うようにしてもよい。加えて、この光伝送装置では、半導体光変調器及び半導体コヒーレント光受信器の発熱量が小さいことにより、半導体光変調器及び半導体コヒーレント光受信器の発熱量の変動が波長モニタ素子に対して影響することを抑えることができる。
【００１５】
いくつかの実施形態に係る光伝送装置を、以下に図面を参照しつつ説明する。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付する。
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施形態における光伝送装置の概略図である。光伝送装置１は、光源装置１０、集積装置２０及び制御装置３０を備える。光伝送装置１は、光源装置１０、集積装置２０及び制御装置３０を用いることによって、光通信に使用される光の波長を維持する波長ロックを行うことができる。光源装置１０は、レーザ光Ｌ１を出射する半導体レーザ素子１１と、半導体レーザ素子１１を搭載する第一温度制御素子１２とを備える。集積装置２０は、集積素子２３と、この集積素子２３を搭載する第二温度制御素子２４とを備える。本実施形態では、第一光機能素子として半導体光変調器２１が用いられ、集積素子２３は、半導体光変調器２１と波長モニタ素子２２とを含み、半導体光変調器２１と波長モニタ素子２２とはモノリシックに集積されている。半導体レーザ素子１１は、半導体光変調器２１及び波長モニタ素子２２に光学的に結合されて、半導体光変調器２１及び波長モニタ素子２２は、半導体レーザ素子１１からのレーザ光Ｌ１を受ける。半導体光変調器２１は、第一光処理として、半導体レーザ素子１１からのレーザ光Ｌ１を変調して変調光を出力する。第一温度制御素子１２は、半導体レーザ素子１１の温度を調整するために設けられ、第二温度制御素子２４は、集積素子２３の温度を調整するために設けられる。
【００１７】
本実施形態では、第一温度制御素子１２及び第二温度制御素子２４は、例えば、ペルチェ素子、ヒータ、冷却水などを含むことができる。波長モニタ素子２２は、半導体レーザ素子１１の発振波長をモニタするために設けられている。波長モニタ素子２２は半導体レーザ素子１１からのレーザ光を受けて波長モニタ信号を生成する。波長モニタ信号ＳＭＯＮは、半導体レーザ素子１１からのレーザ光の発振波長（「モニタ波長」と記す）を示す。制御装置３０は、波長モニタ信号ＳＭＯＮを受けて、半導体レーザ素子１１の発振波長を設定波長λ１（半導体レーザ素子１１が発振すべき光の発振波長であり、設定波長情報Ｆ１に基づいている）に近づけるように第一温度制御素子１２を制御する。この結果、半導体レーザ素子１１の温度は、設定波長λ１を得るための設定温度ＴＬＤに近づくので、半導体レーザ素子１１の発振波長も設定波長λ１に近づく。この温度制御の結果として、半導体レーザ素子１１は、設定波長λ１のレーザ光Ｌ１を発振することができる。また、制御装置３０は、波長モニタ信号ＳＭＯＮを受けて、設定波長λ１とモニタ波長との差分情報に基づいて、半導体レーザ素子１１の発振波長を設定波長λ１に近づけるように第一温度制御素子１２を制御する。
【００１８】
光伝送装置１では、半導体レーザ素子１１のための波長モニタ素子２２は、半導体レーザ素子１１のための第一温度制御素子１２と異なる第二温度制御素子２４に搭載されている。第一温度制御素子１２と第二温度制御素子２４との二つの温度制御素子の利用により、制御装置３０は、第二温度制御素子２４により温度制御される波長モニタ素子２２からの波長モニタ信号ＳＭＯＮを用いて、第一温度制御素子１２の温度を制御する。これ故に、第二温度制御素子２４は、半導体レーザ素子１１の経年変化に伴う発熱量の変動に影響されない。また、第一温度制御素子１２は、第二温度制御素子２４によって温度制御される波長モニタ素子２２と制御装置３０とにより、半導体レーザ素子１１の発振波長のロックのために制御される。これと共に、第一温度制御素子１２と第二温度制御素子２４との組み合わせは、波長モニタ素子２２の温度が半導体レーザ素子１１の経年変化に伴う発熱量の変動に応じて変化することを低減できる。具体的には、波長モニタ素子２２が半導体レーザ素子１１の発振波長が長波長にシフトしていることを示すとき、制御装置３０は、半導体レーザ素子１１の温度を下げるように第一温度制御素子１２を制御する。波長モニタ素子２２が半導体レーザ素子１１の発振波長が短波長にシフトしていることを示すとき、制御装置３０は、半導体レーザ素子１１の温度を上げるように第一温度制御素子１２を制御する。集積素子２３は、サーミスタ４３を備えており、サーミスタ４３は、集積素子２３の温度を検出する。集積素子２３の温度は、サーミスタ４３からの信号に応答して、第二温度制御素子２４によって制御される。
【００１９】
本実施形態では、制御装置３０は、駆動装置３１及び駆動装置３２を備える。駆動装置３１は、半導体レーザ素子１１及び第一温度制御素子１２を制御し、駆動装置３２は、集積素子２３及び第二温度制御素子２４を制御する。駆動装置３１は、半導体レーザ素子１１を駆動し、第一温度制御素子１２を制御する。また、駆動装置３１は、駆動回路３１Ａと、半導体レーザ素子１１及び第一温度制御素子１２を制御するためのデータを格納した装置、例えばルックアップテーブル３１Ｂとを有する。駆動装置３２は、駆動回路３２Ａと、集積素子２３及び第二温度制御素子２４の両方を制御するためのデータを格納した装置、例えばルックアップテーブル３２Ｂとを有する。
【００２０】
図２は、第１の実施形態における集積素子２３の構成を示す。図１及び図２を参照しながら、半導体光変調器２１及び波長モニタ素子２２を説明する。半導体光変調器２１は、送信信号Ｆ２に応じて、半導体レーザ素子１１からのレーザ光Ｌ１を変調する。この変調は、例えば、レーザ光Ｌ１の強度もしくは位相、またはその両方の変更を伴うことができる。波長モニタ素子２２は、レーザ光Ｌ１の波長をモニタする。
【００２１】
図２に示されるように、集積素子２３は、入力ポート２３ａ、出力ポート２３ｂ、２３ｃ、光分波器２７、及び導波路４６、４７ａ、４７ｂを更に有する。光分波器２７は、入力ポート２３ａから入力され導波路４６を導波したレーザ光Ｌ１を分岐させ、レーザ光Ｌ２、Ｌ３を生成する。光分波器２７は、例えば多モード干渉器（Multi Mode Interference：ＭＭＩ）、Y分岐導波路、結合導波路などを含む。レーザ光Ｌ２は、導波路４７ａを介して、半導体光変調器２１に導かれる。半導体光変調器２１においては、レーザ光Ｌ２は、変調を受けて、変調光が出力ポート２３ｂ、２３ｃから出力される。一方、レーザ光Ｌ３は、導波路４７ｂを導波して波長モニタ素子２２に導かれる。波長モニタ素子２２では、レーザ光Ｌ３は、波長モニタ用に使われる。
【００２２】
また、図２に示されるように、半導体光変調器２１は、多値変調器を備え、この多値変調器は、例えば４つのマッハツェンダ型変調器５３〜５６を含む。半導体光変調器２１は、光分波器５１ａ〜５１ｃ、光合分波器５１ｄ、５１ｅ、導波路５２ａ〜５２ｊ、導波路５２ｐ〜５２ｓ、及びマッハツェンダ型変調器５３〜５６を更に有する。マッハツェンダ型変調器５３は、光分波器５３ａ、光合波器５３ｂ、アーム導波路５３ｃ、５３ｄ、及び位相変調部５３Ｈを備える。位相変調部５３Ｈは、電極５３ｅ、５３ｆ、及び５３ｇを備え、変調用の電気信号に応じた位相変調を施す。マッハツェンダ型変調器５３と同様に、マッハツェンダ型変調器５４は、光分波器５４ａ、光合波器５４ｂ、アーム導波路５４ｃ、５４ｄ、及び位相変調部５４Ｈを備え、マッハツェンダ型変調器５５は、光分波器５５ａ、光合波器５５ｂ、アーム導波路５５ｃ、５５ｄ、及び位相変調部５５Ｈを備え、マッハツェンダ型変調器５６は、光分波器５６ａ、光合波器５６ｂ、アーム導波路５６ｃ、５６ｄ、及び位相変調部５６Ｈを備える。位相変調部５３Ｈ〜５６Ｈは、変調されるべきレーザ光の波長に応じた逆バイアス電圧信号ＶＤＣの印加と、高速の信号処理用電圧信号Ｖｐｐの印加とを受ける。逆バイアス電圧信号ＶＤＣ及び高速の信号処理用電圧信号Ｖｐｐは、制御装置３０の駆動回路３２Ａによって生成される。例えば以下のように逆バイアス電圧信号ＶＤＣを変更することが好ましい。
レーザ光波長、逆バイアス電圧信号ＶＤＣ。
１．５３μｍ：３Ｖ。
１．５７μｍ：８Ｖ。
信号処理用電圧信号Ｖｐｐは、例えば２０Ｇｂｐｓの伝送レートの信号を含む。
【００２３】
半導体光変調器２１では、光分波器５１ａは、導波路４７ａを導波したレーザ光Ｌ２をレーザ光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂに分波して、それぞれ導波路５２ａ、５２ｂに提供する。レーザ光Ｌ２ａは、光分波器５１ｂによって、レーザ光Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄに分波される。レーザ光Ｌ２ｃは、導波路５２ｃを介してマッハツェンダ型変調器５３に入力される。マッハツェンダ型変調器５３では、光分波器５３ａは、入力光をレーザ光Ｌ４ｃ、Ｌ４ｄに分波して、それぞれアーム導波路５３ｃ、５３ｄに提供する。レーザ光Ｌ４ｃ、Ｌ４ｄは、位相変調部５３Ｈによって位相変調を受ける。位相変調の後に、光合波器５３ｂは、レーザ光Ｌ４ｃ、Ｌ４ｄから変調光Ｍ１ａを生成する。マッハツェンダ型変調器５３と同様に、マッハツェンダ型変調器５４〜５６は、それぞれ変調光Ｍ１ｂ〜Ｍ１ｄを生成する。更に光合分波器５１ｄは、変調光Ｍ１ａ、Ｍ１ｂから、変調光Ｍ２ａ、Ｍ２ｂを生成する。変調光Ｍ２ａ、Ｍ２ｂは、それぞれ導波路５２ｐ及び５２ｑを導波する。同様に、光合分波器５１ｅは、変調光Ｍ１ｃ、Ｍ１ｄから、変調光Ｍ２ｃ、Ｍ２ｄを生成する。変調光Ｍ２ｃ、Ｍ２ｄは、それぞれ導波路５２ｒ、５２ｓを導波する。導波路５２ｑは集積素子２３の出力ポート２３ｂに光学的に結合され、変調光Ｍ２ｂは出力ポート２３ｂから出力される。また、導波路５２ｒは集積素子２３の出力ポート２３ｃに光学的に結合され、変調光Ｍ２ｃは出力ポート２３ｃから出力される。
【００２４】
波長モニタ素子２２では、レーザ光Ｌ１の波長モニタ動作のために、透過率もしくは反射率の波長依存性を有するフィルタを含む光回路６３と、光回路６３からのフィルタ出力光の光強度を電気信号に変換する受光素子６４とを備えることが好ましい。半導体レーザ素子１１の発振波長が設定波長λ１からシフトしたとき、光回路６３のフィルタ出力光の光強度が変化する。このフィルタ出力光の光強度の変化を用いて、波長モニタ素子２２はレーザ光Ｌ１の波長シフト分を検知できる。光回路６３は、例えばリング共振器、マッハツェンダ（ＭＺ）干渉器、ＭＭＩ、又はファブリ・ペロー共振器などを含む。光回路６３に入射されるレーザ光Ｌ１の光強度変化の影響を波長モニタ信号ＳＭＯＮから除くために、光回路６３に入る前に、又は光回路６３のフィルタを介さずに、レーザ光Ｌ１の光強度を検出して、規格化されたモニタ信号を波長モニタ信号ＳＭＯＮとして生成できるようにしてもよい。このために、受光素子６４は、光回路６３内のフィルタを介することがないモニタ光の光強度を電気信号に変換するようにすることができる。引き続く説明から理解されるように、受光素子６４は、例えばフォトダイオード６４ａ、６４ｂを備えることができる。
【００２５】
波長モニタ素子２２は、例えば、光分波器６１ａ、導波路６２ａ〜６２ｃ、光回路６３、及び受光素子６４を備える。受光素子６４は、光回路６３からのフィルタ出力光の光強度を電気信号に変換するフォトダイオード６４ｂ、光回路６３のフィルタを介することがないモニタ光の光強度を電気信号に変換するフォトダイオード６４ａ、及び電極６４ｃを有する。フォトダイオード６４ａ、６４ｂは、制御装置３０の駆動回路３２Ａによって印加される逆バイアス電圧信号ＶＰＤを受けており、受光した光の強度に応じた光電流を生成する。フォトダイオード６４ａ、６４ｂは、波長モニタ信号ＳＭＯＮとして、それぞれ、波長モニタ信号ＩＰＤ１、ＩＰＤ２を生成する。光分波器６１ａの一ポートは、導波路６２ａを介してフォトダイオード６４ａに光学的に結合される。光分波器６１ａは、例えばＭＭＩカプラ、Y分岐導波路、結合導波路などを含む。光分波器６１ａの他ポートは、導波路６２ｂを介して光回路６３の入力ポートに光学的に結合される。光回路６３は、導波路６２ｃを介してフォトダイオード６４ｂに光学的に結合される。光回路６３は、光合分波器６１ｂ及びリング共振器６３ａを有する。リング共振器６３ａは、レーザ光の波長に応じて周期的に変化するフィルタ特性（例えば光透過率特性）を備えている。リング共振器６３ａは、波長依存性を有する透過率又は反射率のスペクトルを備える一方で、導波路６２ａ〜６２ｃは、透過率もしくは反射率の波長依存性を実質的に有さない。このため、半導体レーザ素子１１の発振波長が、所与の波長からシフトしたとき、リング共振器６３ａからのフィルタされたレーザ光Ｌ３ｂの強度は、フィルタ特性及び波長シフト量に応じて変化する。波長モニタ素子２２では、光分波器６１ａが、レーザ光Ｌ３を分波してレーザ光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂを生成する。レーザ光Ｌ３ａは、導波路６２ａを介してフォトダイオード６４ａに入力する。一方、レーザ光Ｌ３ｂは、導波路６２ｂ、光回路６３及び導波路６２ｃを介してフォトダイオード６４ｂに入力する。レーザ光Ｌ３ｂは、導波路６２ｂによって光回路６３に入力される。
【００２６】
本実施形態では、波長モニタ素子２２は、レーザ光Ｌ３ｂの波長（レーザ光Ｌ１の波長）をモニタして、レーザ光Ｌ３ｂの光強度の変化を示す波長モニタ信号ＳＭＯＮを生成する。この波長モニタ信号ＳＭＯＮを用いた制御により、レーザ光Ｌ１の波長が設定波長λ１に近づくようになる。駆動回路３１Ａ、３２Ａは、半導体レーザ素子１１からのレーザ光Ｌ１のモニタによる波長モニタ信号ＳＭＯＮに基づき、第一温度制御素子１２の温度制御のための信号を生成するフィードバック制御を行う。一実施例では、駆動回路３１Ａは、半導体レーザ素子１１を駆動し、また、第一温度制御素子１２を制御する。駆動回路３２Ａは、波長モニタ素子２２及び半導体光変調器２１を駆動し、また、第二温度制御素子２４を制御する。
【００２７】
駆動回路３２Ａは、波長モニタ素子２２から波長モニタ信号ＩＰＤ１、ＩＰＤ２を取得し、両者の比Ｄ０（＝ＩＰＤ１／ＩＰＤ２）に対応する信号を生成する。この信号生成は、制御装置３０内に設けられた回路によって行われることができる。波長モニタ信号ＩＰＤ１、ＩＰＤ２は、それぞれ波長モニタ素子２２内に設けられた受光素子６４のフォトダイオード６４ａ、６４ｂからの電流値によって表される。規格化されている場合に、比Ｄ０は、波長モニタ素子２２に入るレーザ光Ｌ３の強度に依存せず、レーザ光Ｌ３の波長に依存する値である。駆動回路３１Ａは、駆動回路３２Ａからの比Ｄ０と、ルックアップテーブル３１Ｂから設定波長λ１に対応する比Ｄ１とを取得する。駆動回路３１Ａは、比Ｄ０と比Ｄ１との差に応じた温度変化量ΔＴＬＤを示す信号を生成する。第一温度制御素子１２では、その温度変化量ΔＴＬＤの変化が引き起こされる。駆動回路３１Ａ、３２Ａは、波長モニタ信号ＩＰＤ１、ＩＰＤ２に基づき、第一温度制御素子１２の温度制御のための信号を生成するフィードバック制御を行う。このフィードバック制御によって、比Ｄ０が比Ｄ１に近づくように第一温度制御素子１２の温度調整が行われて、半導体レーザ素子１１は、設定波長λ１のレーザ光Ｌ１を発生できる。
【００２８】
図３の（ａ）部は、図２のＡ−Ａ線に沿ってとられたマッハツェンダ型変調器５３の位相変調部５３Ｈの断面を示す図である。図３の（ａ）部に示されるように、位相変調部５３Ｈは、集積素子２３の導波路と同様にＩｎＰ基板上に作製されている。マッハツェンダ型変調器５４の位相変調部５４Ｈ、マッハツェンダ型変調器５５の位相変調部５５Ｈ、マッハツェンダ型変調器５６の位相変調部５６ＨもＩｎＰ基板上に作製されている。位相変調部５３Ｈは、上部コンタクト層５３ｐ、上部クラッド層５３ｑ、コア層５３ｒ及び下部クラッド層５３ｓを備える。上部コンタクト層５３ｐ、上部クラッド層５３ｑ、コア層５３ｒ及び下部クラッド層５３ｓはＩｎＰ基板の主面上に順に配列されて、半導体積層５３Ｌを構成する。この半導体積層５３Ｌ上には電極５３ｅが設けられている。電極５３ｅは上部コンタクト層５３ｐに接触する。上部コンタクト層５３ｐ、上部クラッド層５３ｑ、コア層５３ｒ及び下部クラッド層５３ｓは、半導体メサを構成するように加工されている。コア層５３ｒはＭＱＷを備え、位相変調部５３Ｈ内の半導体メサのコア層５３ｒには電極５３ｅ、５３ｇを介して電界が印加され、印加電界によってコア層５３ｒの屈折率が変化して、レーザ光Ｌ２ｃの変調を可能にする。位相変調部５４Ｈ〜５６Ｈは、位相変調部５３Ｈと同様の半導体積層を有しており、この半導体積層はコア層５３ｒと同じＭＱＷを含む。以下に、一例の半導体積層を示す。
上部コンタクト層５３ｐ：p型GaInAs。
上部クラッド層５３ｑ：p型InP。
コア層５３ｒ：i型AlGaInAs。
下部クラッド層５３ｓ：n型InP。
【００２９】
図３の（ｂ）部は、図２のＣ−Ｃ線に沿ってとられた波長モニタ素子２２のリング共振器６３ａの導波路の断面を示す図である。図３の（ｂ）部に示されるように、リング共振器６３ａは、半導体光変調器２１と同一のＩｎＰ基板上に作製される。本実施例では、リング共振器６３ａは、上部クラッド層６３ｑ、コア層６３ｒ、下部クラッド層６３ｓを含む導波路構造を有する。リング共振器６３ａは、例えばマッハツェンダ型変調器５３の導波路構造と同じ導波路構造を有することができる。以下に、一例の導波路構造を示す。
上部クラッド層６３ｑ：p型InP。
コア層６３ｒ：i型AlGaInAs。
下部クラッド層６３ｓ：n型InP。
【００３０】
図３の（ｃ）部は、図２のＢ−Ｂ線に沿ってとられたフォトダイオードの断面を示す図である。図３の（ｃ）部を参照すると、波長モニタ素子２２のフォトダイオード６４ａ及び電極６４ｃが示されている。また、フォトダイオード６４ａ、６４ｂは、ＩｎＰ基板上に作製される。フォトダイオード６４ａ、６４ｂによって波長モニタされる光は、半導体光変調器２１に提供される光と同じ光源端面（半導体レーザ素子１１端面）から提供される。同じ光源端面から提供されて、変調に供される直前に光が分岐されて波長モニタ素子２２に供されるので、半導体光変調器２１に提供される光の波長と波長モニタされる光の波長とがずれる心配がない。フォトダイオード６４ａ、６４ｂ、リング共振器６３ａ及びマッハツェンダ型変調器５３〜５６が、導波路４６といった導波路と同様の導波路構造を備えるので、波長モニタ素子２２用のフォトダイオード構造のために新たなエピ成長がなされることがない。図３の（ｃ）部に示されるように、フォトダイオード６４ａ、６４ｂの各々は、上部コンタクト層６４ｐ、上部クラッド層６４ｑ、コア層６４ｒ及び下部クラッド層６４ｓを含む導波路構造を有する。本実施例では、コア層６４ｒは、光吸収層として働く。
【００３１】
フォトダイオード６４ａ、６４ｂのアノード電極及びカソード電極間には、逆バイアス電圧信号ＶＰＤが印加される。駆動回路３２Ａは、フォトダイオード６４ａ、６４ｂのための逆バイアス電圧信号ＶＰＤを生成する。光吸収層を含むフォトダイオード６４ａ、６４ｂでは、この逆バイアス電圧信号ＶＰＤの大きさを、検出すべきレーザ光波長によって変更するようにしても良い。フォトダイオード６４ａ、６４ｂのコア層に印加された同じ逆バイアス電圧信号ＶＰＤの下で、レーザ光をフォトダイオード６４ａ、６４ｂに与えて、レーザ光波長と光電流の大きさとの関係を調べると、フォトダイオード６４ａ、６４ｂで発生される光電流は、レーザ光波長によって異なる大きさを示す。好適な実施例では、同じ光強度のレーザ光の入射において同じ電流値を出力するようにするためには、モニタ波長に応じて逆バイアス電圧信号ＶＰＤを変更することが好ましい。以下に逆バイアス電圧信号ＶＰＤを例示する。
レーザ光波長、逆バイアス電圧信号ＶＰＤ。
１．５３μｍ：３Ｖ。
１．５７μｍ：８Ｖ。
例示された１．５３μｍ及び１．５７μｍ以外の波長についても、レーザ光波長に応じた逆バイアス電圧信号ＶＰＤの大きさを設定することによって、フォトダイオード６４ａ、６４ｂは、同じ光強度のレーザ光の入射に対して実質的に同じ電流値を生成できる。逆バイアス電圧信号ＶＰＤの大きさを得るために、光伝送装置１が使用される前に、いくつかの波長のレーザ光を用いて、各波長に対する好適なＶＰＤ値が決定されていることが好ましい。各ＶＰＤ値は、例えば駆動装置３２のルックアップテーブル３２Ｂに記憶させておく。
【００３２】
レーザ光Ｌ１の波長が設定波長λ１に近づくように設定されるとき（ロック波長が設定波長λ１であるとき）、駆動回路３２Ａは、光通信を介して伝送されるべき送信信号Ｆ２を外部から受けて、この送信信号Ｆ２に応じた信号処理用電圧信号Ｖｐｐを生成し、半導体光変調器２１は、送信信号Ｆ２に応じた信号処理用電圧信号Ｖｐｐを半導体レーザ素子１１からの光に印加する。これにより光伝送装置１では、光伝送用の光信号の生成が可能になる。光伝送装置１が動作している期間中において、駆動回路３１Ａ及び駆動回路３２Ａは、波長モニタ素子２２からの波長モニタ信号ＩＰＤ１、ＩＰＤ２に応じて、第一温度制御素子１２にフィードバック制御を行う。このため、第一温度制御素子１２の温度調整が継続して行われて、半導体レーザ素子１１の発振波長が一定に保たれる。光伝送装置１では、レーザ光Ｌ１の波長が一定値に保たれてロックされるために、多くの場合、第一温度制御素子１２の温度は調整されて一定値を維持しない。
【００３３】
本実施形態では、リング共振器６３ａは、例えばIII−V族化合物半導体から成り、この半導体の屈折率は比較的大きな温度依存性を有する。このため、サーミスタは、リング共振器６３ａの近傍に置かれることがよい。例示すれば、図２に示されるように、リング共振器６３ａを含む集積素子２３は、縁２３Ｑ、２３Ｒを備え、半導体光変調器２１及び波長モニタ素子２２は、集積素子２３における一方の縁２３Ｑから他方の縁２３Ｒへの方向に配列される。波長モニタ素子２２のリング共振器６３ａ及びフォトダイオード６４ａ、６４ｂは、縁２３Ｒに沿って配列される。縁２３Ｑは、縁２３Ｒの反対側にあり、集積素子２３は、縁２３Ｓ、２３Ｔを更に備え、縁２３Ｓは、縁２３Ｔの反対側にある。本実施例では、縁２３Ｔに出力ポート２３ｂ、２３ｃが位置し、入力ポート２３ａは、縁２３Ｑ又は縁２３Ｒのいずれかに位置することができる。図２では、入力ポート２３ａは、縁２３Ｑに位置する。集積素子２３の温度を検知するためのサーミスタは、縁２３Ｒに沿って設けられることがよい。波長モニタ素子２２のリング共振器６３ａの透過ピーク波長の温度依存性は、例えば０．１ｎｍ／℃程度であり、水晶製のエタロンによる波長モニタ素子に比べて、２０倍以上の大きな値を示す。波長モニタ素子２２では、第二温度制御素子２４は、リング共振器６３ａの温度を一定温度Ｔｍｏｎに保つために有用である。
【００３４】
また、第一光機能素子は、光の発生・増幅を伴わない光処理を行うので、半導体光変調器２１といった第一光機能素子の発熱量は、半導体レーザ素子１１に比べて小さい。このため、波長モニタ素子２２が半導体レーザ素子１１を含むモノリシック集積素子に比べて、波長モニタ素子２２の温度への攪乱が実質的に小さい。加えて、半導体光変調器２１の発熱量が小さいことに起因して、第二温度制御素子２４への負荷も小さい。このような第二温度制御素子２４は、常時大きな負荷に対抗して動作しているわけではないので、外部環境温度の変化に応じて応答することができる。また、半導体光変調器２１の発熱量が小さいので、第二温度制御素子２４の劣化が起こっても、波長モニタ素子２２の温度が変動することが小さく抑えられる。半導体光変調器２１の発熱量の変化も、半導体レーザ素子１１に比べて少なくなる。
【００３５】
図１を再び参照すると、光源装置１０は筐体１０Ｐを備え、本実施形態では、筐体１０Ｐは半導体レーザ素子１１及び第一温度制御素子１２を収納する。筐体１０Ｐは、半導体レーザ素子１１に光学的に結合された出力ポート１３を有し、この出力ポート１３を通して、半導体レーザ素子１１からのレーザ光Ｌ１が出力される。集積装置２０は筐体２０Ｐを備え、筐体２０Ｐは集積素子２３及び第二温度制御素子２４を収納する。筐体２０Ｐは、入力ポート２５及び出力ポート２６を有する。光伝送装置１は、光源装置１０と集積装置２０を光学的に結合するための光導波路５を備え、筐体１０Ｐの出力ポート１３は、この光導波路５を介して入力ポート２５と光学的に結合される。光源装置１０の出力ポート１３からのレーザ光Ｌ１は、光導波路５を介して集積装置２０の入力ポート２５に入力される。また、光伝送装置１は、外部に出力光を提供するための光導波路６を備え、この光導波路６は、集積装置２０の出力ポート２６に光学的に結合される。光分波器２７によって生成されたレーザ光Ｌ２、Ｌ３は、それぞれ、半導体光変調器２１及び波長モニタ素子２２に提供される。半導体光変調器２１はレーザ光Ｌ２を変調して変調光Ｍ２ｂ及びＭ２ｃを生成し、これらの変調光Ｍ２ｂ及びＭ２ｃは、集積装置２０の出力ポート２６を介して外部に出力される。光伝送装置１では、光源装置１０及び集積装置２０は、電気回路基板７上に搭載されることができる。半導体レーザ素子１１の近傍には、半導体レーザ素子１１の温度を検出するためのサーミスタ１４といった温度検知素子が筐体１０Ｐ内に設置されている。
【００３６】
図１に示されるように、制御装置３０は、半導体レーザ素子１１及び第一温度制御素子１２を制御する駆動装置３１と、集積素子２３及び第二温度制御素子２４を制御する駆動装置３２とを備える。駆動装置３１と駆動装置３２とは、互いに接続されている。制御装置３０は、処理装置（例えばＣＰＵなど）と、記憶装置（例えばＲＡＭ及びＲＯＭなど）とを含むことができる。処理装置及び記憶装置は、電気回路基板上に搭載される。
【００３７】
駆動装置３１の駆動回路３１Ａは、波長モニタ信号ＳＭＯＮに対応した制御信号ＪＬＤ及び制御信号ＩＬＤを生成する。本実施例では、駆動回路３１Ａはルックアップテーブル３１Ｂを参照して上記信号を生成する。制御信号ＪＬＤは、設定波長λ１のための温度を第一温度制御素子１２に指示する信号であり、制御信号ＩＬＤは、半導体レーザ素子１１に提供されて、半導体レーザ素子１１がレーザ光Ｌ１を発生するための信号である。半導体レーザ素子１１は、制御信号ＩＬＤの電流量に応じた光強度を有するレーザ光Ｌ１の出力を行う。一例を示せば、制御信号ＩＬＤ及び制御信号ＪＬＤの供給は、光源装置１０及び集積装置２０と、制御装置３０との間に設けられたピンと電気回路基板上の配線とを介して行われる。
【００３８】
駆動装置３２の駆動回路３２Ａは、逆バイアス電圧信号ＶＰＤ、制御信号Ｊｍｏｎ、逆バイアス電圧信号ＶＤＣ及び信号処理用電圧信号Ｖｐｐを生成する。本実施例では、駆動回路３２Ａはルックアップテーブル３２Ｂを参照して、上記信号を生成する。逆バイアス電圧信号ＶＰＤは、波長モニタ素子２２における受光素子６４のバイアス電圧の信号であり、制御信号Ｊｍｏｎは、波長モニタ素子２２のための設定温度を第二温度制御素子２４に指示する信号である。逆バイアス電圧信号ＶＤＣは、半導体光変調器２１のための変調用の逆バイアス電圧信号であり、信号処理用電圧信号Ｖｐｐは、高速信号処理用の電圧信号である。
【００３９】
図４は、第１の実施形態における光源装置を示す図である。本実施例では、光源装置１０は波長可変型の半導体レーザ素子を含む。半導体レーザ素子１１は、図４のような波長可変型の他に、例えば、ＤＦＢレーザ（Distributed Feedback Laser）、ＤＢＲレーザ、アレイ型レーザ、外部共振器型レーザなどを含む。駆動回路３１Ａは、光源装置１０に提供する制御信号として、制御信号ＩＬＤを生成することに加えて、波長可変型の半導体レーザ素子のための信号、具体的には制御信号ＩＨａ、制御信号ＩＨｂ、制御信号ＩＨｃ、制御信号ＩＳＯＡ、制御信号Ｖａｂｓ、及び制御信号ＪＬＤを生成する。制御信号ＩＨａ、ＩＨｂ、及びＩＨｃは、半導体レーザ素子１１を波長可変とするための電流信号を示し、制御信号ＩＳＯＡは、レーザ光Ｌ１の光強度を予め設定した値にまで増幅するための電流信号を示す。制御信号Ｖａｂｓは、レーザ光Ｌ１を吸収するための逆バイアス電圧を示す。
【００４０】
本実施形態では、半導体レーザ素子１１は、例えば波長可変型のレーザ素子を含み、この波長可変型の半導体レーザ素子１１は、第一領域１１Ａから第四領域１１Ｄまでを含む。半導体レーザ素子１１は、第一領域１１Ａ、第二領域１１Ｂ、第三領域１１Ｃ及び第四領域１１Ｄは、波長可変型のレーザ素子のレーザ光の導波軸上に配置されており、本実施例では、第一領域１１Ａが半導体レーザ素子１１の端面１１ｈを含むように構成され、第四領域１１Ｄが半導体レーザ素子１１の端面１１ｎを含むように構成される。第一領域１１Ａと第四領域１１Ｄとの間に、第二領域１１Ｂ及び第三領域１１Ｃがこの順に配置される。具体的には、第一領域１１Ａが第二領域１１Ｂに接しており、第二領域１１Ｂが第三領域１１Ｃに接しており、第三領域１１Ｃが第四領域１１Ｄに接する。第一領域１１Ａは増幅デバイス（Semiconductor Optical Amplifier device：ＳＯＡデバイス）を含み、第二領域１１Ｂは発光デバイス（Sampled-Grating Distributed Feedback device：ＳＧ−ＤＦＢデバイス）を含み、第三領域１１Ｃは回折格子デバイス（Chirped Sampled Grating Distributed Bragg Reflector device：ＣＳＧ−ＤＢＲデバイス）を含み、第四領域１１Ｄは光吸収デバイスを含む。上記の四つの領域を含む波長可変型の半導体レーザ素子１１は、第一温度制御素子１２に搭載されている。
【００４１】
ＳＧ−ＤＦＢ領域（第二領域１１Ｂ）は、制御信号ＩＬＤの注入に応答してレーザ光Ｌ１を発生する活性層と、異なる波長において複数の反射ピークを備えるスペクトルを有する回折格子（Sampled Grating：ＳＧ）とを備える。ＣＳＧ−ＤＢＲ領域（第三領域１１Ｃ）は、異なる波長において複数の反射ピークを備えるスペクトルを有する回折格子（Chirped Sampled Grating：ＣＳＧ）と、複数のヒータ１１ｅ〜１１ｇとを備える。
【００４２】
ＳＧ−ＤＦＢ領域（第二領域１１Ｂ）は、反射スペクトルを有し、この反射スペクトルは第一の波長間隔で配列された複数の反射ピーク波形を含む。ＣＳＧ−ＤＢＲ領域（第三領域１１Ｃ）は、第二の波長間隔で配列された複数の反射ピーク波形を含むスペクトルを有する。ＳＧ−ＤＦＢ領域（第二領域１１Ｂ）の回折格子の波長周期は、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域（第三領域１１Ｃ）の回折格子の波長周期と異なる。よって、ＳＧ−ＤＦＢ領域（第二領域１１Ｂ）における複数の反射ピークのうちの１つが、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域（第三領域１１Ｃ）における複数の反射ピークのうちの１つの波長に一致したとき、両者は共振器を形成する。その一致点に対応する波長で半導体レーザ素子１１がレーザ発振する。ＣＳＧ−ＤＢＲ領域（第三領域１１Ｃ）のヒータ１１ｅ〜１１ｇには、それぞれ、電流ＩＨａ〜ＩＨｃが注入され、個々の電極への注入電流の量に応じて発熱する。個々の電極への注入電流の量に応じて、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域（第三領域１１Ｃ）内に温度の分布を形成でき、この温度プロファイルに応じて、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域（第三領域１１Ｃ）において回折格子の反射ピーク波長を制御できる。この回折格子のスペクトル制御によって、レーザ光Ｌ１の波長を可変できる。複数の反射ピークは離散的であるので、半導体レーザ素子１１の発振波長は離散的に変更される。離散的な変更を補うために、半導体レーザ素子１１の温度を変化して波長変換することができ、このような波長制御では、半導体レーザ素子１１全体の温度が変化することによって、ＳＧ−ＤＦＢ領域（第二領域１１Ｂ）及びＣＳＧ−ＤＢＲ領域（第三領域１１Ｃ）において、等価屈折率が変化して双方の反射ピークの位置がシフトする。具体的には、第一温度制御素子１２の制御によって半導体レーザ素子１１の温度を連続的に変化できるので、半導体レーザ素子１１の発振波長が連続的に変更できる。
【００４３】
ＳＯＡ領域（第一領域１１Ａ）は、制御信号ＩＳＯＡの注入に応じてＳＧ−ＤＦＢ領域（第二領域１１Ｂ）からのレーザ光Ｌ１を増幅する。ＳＯＡ領域（第一領域１１Ａ）は端面１１ｈを有し、増幅されたレーザ光Ｌ１は、端面１１ｈから出射される。光吸収領域（第四領域１１Ｄ）は、レーザ光Ｌ１を吸収するデバイスであって、制御信号Ｖａｂｓの印加に応答して、レーザ光Ｌ１を吸収する。そのため、本実施形態では、光吸収領域（第四領域１１Ｄ）に入ったレーザ光Ｌ１は吸収され、半導体レーザ素子１１は、ＳＯＡ領域（第一領域１１Ａ）の端面１１ｈからレーザ光Ｌ１を出射する。
【００４４】
図５は、第１の実施形態における集積装置２０の構成を示す。図５の（ａ）部は、集積装置２０の平面図であり、図５の（ｂ）部は、集積装置２０の側面図である。図５の（ａ）及び（ｂ）部では、筐体２０Ｐの内部を示すために、筐体２０Ｐは部分的に破断されている。図５に示されるように、集積装置２０は、前方光学系４１、集積素子２３、後方光学系４２を備える。前方光学系４１は、光導波路５および入力ポート２５を介して集積装置２０内に入力されたレーザ光Ｌ１を集積素子２３に導入する。集積素子２３内に導入されたレーザ光Ｌ１は、変調を受け、また、波長モニタに使用される。集積素子２３で変調されたレーザ光は、後方光学系４２、出力ポート２６及び光導波路６を介して外部に出力される。
【００４５】
一実施例では、前方光学系４１は、レーザ光Ｌ１用のミラー４１ａ及びレンズ４１ｂを有する。後方光学系４２は、偏波回転子４２ｂ、ミラー４２ｃ、及び偏波合波器４２ｅを有する。必要な場合には、後方光学系４２では、レンズ４２ａが変調光Ｍ２ｂ用に設けられ、レンズ４２ｄが変調光Ｍ２ｃ用に設けられる。偏波合波器４２ｅは、変調光Ｍ２ｂ及び変調光Ｍ２ｃを偏波合成する。後方光学系４２では、レンズ４２ａは出力ポート２３ｂに光学的に結合され、レンズ４２ｄは出力ポート２３ｃに光学的に結合される。
【００４６】
集積装置２０では、光導波路５からのレーザ光Ｌ１は、入力ポート２５に至る。入力ポート２５からのレーザ光Ｌ１は、ミラー４１ａによって光路を変えて、レンズ４１ｂによって集光された後に入力ポート２３ａを介して集積素子２３内の導波路４６に入力される。後方光学系４２では、レンズ４２ａは、集積素子２３からの変調光Ｍ２ｂを平行光に変換して第一出力光（変調光Ｍ２ｂ）を提供する。この第一出力光は、偏波回転子４２ｂによって偏波方向を回転させられた後にミラー４２ｃによって光路を変更される。一方、レンズ４２ｄは、集積素子２３からの変調光Ｍ２ｃを平行光に変換して第二出力光（変調光Ｍ２ｃ）を提供する。この第二出力光は、偏波合波器４２ｅに入力する。偏波合波器４２ｅは、このように集積素子２３からの第一出力光（変調光Ｍ２ｂ）と第二出力光（変調光Ｍ２ｃ）とを偏波合成して、偏波合成光（変調光Ｍ３）を生成する。変調光Ｍ３は、出力ポート２６を介して光導波路６に提供されて、光伝送装置１の外部に出力される。
【００４７】
図５に示されるように、集積装置２０は、逆バイアス印加用電気回路４４、及び実装部材４５を更に備える。逆バイアス印加用電気回路４４は、駆動回路３２Ａからフォトダイオード６４ａ、６４ｂに逆バイアス電圧信号ＶＰＤを印加するために用いられる。実装部材４５は、前方光学系４１、集積素子２３、後方光学系４２、サーミスタ４３、及び逆バイアス印加用電気回路４４を搭載して光学系を構成する。集積装置２０では、筐体２０Ｐの端子２０ｅは導電線を介して制御装置３０に接続される。
【００４８】
（第２の実施の形態）
図６は、第２の実施形態における光伝送装置の概略図である。光伝送装置１Ｙは、光源装置１０、集積装置２０Ｙ及び制御装置３０Ｙを備える。光伝送装置１Ｙでは、光源装置１０は、一実施例では、第一の実施形態と同様であることができる。集積装置２０Ｙは、集積素子２３Ｙと、この集積素子２３Ｙを搭載する第二温度制御素子２４Ｙとを備える。本実施例では、第一光機能素子として半導体コヒーレント光受信器２１Ｙが用いられ、集積素子２３Ｙは、半導体コヒーレント光受信器２１Ｙ及び波長モニタ素子２２Ｙを含み、半導体コヒーレント光受信器２１Ｙ及び波長モニタ素子２２Ｙはモノリシックに集積されている。半導体レーザ素子１１は、半導体コヒーレント光受信器２１Ｙ及び波長モニタ素子２２Ｙに光学的に結合されて、半導体コヒーレント光受信器２１Ｙ及び波長モニタ素子２２Ｙは、半導体レーザ素子１１からのレーザ光Ｌ１を受ける。半導体コヒーレント光受信器２１Ｙは、第一光処理として、コヒーレント復調を行う。具体的には、半導体コヒーレント光受信器２１Ｙは、半導体レーザ素子１１からのレーザ光Ｌ１をローカル光として用いて位相変調された外部変調光Ｌ１０をコヒーレント復調して、復調光を生成する。この復調光は、受光素子によって電流に変換されて、電流として（受信信号Ｆ３として）半導体コヒーレント光受信器２１Ｙの外部に提供される。第一温度制御素子１２は、半導体レーザ素子１１の温度を調整するために設けられ、第二温度制御素子２４Ｙは、集積素子２３Ｙの温度を調整するために設けられる。
【００４９】
本実施例では、第一温度制御素子１２及び第二温度制御素子２４Ｙは、例えば、ペルチェ素子、ヒータ、冷却水などを含むことができる。波長モニタ素子２２Ｙは、半導体レーザ素子１１の発振波長をモニタするために設けられている。波長モニタ素子２２Ｙは半導体レーザ素子１１からの光を受けて波長モニタ信号を生成する。波長モニタ信号ＳＭＯＮは、半導体レーザ素子１１からのレーザ光の発振波長（「モニタ波長」と記す）を示す。制御装置３０Ｙは、波長モニタ信号ＳＭＯＮを受けて、半導体レーザ素子１１の発振波長を設定波長λ１（半導体レーザ素子１１が発振すべき光の発振波長であり、設定波長情報Ｆ１に基づいている）に近づけるように第一温度制御素子１２を制御する。この結果、半導体レーザ素子１１の温度が、設定波長λ１を得るための設定温度ＴＬＤに近づくので、半導体レーザ素子１１の発振波長も設定波長λ１に近づく。この温度制御の結果として、半導体レーザ素子１１は、設定波長λ１のレーザ光Ｌ１を発振することができる。制御装置３０Ｙは、波長モニタ信号ＳＭＯＮを受け、設定波長λ１とモニタ波長との差分情報に基づいて、半導体レーザ素子１１の発振波長を設定波長λ１に近づけるように第一温度制御素子１２を制御する。
【００５０】
本実施例の光伝送装置１Ｙでは、半導体レーザ素子１１のための波長モニタ素子２２Ｙは、半導体レーザ素子１１のための第一温度制御素子１２と異なる第二温度制御素子２４Ｙに搭載されている。第一温度制御素子１２と第二温度制御素子２４Ｙとの二つの温度制御素子の利用により、制御装置３０Ｙは、第二温度制御素子２４Ｙにより温度制御される波長モニタ素子２２Ｙからの波長モニタ信号ＳＭＯＮを用いて、第一温度制御素子１２の温度を制御する。これ故に、第１の実施形態と同様に、第二温度制御素子２４Ｙは、半導体レーザ素子１１の経年変化に伴う半導体レーザ素子１１の発熱量の変動に影響されない。また、第一温度制御素子１２は、波長モニタ素子２２Ｙ及び制御装置３０Ｙにより半導体レーザ素子１１の発振波長のロックのために制御される。これに加えて、第一温度制御素子１２と第二温度制御素子２４Ｙとの組み合わせにより、波長モニタ素子２２Ｙの温度が半導体レーザ素子１１の経年変化に伴う半導体レーザ素子１１の発熱量の変動に応じて変化することが抑えられることができる。
【００５１】
制御装置３０Ｙは、駆動装置３１Ｙと駆動装置３２Ｙとを備える。制御装置３０Ｙは、第一の実施形態の制御装置３０と同様であることができる。駆動装置３１Ｙは、駆動回路３１Ｌと、半導体レーザ素子１１及び第一温度制御素子１２の双方を制御するためのデータを格納した装置、例えばルックアップテーブル３１Ｍとを有することができる。駆動装置３２Ｙは、駆動回路３２Ｌと、集積素子２３Ｙ及び第二温度制御素子２４Ｙの双方を制御するためのデータを格納した装置、例えばルックアップテーブル３２Ｍとを有する。駆動回路３２Ｌは、集積素子２３Ｙに制御信号ＪＴＩＡを提供する。制御信号ＪＴＩＡは、集積素子２３Ｙが有する増幅器を制御するための信号である。
【００５２】
図７は、第２の実施形態における集積素子２３Ｙの構成を示す。図７を参照しながら、半導体コヒーレント光受信器２１Ｙ及び波長モニタ素子２２Ｙを説明する。集積素子２３Ｙは、入力ポート２３ｐ、２３ｑ、光分波器２７Ｙ、導波路８１、８１ａ、８１ｂ及び８２を更に有する。光分波器２７Ｙは、入力ポート２３ｐ及び導波路８１からのレーザ光Ｌ１aを分岐させ、レーザ光Ｌ２０、Ｌ３０を生成させる。レーザ光Ｌ２０は、導波路８１ａによって、ローカル光として半導体コヒーレント光受信器２１Ｙに導かれる。これに加えて、入力ポート２３ｑ及び導波路８２からの外部変調光Ｌ１０ａも、半導体コヒーレント光受信器２１Ｙに導かれる。レーザ光Ｌ３０は、導波路８１ｂを介して波長モニタ素子２２Ｙに導かれる。
【００５３】
図７に示されるように、半導体コヒーレント光受信器２１Ｙは、９０度ハイブリッド８３と受光素子８４とを備える。受光素子８４は、フォトダイオード８４ａ〜８４ｄを含む。９０度ハイブリッド８３は、２×４のＭＭＩカプラ８３Ｌ、２×２のＭＭＩカプラ８３Ｍ、及び導波路８２ａ〜８２ｆを有する。ＭＭＩカプラ８３Ｌは、入力ポート８３ａ、８３ｂ、出力ポート８３ｃ〜８３ｆを有する。ＭＭＩカプラ８３Ｌでは、入力ポート８３ａ、８３ｂは、それぞれ導波路８２及び８１ａに光学的に結合され、出力ポート８３ｃ〜８３ｆは、それぞれ導波路８２ａ〜８２ｄに光学的に結合される。ＭＭＩカプラ８３Ｍは、入力ポート８３ｐ、８３ｑ、出力ポート８３ｒ、８３ｓを有する。ＭＭＩカプラ８３Ｍでは、入力ポート８３ｐ、８３ｑは、それぞれ導波路８２ｃ、８２ｄに光学的に結合されると共に、出力ポート８３ｒ、８３ｓは、それぞれ導波路８２ｅ、８２ｆに光学的に結合される。９０度ハイブリッド８３は、導波路８２ａ、８２ｂ、８２ｅ及び８２ｆを介して、フォトダイオード８４ａ〜８４ｄに光学的に結合される。
【００５４】
半導体コヒーレント光受信器２１Ｙは、入力ポート２３ｑ及び導波路８２を介して、位相変調された外部変調光Ｌ１０ａを入力させる。外部変調光Ｌ１０ａは、入力ポート８３ａを介して９０度ハイブリッド８３に入力される。レーザ光Ｌ２０は、導波路８１ａ及び入力ポート８３ｂを介して、ローカル光として９０度ハイブリッド８３に入力される。９０度ハイブリッド８３では、外部変調光Ｌ１０ａ（伝送光）及びレーザ光Ｌ２０（ローカル光）が干渉して、干渉光Ｍ１０ａ〜Ｍ１０ｄが生成される。干渉光Ｍ１０ａ〜Ｍ１０ｄは、外部変調光Ｌ１０ａとレーザ光Ｌ２０との位相差に応じて、フォトダイオード８４ａ〜８４ｄに入力されて、電流として検出される。フォトダイオード８４ａ〜８４ｄには、逆バイアス電圧信号ＶＰＤが印加される。逆バイアス電圧信号ＶＰＤは、例えば３．３Ｖである。
【００５５】
集積素子２３Ｙでは、増幅器（例えばTrans-impedance Amplifier：ＴＩＡ）７３ａ、７３ｂ、７４ａが設けられている。増幅器７３ａ、７３ｂ、７４ａは、これらの電気信号に応じた電気信号を外部に出力すると共に、フォトダイオード８４ａ、８４ｂからの光電流は、増幅器７３ａに提供され、フォトダイオード８４ｃ、８４ｄからの光電流は、増幅器７３ｂに提供される。一例を示せば、フォトダイオード８４ａ、８４ｂからの光電流は、増幅器７３aによって電圧信号ＩＰＤａ、ＩＰＤｂに変換され、更に増幅器７３ａによって電圧差信号ΔＶ１が求められる。電圧差信号ΔＶ１は、ΔＶ１＝ＩＰＤａ−ＩＰＤｂとして表される。フォトダイオード８４ｃ、８４ｄからの電流は、増幅器７３ｂによって電圧信号ＩＰＤｃ、ＩＰＤｄに変換され、更に増幅器７３ｂによって電圧差信号ΔＶ２に変換される。電圧差信号ΔＶ２は、ΔＶ２＝ＩＰＤｃ−ＩＰＤｄである。
【００５６】
波長モニタ素子２２Ｙは、例えばＭＭＩカプラを含む光分波器８５、８６と、９０度ハイブリッド素子８７と、フォトダイオード８８ａ〜８８ｃと、導波路８１ｃ〜８１ｈとを備える。光分波器８５は、導波路８１ｃによって光分波器８６に光学的に結合され、光分波器８６は、導波路８１ｅ、８１ｆによって９０度ハイブリッド素子８７に光学的に結合される。導波路８１ｅの光路長は、８１ｆの光路長と異なる。フォトダイオード８８ａ、８８ｂは、それぞれ、導波路８１ｇ、８１ｈを介して９０度ハイブリッド素子８７に光学的に結合される。フォトダイオード８８ｃは、導波路８１ｄを介して光分波器８５に光学的に結合される。
【００５７】
光分波器８５は、レーザ光Ｌ３０を分岐して、レーザ光Ｌ３０ａ、Ｌ３０ｂを生成する。レーザ光Ｌ３０ａは、導波路８１ｄを介してフォトダイオード８８ｃに入力され、光電流Ｃ３を生成する。レーザ光Ｌ３０ｂは、導波路８１ｃを介して光分波器８６に入力され、光分波器８６は、レーザ光Ｌ３０ｃ、Ｌ３０ｄを生成する。レーザ光Ｌ３０ｃ、Ｌ３０ｄは、９０度ハイブリッド素子８７を介してそれぞれフォトダイオード８８ａ、８８ｂに入力され、光電流Ｃ１、Ｃ２を生成する。光電流Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、波長モニタ動作のために利用される。
【００５８】
図８は、第２の実施形態における９０度ハイブリッド素子８７を示す図である。９０度ハイブリッド素子８７は、例えば４×４ＭＭＩカプラを含む。９０度ハイブリッド素子８７は、入力ポート８７ａ〜８７ｄ及び出力ポート８７ｅ〜８７ｈを備える。本実施例では、入力ポート８７ａ、８７ｃは、それぞれ、レーザ光Ｌ３０ｃ、Ｌ３０ｄを受ける。出力ポート８７ｅ、８７ｆは、それぞれ、レーザ光Ｌ３０ｅ、Ｌ３０ｆを提供する。９０度ハイブリッド素子８７では、レーザ光Ｌ３０ｃ、Ｌ３０ｄの互いの位相差に応じて、レーザ光Ｌ３０ｅ及びＬ３０ｆの光強度が変わることができる。
【００５９】
図９は、二つの導波路を導波するレーザ光の波長と位相差との関係を示す図である。図９は、例えば導波路８１ｅ、８１ｆの導波路長の差が２４０μｍであるときに、レーザ光Ｌ３０ｃ、Ｌ３０ｄの波長と位相差との関係に係る計算結果を示す。計算用モデルの導波路は実効屈折率３．３を有する。本実施例では、導波路８１ｅの導波路長と導波路８１ｆの導波路長との差によって、レーザ光Ｌ３０ｃとレーザ光Ｌ３０ｄとの間に生じる位相差が変化する。また、９０度ハイブリッド素子８７は、レーザ光Ｌ３０ｃとレーザ光Ｌ３０ｄとの間の位相差に応じた光強度を有するレーザ光Ｌ３０ｅ、Ｌ３０ｆを生成する。このため、９０度ハイブリッド素子８７からのレーザ光Ｌ３０ｅ、Ｌ３０ｆは、導波路８１ｅの導波路長と導波路８１ｆの導波路長との差に対応した光強度を有することができる。
【００６０】
図１０は、フォトダイオード８８ａ、８８ｂにおけるレーザ光強度の波長依存性を調べた結果である。フォトダイオード８８ａにはレーザ光Ｌ３０ｅが入力され、フォトダイオード８８ｂにはレーザ光Ｌ３０ｆが入力される。本実施例の９０度ハイブリッド素子８７は、レーザ光波長の周期の１／４、すなわち、レーザ光Ｌ３０ｃ、Ｌ３０ｄの位相差９０度に相当する分だけずれたレーザ光Ｌ３０ｅ、Ｌ３０ｆを生成し、これらのレーザ光強度は、図１０に示すように変化する。このため、レーザ光Ｌ３０ｅ、Ｌ３０ｆに対応する光電流Ｃ１、Ｃ２の大きさも、図１０のレーザ光強度と同様の変化を示す。レーザ光Ｌ３０ｃとレーザ光Ｌ３０ｄとは、導波路８１ｅ、８１ｆの異なる導波路長に応じた位相差を有するので、半導体レーザ素子１１の発振波長の変化は、レーザ光強度の変化として現れる。
【００６１】
図７を参照して、フォトダイオード８８ａ、８８ｂからの光電流Ｃ１、Ｃ２が外部に提供される様子について説明する。本実施例では、光電流Ｃ１、Ｃ２は、ともに増幅器７４ａに入力される。増幅器７４ａは、光電流Ｃ１、Ｃ２をそれぞれ電圧値に変換すると共に、これら二つの電圧値の差分である波長モニタ信号ΔＩ１２を生成する。増幅器７４ａが波長モニタ信号ΔＩ１２を生成するのは、半導体コヒーレント光受信器２１Ｙでも、増幅器７４ａと同じ構造を有する増幅器７３ａ、７３ｂが用いられているからである。同じ構造を有する増幅器が配列されることができるので、モジュールの構造が簡略化される。光電流Ｃ３は、電気処理回路７４ｃに入力される。電気処理回路７４ｃは、電流値を電圧値の波長モニタ信号ＩＰＤ３に変換する機能を有する。
【００６２】
図６を再び参照して、制御装置３０Ｙについて説明する。本実施形態では、駆動装置３２Ｙの駆動回路３２Ｌは、波長モニタ素子２２Ｙから波長モニタ信号ΔＩ１２、ＩＰＤ３を取得し、両者の比Ｐ０＝ΔＩ１２／ＩＰＤ３に対応する信号を生成する。波長モニタ信号ΔＩ１２及びＩＰＤ３は、波長モニタ素子２２Ｙ内に設けられた受光素子の増幅器７３及び７４のそれぞれから得られた電圧値である。この信号生成は、制御装置３０Ｙ内に設けられた回路によって行われる。比Ｐ０は、波長モニタ素子２２Ｙに入るレーザ光Ｌ２０の強度に依存せず、レーザ光Ｌ２０の波長のみによって変化する値である。駆動回路３１Ｌは、駆動回路３２Ｌからの比Ｐ０と、ルックアップテーブル３１Ｍから設定波長λ１に対応する比Ｐ１とを取得する。駆動回路３１Ｌは、比Ｐ０と比Ｐ１との差に応じた温度変化量ΔＴＬＤを示す信号を生成する。第一温度制御素子１２では、その温度変化量ΔＴＬＤが引き起こされる。駆動回路３１Ｌ及び３２Ｌでは、半導体レーザ素子１１からのレーザ光Ｌ１のモニタによる波長モニタ信号ΔＩ１２及びＩＰＤ３に基づき、第一温度制御素子１２の温度制御のための信号を生成するフィードバック制御が行われる。このフィードバック制御によって、比Ｐ０が比Ｐ１に近づくように第一温度制御素子１２の温度調整が行われて、半導体レーザ素子１１は、設定波長λ１のレーザ光Ｌ１を発生できる。
【００６３】
本実施形態では、電圧値の差分である波長モニタ信号ΔＩ１２が求められることなく、光電流Ｃ１、Ｃ２の一方が、フォトダイオード８８ａ、８８ｂ電圧に変換されて、この変換信号が駆動回路３２Ｌにおける処理に用いられてもよい。あるいは、光電流Ｃ１、Ｃ２の双方が電圧に変換されて、これらの変換信号が駆動回路３２Ｌに送られてもよい。この場合、フォトダイオード８８ａの電圧値Ｖ１とフォトダイオード８８ｃの電圧値Ｖ３の比、及びフォトダイオード８８ｂの電圧値Ｖ２とフォトダイオード８８ｃの電圧値Ｖ３の比という二つの比が、駆動回路３２Ｌにおいて利用される。
【００６４】
光伝送装置１Ｙの動作中においても、駆動回路３１Ｌ及び駆動回路３２Ｌは、波長モニタ素子２２Ｙからの波長モニタ信号ΔＩ１２、ＩＰＤ３に応じて、第一温度制御素子１２にフィードバック制御を行う。第一温度制御素子１２の温度調整が継続して行われて、半導体レーザ素子１１の発振波長が一定に保たれる。光伝送装置１Ｙでは、レーザ光Ｌ１の波長を一定値に保つために、多くの場合、第一温度制御素子１２の温度は一定値を維持しない。光伝送装置１Ｙの動作開始の際には、レーザ光Ｌ１の波長が設定波長λ１に近づくように設定されるとき（ロック波長が設定波長λ１であるとき）、駆動回路３２Ｌは、半導体コヒーレント光受信器２１Ｙの増幅器等を駆動する。これにより光伝送装置１Ｙでは、信号として送られてくる外部変調光Ｌ１０の受信が開始される。
【００６５】
図１１の（ａ）部は、図７のＤ−Ｄ線に沿ってとられたフォトダイオードの断面を示す図である。図１１の（ａ）部を参照すると、半導体コヒーレント光受信器２１Ｙのフォトダイオード８４ａ及び電極８４ｅが示されている。フォトダイオード８４ａ〜８４ｄは、ＩｎＰ基板上に作製される。フォトダイオード８４ａ〜８４ｄは、上部コンタクト層８４ｐ、上部クラッド層８４ｑ、光吸収層８４ｒ及び下部クラッド層８４ｓを含む導波路構造を有する。また、本実施例では、波長モニタ素子２２Ｙのフォトダイオード８８ｃ及び電極８８ｅの断面（図７のＥ−Ｅ線）は、図１１の（ａ）部に示される断面として表わされる。半導体コヒーレント光受信器２１Ｙ及び波長モニタ素子２２Ｙのフォトダイオードが同じ素子構造を備えるので、各フォトダイオードに対して同一のバイアス印加及び信号処理を行うことが可能である。以下に、一例の半導体積層を示す。
上部コンタクト層８４ｐ：p型GaInAs。
上部クラッド層８４ｑ：p型InP。
光吸収層８４ｒ：i型GaInAs。
下部クラッド層８４ｓ：n型InP。
【００６６】
図１１の（ｂ）部は、図７のＦ−Ｆ線に沿ってとられた半導体コヒーレント光受信器２１Ｙの導波路８２ｆの断面を示す図である。図１１の（ｂ）部を参照すると、半導体コヒーレント光受信器２１Ｙは、波長モニタ素子２２Ｙと同一のＩｎＰ基板上に作製される。本実施例では、半導体コヒーレント光受信器２１Ｙの導波路８２ｆは、上部クラッド層８２ｑ、コア層８２ｒ、下部クラッド層８２ｓを含む導波路構造を有する。導波路８２ｆは、例えば図７のＦ−Ｆ線に沿ってとられた断面に示される構造と同じ導波路構造を有することができる。以下に、一例の半導体積層を示す。
上部クラッド層８２ｑ：p型InP。
コア層８２ｒ：i型GaInAsP。
下部クラッド層８２ｓ：n型InP。
【００６７】
図７を再び参照して、集積素子２３Ｙについて説明する。本実施形態では、集積素子２３Ｙ内の９０度ハイブリッド素子８７は半導体によって作製され、この半導体では多くの場合、屈折率の温度依存性が大きいことから、サーミスタ４３Ｙは、９０度ハイブリッド素子８７の近傍に置かれることがよい。例示すれば、図７に示されるように、９０度ハイブリッド素子８７を含む集積素子２３Ｙは一対の縁２３Ｅ、２３Ｆを備えている。半導体コヒーレント光受信器２１Ｙ及び波長モニタ素子２２Ｙは、一方の縁２３Ｅから他方の縁２３Ｆへの方向に配列されており、波長モニタ素子２２Ｙの９０度ハイブリッド素子８７及びフォトダイオード８８は縁２３Ｆに沿って配列される。サーミスタ４３Ｙは、縁２３Ｆに沿って設けられることがよい。  波長モニタ素子２２Ｙの９０度ハイブリッド素子８７は、半導体で作製されている。半導体が例えば水晶製のエタロンに比べて大きな屈折率の温度依存性（例えば約２０倍程度以上）を有することを考慮して、波長モニタ素子２２Ｙを第二温度制御素子２４Ｙに搭載して、９０度ハイブリッド素子８７の温度が一定温度Ｔｍｏｎに保たれるように制御している。
【００６８】
本実施形態では、第一光機能素子は、光の発生・増幅を伴わない光処理を行うので、半導体コヒーレント光受信器２１Ｙといった第一光機能素子の発熱量は、半導体レーザ素子１１に比べて小さい。このため、波長モニタ素子２２Ｙが半導体レーザ素子１１とモノリシックに集積された半導体素子に比べて、波長モニタ素子２２Ｙの温度が半導体レーザ素子１１より実質的に攪乱されない。加えて、半導体コヒーレント光受信器２１Ｙの発熱量が小さいことに起因して、第二温度制御素子２４Ｙへの負荷も小さい。このような第二温度制御素子２４Ｙは、常時大きな負荷に対抗して動作しているわけではないので、外部環境温度の変化に対して応答することができる。また、半導体コヒーレント光受信器２１Ｙの発熱量が小さいので、第二温度制御素子２４Ｙの特性変動を起こす温度変動が小さく抑えられる。半導体コヒーレント光受信器２１Ｙの発熱量の変化も、半導体レーザ素子１１に比べて少なくなる。
【００６９】
本実施形態では、波長モニタ素子として、９０度ハイブリッド素子８７を含む波長モニタ素子２２Ｙが用いられたが、この波長モニタ素子２２Ｙに替わって、例えば、第１の実施形態の光回路６３を含む波長モニタ素子２２が用いられてもよい。また、第１の実施形態では、波長モニタ素子として、光回路６３を含む波長モニタ素子２２が用いられたが、この波長モニタ素子２２に替わって、本実施形態の９０度ハイブリッド素子８７を含む波長モニタ素子２２Ｙが用いられてもよい。
【００７０】
図６を再び参照すると、集積装置２０Ｙは筐体２０Ｐを備え、筐体２０Ｐは集積素子２３Ｙ及び第二温度制御素子２４Ｙを収納する。筐体２０Ｐは、入力ポート２５、２８を有する。集積装置２０Ｙは、光源装置１０からのレーザ光Ｌ１を受けるための光導波路５を備え、筐体１０Ｐの出力ポート１３は、光導波路５を介して入力ポート２５と光学的に結合される。光源装置１０の出力ポート１３からのレーザ光Ｌ１は、光導波路５を介して集積装置２０Ｙの入力ポート２５に入力される。また、光伝送装置１Ｙは、外部からの外部変調光Ｌ１０を集積装置２０Ｙに提供するための光導波路８を備え、この光導波路８は、集積装置２０Ｙの入力ポート２８に光学的に結合される。集積装置２０Ｙは光分波器２７Ｙを備え、この光分波器２７Ｙは、集積装置２０Ｙの入力ポート２５から集積装置２０Ｙ内に入力されたレーザ光Ｌ１を分岐して、レーザ光Ｌ２０、Ｌ３０を生成する。光分波器２７Ｙは、例えばＭＭＩ、Y分岐導波路、結合導波路などを含む。レーザ光Ｌ２０、Ｌ３０は、それぞれ半導体コヒーレント光受信器２１Ｙ及び波長モニタ素子２２Ｙに提供される。光伝送装置１Ｙでは、光源装置１０及び集積装置２０Ｙは、電気回路基板７Ｙ上に搭載されることができる。半導体レーザ素子１１の近傍には、半導体レーザ素子１１の温度を検出するためのサーミスタ１４が筐体１０Ｐ内に設置されている。
【００７１】
図６に示されるように、制御装置３０Ｙは、半導体レーザ素子１１及び第一温度制御素子１２を制御する駆動装置３１Ｙと、集積素子２３Ｙ及び第二温度制御素子２４Ｙを制御する駆動装置３２Ｙとを備える。駆動装置３１Ｙと駆動装置３２Ｙとは、互いに接続されている。制御装置３０Ｙは、処理装置（例えばＣＰＵなど）と、記憶装置（例えばＲＡＭ及びＲＯＭなど）とを含むことができる。処理装置及び記憶装置は、電気回路基板上に搭載される。
【００７２】
図１２は、第２の実施形態の集積装置２０Ｙの構成を示す。図１２の（ａ）部は、集積装置２０Ｙの平面図であり、図１２の（ｂ）部は、集積装置２０Ｙの側面図である。図１２の（ａ）及び（ｂ）部では、筐体２０Ｐは、筐体２０Ｐの内部を示すために部分的に破断されている。図１２に示されるように、集積装置２０Ｙは、ローカル光学系７１、外部信号光学系７２、集積素子２３Ｙ、２３Ｕ、増幅器７３ａ〜７３ｄ、及び増幅器７４ａ、７４ｂ、電気処理回路７４ｃ、７４ｄを備える。ローカル光学系７１は、レーザ光Ｌ１のための光学系であり、入力ポート２５と集積素子２３Ｙ、２３Ｕとを光学的に結合させる。外部信号光学系７２は、外部変調光Ｌ１０のための光学系であり、入力ポート２８と集積素子２３Ｙ、２３Ｕとを光学的に結合させる。増幅器７３ａ、７３ｂ、７４ａ、電気処理回路７４ｃは、集積素子２３Ｙに結合される。増幅器７３ｃ、７３ｄ、７４ｂ、電気処理回路７４ｄは、集積素子２３Ｕに結合される。ローカル光学系７１は、ビームスプリッタ７１ａ、レンズ７１ｂ、ミラー７１ｃ、レンズ７１ｄを有する。外部信号光学系７２は、偏波ビームスプリッタ７２ａ、ミラー７２ｂ、レンズ７２ｃ、偏波回転子７２ｄ、及びレンズ７２ｅを有する。
【００７３】
レーザ光Ｌ１は、ビームスプリッタ７１ａによって、レーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂを生成する。レーザ光Ｌ１ａは、レンズ７１ｂによって集光された後、集積素子２３Ｙに入力される。レーザ光Ｌ１ｂは、ミラー７１ｃによって光路を変え、レンズ７１ｄによって集光された後、集積素子２３Ｕに入力される。一方、外部変調光Ｌ１０は、偏波ビームスプリッタ７２ａによって、偏波に応じて反射または直進を受ける。反射した外部変調光Ｌ１０ａは、ミラー７２ｂによって光路を変えた後、レンズ７２ｃによって集光される。集光された外部変調光Ｌ１０ａは、集積素子２３Ｙに入力される。直進した外部変調光Ｌ１０ｂは、偏波回転子７２ｄを通過後、レンズ７２ｅによって集光される。集光された外部変調光Ｌ１０ｂは、集積素子２３Ｕに入力される。
【００７４】
（第３の実施の形態）
図１３は、第３の実施形態における光伝送装置の概略図である。光伝送装置１Ｚは、光源装置１０Ｚ、集積装置２０Ｚ及び制御装置３０Ｚを備える。光伝送装置１Ｚは、光源装置１０Ｚ、集積装置２０Ｚ及び制御装置３０Ｚを用いることによって、光通信に使用される光の波長を維持する波長ロックを行うことができる。本実施形態では、光伝送装置１Ｚは、変調装置９０Ｚを更に備える。光伝送装置１Ｚでは、光源装置１０Ｚ、集積装置２０Ｚ、及び変調装置９０Ｚは、電気回路基板７Ｚ上に搭載されることができる。
【００７５】
光源装置１０Ｚは、出力ポート１３、１５を備え、集積装置２０Ｚは、入力ポート２５を備える。また、変調装置９０Ｚは、入力ポート９４を備える。本実施例では、光導波路５、５ｂが更に備えられる。光源装置１０Ｚは、出力ポート１３、光導波路５及び入力ポート２５によって、集積装置２０Ｚに光学的に結合される。また、光源装置１０Ｚは、出力ポート１５、光導波路５ｂ及び入力ポート９４によって、変調装置９０Ｚに光学的に結合される。集積装置２０Ｚは、入力ポート２８及び光導波路８を更に備え、この入力ポート２８及び光導波路８を介して、外部から外部変調光Ｌ１０を受ける。変調装置９０Ｚは、外部に出力光を提供するための光導波路６を備え、この光導波路６は、変調装置９０Ｚの出力ポート９５に光学的に結合される。
【００７６】
光源装置１０Ｚは、レーザ光Ｌ１を出射する半導体レーザ素子１１と、半導体レーザ素子１１を搭載する第一温度制御素子１２とを備える。光源装置１０Ｚは、光分波器１５Ｚを更に備え、この光分波器１５Ｚは、半導体レーザ素子１１からのレーザ光Ｌ１を、レーザ光Ｌ４０とレーザ光５０とに分波する。レーザ光Ｌ４０は集積装置２０Ｚに提供され、レーザ光Ｌ５０は変調装置９０Ｚに提供される。
【００７７】
集積装置２０Ｚは、一実施例では、第２の実施形態の集積装置２０Ｙと同様であり、集積素子２３Ｚと、この集積素子２３Ｚを搭載する第二温度制御素子２４Ｚとを備える。集積素子２３Ｚは、半導体コヒーレント光受信器２１Ｚ及び波長モニタ素子２２Ｚを有する。このため、集積装置２０Ｚは、レーザ光Ｌ４０と外部変調光Ｌ１０を使ったコヒーレント復調と、レーザ光Ｌ４０を使った波長モニタとを行う。コヒーレント復調は、受信信号Ｆ３として外部に出力される。波長モニタ素子２２Ｚは、例えば、第１の実施形態の光回路６３または第２の実施形態の９０度ハイブリッド素子８７を含むことができる。変調装置９０Ｚは、変調素子９２Ｚと、この変調素子９２Ｚを搭載する第三温度制御素子９３Ｚとを備える。変調素子９２Ｚは、半導体光変調器９１Ｚを含む。半導体光変調器９１Ｚは、送信信号Ｆ２に応じて、半導体レーザ素子１１からのレーザ光Ｌ５０を変調する。変調光は、出力ポート９５及び光導波路６を介して、変調光Ｍ３として外部に出力される。本実施例では、集積装置２０Ｚ内の半導体コヒーレント光受信器２１Ｚが、第一光機能素子として用いられ、変調装置９０Ｚ内の半導体光変調器９１Ｚが、第二光機能素子として用いられる。
【００７８】
制御装置３０Ｚは、駆動装置３１Ｚ、３２Ｚを備える。駆動装置３１Ｚは、駆動回路３１Ｐ、３１Ｑを有し、光源装置１０Ｚ及び集積装置２０Ｚの双方を制御するためのデータを格納した装置、例えばルックアップテーブル３１Ｒを更に有することができる。駆動装置３２Ｚは、駆動回路３２Ｐを有し、変調装置９０Ｚを制御するためのデータを格納した装置、例えばルックアップテーブル３２Ｒを更に有することができる。駆動装置３１Ｚは、光源装置１０Ｚ及び集積装置２０Ｚの双方に対して、第２の実施形態の制御装置３０Ｙと同様の制御を行う。駆動装置３１Ｚは、設定波長情報Ｆ１に基づいて、半導体レーザ素子１１の発振波長を制御する。一方、駆動装置３２Ｚは、変調装置９０Ｚに対して、波長モニタ素子２２への制御を除いて、第１の実施形態の制御装置３０Ｙと同様の制御を行う。
【００７９】
本実施形態では、同一の半導体レーザ素子１１からのレーザ光Ｌ１（レーザ光Ｌ４０、Ｌ５０）によって、波長モニタ動作、変調、及びコヒーレント復調が行われる。このため、波長モニタ素子２２Ｚによって、設定波長λ１を有するようになったレーザ光Ｌ１を用いて、光伝送装置１Ｚは、変調及びコヒーレント復調を行うことができる。本実施形態の半導体コヒーレント光受信器２１Ｚ及び半導体光変調器９１Ｚは、同一波長での素子特性を発揮することができる。
【００８０】
本実施形態では、半導体コヒーレント光受信器２１Ｚが第一光機能素子として用いられ、半導体光変調器９１Ｚが第二光機能素子として用いられたが、この他に、半導体光変調器９１Ｚが第一光機能素子として用いられ、半導体コヒーレント光受信器２１Ｚが第二光機能素子として用いられてもよい。更に、半導体光変調器９１Ｚが第一及び第二光機能素子として用いられ、半導体コヒーレント光受信器２１Ｚが第一及び第二光機能素子として用いられてもよい。いずれの場合も、半導体コヒーレント光受信器２１Ｚ及び半導体光変調器９１Ｚは、光の発生・増幅を伴わない光処理を行う。半導体コヒーレント光受信器２１Ｚ及び半導体光変調器９１Ｚの発熱量は、半導体レーザ素子１１に比べて小さい。このため、波長モニタ素子２２Ｚが半導体レーザ素子１１とモノリシックに集積された半導体素子に比べて、波長モニタ素子２２Ｚの温度が半導体レーザ素子１１により実質的に攪乱されない。加えて、半導体コヒーレント光受信器２１Ｚ及び半導体光変調器９１Ｚの発熱量が小さいことに起因して、第二温度制御素子２４Ｚへの負荷も小さい。このような第二温度制御素子２４Ｚは、常時大きな負荷に対抗して動作しているわけではないので、外部環境温度の変化に対して応答することができる。また、半導体コヒーレント光受信器２１Ｚ及び半導体光変調器９１Ｚの発熱量が小さいので、第二温度制御素子２４Ｚの特性変動を起こす温度変動が小さく抑えられる。半導体コヒーレント光受信器２１Ｙの発熱量の変化も、半導体レーザ素子１１に比べて少なくなる。
【００８１】
以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置及び詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲及びその精神の範囲から来る全ての修正及び変更に権利を請求する。
【符号の説明】
【００８２】
１、１Ｙ、１Ｚ…光伝送装置、１０、１０Ｚ…光源装置、１１…半導体レーザ素子、１２…第一温度制御素子、１４…サーミスタ、２０、２０Ｙ、２０Ｚ…集積装置、２１…半導体光変調器、２１Ｙ…半導体コヒーレント光受信器、２２、２２Ｙ…波長モニタ素子、２３、２３Ｙ…集積素子、２４、２４Ｙ…第二温度制御素子、２７Ｙ…光分波器、３０、３０Ｙ…制御装置、３１、３１Ｙ…駆動装置、３１Ａ、３１Ｌ…駆動回路、３１Ｂ、３１Ｍ…ルックアップテーブル、３２、３２Ｙ…駆動装置、３２Ａ、３２Ｌ…駆動回路、３１Ｂ、３１Ｍ…ルックアップテーブル、４３、４３Ｙ…サーミスタ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ２０、Ｌ３０…レーザ光、Ｌ１０…外部変調光、Ｍ２ｂ、Ｍ２ｃ、Ｍ３…変調光。
【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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