(57)【要約】【課題】波長可変範囲が大きなリング共振器を用いた半導体波長可変レーザを提供すること。【解決手段】本発明の一実施形態に係る波長可変レーザ１は、一定の周波数間隔（ＦＳＲ）で透過率の極大値を有するリング共振器３ａ、３ｂを備えている。リング共振器３ａと３ｂとでは、互いに異なる周波数間隔を有する。また、波長可変レーザ１は、ゲイン領域２と、モード形状変換領域４とを備えている。このモード形状変換領域４は、光のモード形状を連続的に変換させるためのものであり、ゲイン領域２とリング共振器３ａ（リング共振器３ｂ）とのうち、光の進行方向において前段側から出力される光のモード形状を、進行方向の後段側を伝搬する光のモード形状に連続的に変換する。【選択図】図１
2008066318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の周波数間隔（ＦＳＲ）で透過率の極大値を有するリング共振器であって、互いに異なる周波数間隔を有する、少なくとも２つ以上のリング共振器と、
ゲイン領域と、
光のモード形状を連続的に変換させるためのモード形状変換領域であって、前記ゲイン領域と前記リング共振器とのうち、光の進行方向において前段側から出力される光のモード形状を、前記進行方向の後段側を伝搬する光のモード形状に連続的に変換するモード形状変換領域と
を備えることを特徴とする波長可変レーザ。
【請求項２】
前記モード形状変換領域では、前記ゲイン領域の導波路形状と前記リング共振器の導波路形状とを徐々に一致させるように、導波路の幅が変化していることを特徴とする請求項１記載の半導体波長可変レーザ。
【請求項３】
導波する光の位相を調整するための位相調整領域をさらに備え、
前記位相調整領域により、発振波長を微調整可能とすることを特徴とする請求項１または２記載の半導体波長可変レーザ。
【請求項４】
前記ゲイン領域と前記リング共振器とで異なるコア幅を有し、前記ゲイン領域と前記リング共振器との間に、コア幅を連続的に変化させて前記ゲイン領域のコア幅と前記リング共振器のコア幅とを一致させる導波路幅変換領域をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体波長可変レーザ。
【請求項５】
前記リング共振器の全てが、前記ゲイン領域の片側の出力導波路側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体波長可変レーザ。
【請求項６】
前記ゲイン領域を複数備え、
前記複数のゲイン領域のうちの第１のゲイン領域と第２のゲイン領域との間に、前記リング共振器の全てが配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体波長可変レーザ。
【請求項７】
前記リング共振器は、マルチモード干渉計結合器を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体波長可変レーザ。
【請求項８】
前記半導体波長可変レーザの出力端に光変調器、受光素子、または半導体光アンプの少なくとも１つを集積することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体波長可変レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体波長可変レーザに関し、より詳細には、波長多重大容量通信を支えるための重要な光部品である半導体波長可変レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットにおける爆発的なトラフィックの増加により、ノード間を結ぶ伝送において波長多重を用いることが注目されている。この波長多重によってノード間の伝送容量を増加させることができる。
【０００３】
波長可変レーザはこのような波長多重伝送において欠かすことのできない重要な部品である。  
このような中で、リング共振器を波長フィルタとして用いる波長可変レーザが非特許文献１に提案されている（図１６）。図１６において、符号１６１ａ〜１６１ｄは導波路であり、符号１６２ａおよび１６２ｂはリング共振器であり、符号１６３はゲイン領域であり、符号１６４ａおよび１６４ｂは吸収領域である。
【０００４】
リング共振器は周期的な透過ピークを持つことを特徴としているが、この、透過ピークが現れる波長範囲が原理的には無限であること、かつ、透過帯域幅がグレーティングと比較して狭いため二つのリング共振器のＦＳＲの差を小さくしても十分な波長選択性が確保されるなどの特徴が予想され、広い波長可変領域を持つ可能性が示されている。
【０００５】
【非特許文献１】Bin Liu, et al., “Wide Tunable Double Ring Resonator Coupled Lasers”, ＩＥＥＥ Photonics Technology. Letters, vol.14, pp.600-602,(2002)
【非特許文献２】Dominik G. Rabus, et al., “A GaInAs-InP Double-Ring Resonator Coupled Laser” ＩＥＥＥ  Photonics Technology. Letters, vol.17, pp.1770-1772, 2005
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、実際に作製された素子では非特許文献２に示されるように波長可変範囲も狭く、出力強度も小さい。これは、ゲイン領域は埋め込み構造、あるいはリッジ導波路構造を用いているがリング共振器では急峻な曲げ半径が必要なためコアおよび下部クラッド領域まで垂直にエッチングしたハイメサ導波路構造が必要になるからである。このため接続領域での損失あるいは反射が特性を劣化させる。また、リング共振器の光結合部分に方向性結合器を用いているため結合効率および損失が増大し結果としてリング共振器の損失増大が特性劣化の原因として考えられる。また、波長可変範囲を大きくするためにリング共振器のＦＳＲを大きくする場合、リング共振器の全長を短くしなければならない。これに伴い光結合器の長さも短くしなければならない。方向性結合器で光結合器長を短くする場合には二本の導波路の導波路間隔を０．１ミクロン程度に短くする必要があるが、この際、０．１ミクロン程度の溝を形成することは加工上非常に困難で素子の損失が増大する。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、波長可変範囲が大きなリング共振器を用いた半導体波長可変レーザを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１記載の発明は、一定の周波数間隔（ＦＳＲ）で透過率の極大値を有するリング共振器であって、互いに異なる周波数間隔を有する、少なくとも２つ以上のリング共振器と、ゲイン領域と、光のモード形状を連続的に変換させるためのモード形状変換領域であって、前記ゲイン領域と前記リング共振器とのうち、光の進行方向において前段側から出力される光のモード形状を、前記進行方向の後段側を伝搬する光のモード形状に連続的に変換するモード形状変換領域とを備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記モード形状変換領域では、前記ゲイン領域の導波路形状と前記リング共振器の導波路形状とを徐々に一致させるように、導波路の幅が変化していることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、導波する光の位相を調整するための位相調整領域をさらに備え、前記位相調整領域により、発振波長を微調整可能とすることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記ゲイン領域と前記リング共振器とで異なるコア幅を有し、前記ゲイン領域と前記リング共振器との間に、コア幅を連続的に変化させて前記ゲイン領域のコア幅と前記リング共振器のコア幅とを一致させる導波路幅変換領域をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記リング共振器の全てが、前記ゲイン領域の片側の出力導波路側に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記ゲイン領域を複数備え、前記複数のゲイン領域のうちの第１のゲイン領域と第２のゲイン領域との間に、前記リング共振器の全てが配置されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項７記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記リング共振器は、マルチモード干渉計結合器を含むことを特徴とする。
【００１５】
請求項８記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、前記半導体波長可変レーザの出力端に光変調器、受光素子、または半導体光アンプの少なくとも１つを集積することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ゲイン領域とリング共振器との間にテーパー形状変換領域を設けたので、ゲイン領域とリング共振器との接続の際に生じる損失や反射を低減することが可能となる。よって、これまで実現できなかった大きな波長可変領域を持つ波長可変レーザを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。  
本発明の一実施形態に係る波長可変レーザは、基本的に二つの重要な部分（ゲイン領域とリング共振器）を備えているが、それぞれに最適な構造（特に導波路構造）が異なっている。このため二つの領域を接続する際に損失や反射が生じ特性が劣化している。このような問題を解決するために、本発明の一実施形態では以下の手法を取っている。
【００１８】
（第１の実施形態）  
本実施形態に係る波長可変レーザの構成を図１に示す。図１に示されるように、波長可変レーザ１は、ゲイン領域２、一定の周波数間隔（ＦＳＲ）で透過率の極大値を持つリング共振器３ａ、３ｂ、モード形状変換領域４、導波路幅変換領域５、光結合器６ａ〜６ｄ、出力導波路７ａ、７ｂ、導波路８ａ、８ｂ、位相調整領域９、端面１０ａ、１０ｂを備えている。
【００１９】
リング共振器３ａおよび３ｂは、互いに異なるＦＳＲを持ちバーニア効果により波長可変領域の拡大を実現させている。モード形状変換領域４はリング共振器３ａ、３ｂとゲイン領域２との間で光の損失、反射を小さくするために導波光のモード形状を損失なく、ないしは損失を低減して変換する。また、導波路幅変換領域によりゲイン領域２とリング共振器部分の導波路幅の変換を実現する。
【００２０】
さらに、位相調整用の導波路（位相調整領域９）をレーザ共振器内に設けることにより、縦モード間隔を微調し、正確に所望の周波数間隔で波長可変動作可能としている。この位相調整領域９では、温度、電流、または圧力などを調節することによって、通過する光の位相を調節することができる。
【００２１】
図２は、図１のＡ―Ａ線にて切断した断面図である。すなわち、図２に、作製した素子のエピタキシャル成長層の断面構造を示す。図２において、ｎ−ＩｎＰ基板２１上にｎ−ＩｎＰ層２２が形成されており、ｎ−ＩｎＰ層２２上には、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層（フォトルミネッセンスピーク波長１．５３μｍ）と活性層の上下をＳＣＨ（Separate-confinement heterostructure）層で閉じこめる構造とした層（“ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ  ＭＱＷ活性層＋ＳＣＨ”とも呼ぶ）２３と、１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路２４がそれぞれ所望のパターンで形成されている。このＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ  ＭＱＷ活性層＋ＳＣＨ２３と１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路との繋ぎ目がバットジョイント２７である。ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ  ＭＱＷ活性層＋ＳＣＨ２３および１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路２４上には、ｐ−ＩｎＰ層２５が形成されており、ｐ−ＩｎＰ層２５上にはｐ＋−ＩｎＧａＡｓ層２６が形成されている。図２において、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ  ＭＱＷ活性層＋ＳＣＨ２３および１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路２４は、導波路のコアに相当する。
【００２２】
次に、図２に示したエピタキシャル成長層の作製方法を説明する。まず、ｎ−ＩｎＰ基板２１上にｎ−ＩｎＰ層２２およびＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ  ＭＱＷ活性層＋ＳＣＨ２３をこの順でエピタキシャル成長により形成する。次に、ＳｉＯ２膜をスパッタリングにより成膜し、ゲイン領域２となる部分を除きエッチングにより除去、さらにパターン化されたＳｉＯ２膜をマスクとして活性層を除去する。次に選択成長により１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層を成長し、最後にＳｉＯ２層を除去して基板全体にｐ−ＩｎＰ層２５、ｐ＋−ＩｎＧａＡｓ層２６を成長する。
【００２３】
図３（ａ）〜（ｄ）に本実施形態に係るモード形状変換領域の詳細を示す。図３（ａ）は、本実施形態に係るモード形状変換領域を説明するための上面図である。図３（ａ）において、符号３１はｐ−ＩｎＰ層であり、該ｐ−ＩｎＰ層３１を挟むようにしてＳＩ（Semi-Insulating ：半絶縁性）−ＩｎＰ（ＳＩ−ＩｎＰ３２およびテーパーＳＩ−ＩんＰ３６）が形成されており、該ＳＩ−ＩｎＰやｐ−ＩｎＰ層３１を挟むようにして、ＳＩ−ＩｎＰ３２よりも屈折率が小さいポリイミド３０が形成されている。
【００２４】
図３（ｂ）は、ゲイン領域の断面図である。図３（ｂ）から分るように、ゲイン領域では、ｎ−ＩｎＰ基板３３上にｎ−ＩｎＰ層３４が形成され、ｎ−ＩｎＰ層３４上に、コアとなるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ  ＭＱＷ活性層＋ＳＣＨ３５が形成され、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ  ＭＱＷ活性層＋ＳＣＨ３５上にｐ−ＩｎＰ層３１が形成されている。さらに、ｎ−ＩｎＰ層３４、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ  ＭＱＷ活性層＋ＳＣＨ３５、およびｐ−ＩｎＰ層３１を挟むようにしてＳＩ−ＩｎＰ３２が形成されているので、コアとなるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ  ＭＱＷ活性層＋ＳＣＨ３５は四方をクラッドに囲まれることになるので、ゲイン領域は埋め込み型導波路となる。
【００２５】
符号３６は、テーパー形状のＳＩ−ＩｎＰ（テーパーＳＩ−ＩｎＰとも呼ぶ）であり、ＳＩ−ＩｎＰ３２と同一の材料であるが、ゲイン領域からリング共振器へと続く導波路に向ってその幅が連続的に細くなる形状である。本明細書において、「幅」とは、ある構成要素における、長手方向と垂直方向の長さであって、上記構成要素が形成される材料（例えば、基板）の面内方向に平行な方向の長さである。
【００２６】
図３（ｃ）は、モード形状変換領域の断面図である。図３（ｃ）から分るように、モード形状変換領域では、ｎ−ＩｎＰ基板３３上にｎ−ＩｎＰ層３４が形成され、ｎ−ＩｎＰ層３４上に、コアとなる１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路３７が形成され、１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路３７上にｐ−ＩｎＰ層３１が形成されている。さらに、ｎ−ＩｎＰ層３４、１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路３７、およびｐ−ＩｎＰ層３１を挟むようにして、テーパーＳＩ−ＩｎＰ３６が形成されているので、モード形状変換領域においては、コアとなる１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路３７は四方をクラッドに囲まれることになる。よって、モード形状変換領域においても、クラッドの一部を形成するＳＩ−ＩｎＰは徐々にその幅を小さくしているが、埋め込み型導波路となる。
【００２７】
図３（ｄ）は、リング共振器に続く導波路（図１では、光導波路８ａ、８ｂに相当）の断面図である。図３（ｄ）から分るように、リング共振器に続く導波路では、ｎ−ＩｎＰ基板３３上にｎ−ＩｎＰ層３４が形成され、ｎ−ＩｎＰ層３４上に、コアとなる１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路３７が形成され、１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路３７上にｐ−ＩｎＰ層３１が形成されている。この領域では、ＳＩ−ＩｎＰが形成されておらず、導波路はハイメサ構造となる。
【００２８】
さて、本実施形態ではゲイン領域はＳＩ−ＩｎＰ３６を用いた埋め込み構造としている。リング共振器は大きなＦＳＲを得るためにリング半径を小さくする必要があるのでコア層および下部ＩｎＰ層まで垂直にエッチングしたハイメサ構造を用いている。ハイメサ構造の両側はポリイミドで埋め込んでいるが屈折率は２よりも小さいため光はほとんど半導体部分に閉じこめられている。一方、ゲイン領域は四方をＩｎＰで埋め込まれており、活性層との屈折率差も小さいためＩｎＰ層へ光が広がっている。このようにモード形状の異なる導波路を直接接続すると光の損失や反射が起こり半導体レーザの特性を劣化させる。そこで図３（ａ）に示すようにテーパーＳＩ−ＩｎＰ層３６の幅をリング共振器部分に向かって連続的に徐々に細くすることによりスムーズにモード形状を変換させている。
【００２９】
すなわち、本実施形態では、ゲイン領域とリング共振器との導波路構造が異なるので、その異なる導波路構造を接続する領域が存在する。導波路構造が異なると、モード形状も異なるので、上記異なる導波路構造をそのまま接続すると、モード形状の不一致により光の損失や反射が起こってしまう。すなわち、本実施形態では、リング共振器はハイメサ構造となっており、ゲイン領域とリング共振器とを繋ぐ光導波路（図１では、光導波路８ａ、８ｂ）もハイメサ構造となっている。このハイメサ構造では、コアの両側には、ゲイン領域のコアに対して、幅方向に対向するように形成された部材（図３では、ＳＩ−ＩｎＰ３２）の屈折率よりも小さな屈折率のもの（図３では、ポリイミド３０）が存在する。よって、ゲイン領域とリング共振器とでは、コアの幅方向の対向する面と接するもの（ＳＩ−ＩｎＰやポリイミド）と、コアとの屈折率差が異なり、ゲイン領域における上記屈折率差は、リング共振器における上記屈折率よりも大きくなる。よって、上記モード形状の違いが生じる。
【００３０】
よって、本実施形態では、一方の導波路構造から出力される光のモード形状を他方の導波路構造を伝搬する光のモード形状に徐々に連続的に近づかせることによって、上記接続における光の損失や反射を抑えることが重要である。そのために、接続領域において、ゲイン領域のコアに対して、幅方向に対向するように形成された部材を、ゲイン領域側からリング共振器側に向ってその幅を連続的に小さくしている。
【００３１】
なお、上記一方の導波路構造は、光の進行方向によって決まる。例えば、図１においてゲイン領域２側から光結合器６ｂ側に光が進行する場合は、一方の導波路構造はゲイン旅域２の導波路構造となり、他方の導波路構造はリング共振器３ａに導波路構造となる。また、光結合器６ｂ側からゲイン領域２側に光が進行する場合は、一方の導波路構造はリング共振器３ａの導波路構造となり、他方の導波路構造はゲイン領域２に導波路構造となる。
【００３２】
なお、本実施形態では、ゲイン領域のコアとして機能するＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ  ＭＱＷ活性層＋ＳＣＨ３５と、１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路３７とを、バットジョイント部分３８にて接続している。よって、ゲイン領域に１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路３７が含まれることになる。しかしながら、本実施形態では、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ  ＭＱＷ活性層＋ＳＣＨのみによりゲイン領域を形成することが本質ではない。本実施形態の本質は、ゲイン領域とリング共振器との間にモード形状変換領域を設けることである。よって、ゲイン領域には、ゲイン領域として機能するために、少なくともＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ  ＭＱＷ活性層＋ＳＣＨ３５を含んでいれば良いのである。
【００３３】
本実施形態では、リング共振器の光結合器として方向性結合器を用いているが、図４（ａ）に方向性結合器の断面図を示し、図４（ｂ）に、結合効率の導波路幅依存性を示す。図４（ａ）において、ｎ−ＩｎＰ基板４１上に０．１ミクロンの間隔でｎ−ＩｎＰ層４１ａ、４１ｂが形成されている。ｎ−ＩｎＰ層４１ａおよび４１ｂ上にはそれぞれ、１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路４２ａおよび４２ｂが形成されており、該１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路４２ａおよび４２ｂ上にはそれぞれ、ｐ−ＩｎＰ層４３ａおよび４３ｂが形成されている。ｎ−ＩｎＰ層４１ａ、１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路４２ａ、およびｐ−ＩｎＰ層４３ａが、図１における光導波路８ａ、８ｂに対応しており、ｎ−ＩｎＰ層４１ｂ、１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路４２ｂ、およびｐ−ＩｎＰ層４３ｂ
が、図１におけるリング共振器３ａ、３ｂに対応している。
【００３４】
導波路間隔は０．１ミクロン、長さは５０ミクロンとしている。図４（ｂ）に示すように、導波路幅が狭いほど結合効率が大きくなることがわかる。本発明ではリング共振器の全長を短くするほど波長可変域を大きく取ることが可能になることから光結合器長は短いことが重要である。ゲイン領域は素子抵抗や大きな光出力を得ることが必要となることから１ミクロン以上の導波路幅が必要とされるため図１に示されるように導波路幅変換領域５を用いることの有用性が示される。
【００３５】
すなわち、導波路幅変換領域５では、コアの幅をゲイン領域２側から光結合器６ａ（６ｂ）側に向って徐々に小さくすることによって、ゲイン領域２およびモード形状変換領域４に含まれるコアの幅を、該幅よりも小さな幅を有する、リング共振器３ａ、３ｂ、光結合器６ａ〜６ｄ、および光導波路８ａ、８ｂのコアの幅に変えている。
【００３６】
このように導波路幅変換領域を設けることによって、ゲイン領域とリング共振器とにそれぞれ最適な特性が出せるように異なる導波路幅（コア幅）で波長可変レーザを作製することができる。よって、素子特性を向上させることが可能となる。
【００３７】
なお、図１では、導波路幅変換領域５を、モード形状変換領域と光結合器との間に設けているが、この配置に限らない。すなわち、本実施形態では、ゲイン領域と光結合器との間で上記コアの幅の変換が行われれば良いので、ゲイン領域とモード形状変換領域との間に導波路幅変換領域を設けても良い。また、モード形状変換領域の少なくとも一部と、導波路幅変換領域の少なくとも一部とが重なるように設けて、上記重なる領域において、モード形状と導波路幅とを同時に変換するようにしても良い。
【００３８】
本実施形態の波長可変レーザの動作原理を次に説明する。  
ゲイン領域２の図１中の右側から出射された光は、光導波路８ａを介して光結合器６ｂに入射し、該光結合器６ｂによりリング共振器３ａに結合される。このときリング共振器３ａに結合する光はリング共振器３ａの全周に対応する複数の共振周波数を持つ光である。それ以外の周波数の光はリング共振器３ａに結合せず、放射されて損失となる。共振周波数は図５の符号５１に示した周波数スペクトルのピークである。これらの共振周波数と一致する周波数を持つ光は、光結合器６ａにより出力導波路７ａに結合され、端面１０ａで反射率に対応して出射光と反射光とに分かれる。
【００３９】
端面１０ａによる反射光は、再び光結合器６ａ、リング共振器３ａ、光結合器６ｂを通ってゲイン領域に２再び入射する。次にゲイン領域２で光強度が増幅されて、光結合器６ｃ、リング共振器３ｂ、光結合器６ｄと伝搬されるが、このとき出力導波路７ｂに出力される光の周波数は図５に示す二つのリング共振器の透過ピークの一致した周波数のみである。図５において符号５２はリング共振器３ｂに対する周波数スペクトルであり、周波数スペクトル５１と５２のそれぞれの透過ピークの一致した周波数が出力導波路７ｂに出力される。
【００４０】
この二つのリング共振器３ａ、３ｂを通過した周波数の光のみが端面１０ｂで反射され再びゲイン領域２にフィードバックされレーザ発振する。つまり本実施形態に係る波長可変レーザでは、二つのリング共振器３ａ、３ｂの透過ピークが一致した周波数でレーザ発振が起こることになり、温度あるいは電流注入、電圧印加によりリング導波路の屈折率を変化させて共振周波数を制御することにより発振波長を可変とすることが可能となる。
【００４１】
ところで、リング共振器を用いた波長可変レーザの波長可変範囲Δλは、非特許文献１に記載されているように次式で与えられる。  
Δλ＝Ｍ×ＦＳＲ１ 
ここで増倍係数Ｍは、ｌ１、ｌ２をそれぞれリング共振器の全長とすると、  
【００４２】
【数１】
2008066318.tif 000003
【００４３】
で表され、ＦＳＲは、ｎを屈折率とすると、
【００４４】
【数２】
2008066318.tif 000004
【００４５】
で表される。  
従って、波長可変範囲は、増倍係数Ｍ、あるいはＦＳＲが大きくなると増加する。
【００４６】
一方、ＷＤＭに使用する半導体レーザでは、単一の波長で発振することが必要である。レーザは、反射率の大きな波長（縦モード）で発振するが、このとき、隣接する縦モードとの反射率の差が小さいと複数の縦モードで発振してしまい、ＷＤＭ用光源として使用するのは困難となる。
【００４７】
ここで縦モードとは、レーザ発振に必要は位相条件を満たす波長であり、レーザ共振器長の逆数に比例して一定間隔で存在する。従って、隣接する縦モードの反射率差が大きい程、安定した単一モード発振が得られる。例えば、４．２ＴＨｚの波長可変域を得るためのＦＳＲと増倍係数Ｍの関係、およびそのときの隣接縦モード間の反射率の差は図１７で与えられる。図１７に示されるように、ＦＳＲが大きくなるほど増倍係数Ｍは小さくなり、隣接モードの反射率差が大きくなることが分る。
【００４８】
また、同じＦＳＲを用いた場合は、導波路損失が小さくなるほど反射率差が大きくなることから、光結合器の損失を含むリング共振器の損失低減が重要であることが分る。一般にリング共振器の損失は半径が小さいほど大きくなるため、同じＦＳＲを持つリング共振器を作製する場合には光結合器長は短い方が損失が小さくなる。
【００４９】
そのため、本実施形態のように損失無く、ないしは損失を低減して任意の導波路幅の設定が可能な導波路幅変換領域を用いることにより光結合器長をも短くすることが可能になり、リング共振器の損失を低減することができる。また、モード形状変換領域を用いることにより、リング共振器に最適な導波路形状であるハイメサ導波路構造をレーザ共振器内で損失無く、ないしは損失を低減して用いることが可能となる。すなわち、モード形状変換領域を用いることが重要となるのである。このような理由により、本実施形態では、大きな波長可変範囲を得ることができる。
【００５０】
図６に作製した波長可変レーザの波長可変特性を示している。このときゲイン領域２は１００ｍＡの電流注入を行いリング共振器３ｂに電流注入を行った場合の発振波長の変化を示している。このように電流注入することにより発振波長が制御可能なことが確認された。
【００５１】
この場合リング共振器のＦＳＲを６００ＧＨｚと７００ＧＨｚとしたが、これらの値の調整やリング共振器の数の増加により波長可変範囲を大きくすることが可能となる。
【００５２】
（第２の実施形態）  
一般に二つのフィルタ領域（本発明ではリング共振器）を持つ波長可変レーザでは、ゲイン領域の両側にフィルタが配置されている。ところが波長を変化させるためにフィルタ領域に電流を注入するとフィルタ領域の損失は電流注入量に比例して増大する。このためゲイン領域から出力されたレーザ光はフィルタ部分を通って出力されることになるので、出力光強度は発振波長により大きく変化してしまうことになる。そこで本実施形態では、リング共振器をゲイン領域の片側の出力導波路側に配置することにより、波長制御のために電流注入した場合でも光出力の変動を小さく抑えることを可能としている。
【００５３】
本実施形態に係る波長可変レーザの構成を図７に示す。図１に示されるように、波長可変レーザ７１は、ゲイン領域７２、一定の周波数間隔（ＦＳＲ）で透過率の極大値を持つリング共振器７３ａ、７３ｂ、モード形状変換領域７４、導波路幅変換領域７５、位相調整領域７７、端面７８ａ、７８ｂを備えている。本実施形態では、リング共振器７３ａは、ＭＭＩ結合器７６ａ、７６ｂを有し、リング共振器７３ｂは、ＭＭＩ結合器７６ｃ、７６ｄを有している。
【００５４】
なお、図７では、導波路幅変換領域７５において、図面を見やすくするために導波路幅が一定となるように記載してあるが、実際は導波路幅は変化している。
【００５５】
上述のように本実施形態では、リング共振器７３ａ、７３ｂをゲイン領域７２の片側の出力導波路側に配置していることを特徴としている。波長可変レーザにおいてナノ秒オーダーで高速に波長を切り替える場合には、リング共振器への電流注入による屈折率変化を用いる。この場合、リング共振器において、電流量の増加に従って吸収量も増加し、リング共振器の損失も増加する。従って、レーザからの出力光強度が、リング共振器への電流注入量によって変動するという問題が生じる。
【００５６】
しかしながら、本実施形態のようにフィルタがゲイン領域７２の片側に配置されている構造ではこのような問題がなく、発振波長による出力光強度の変動が少なくなることが期待される。すなわち、本実施形態では、２つのリング共振器７３ａ、７３ｂをゲイン領域７２の片側の出力導波路に配置し、リング共振器が配置されていない方の端面である端面７８ａからのレーザ光を用いることにより、波長可変のためにリング共振器７３ａ、７３ｂへの注入電流量を変えても、端面７８ａから出力されるレーザ光の強度の変動を抑えることができる。
【００５７】
なぜなら、ゲイン領域７２から出力される光の強度は、リング共振器７３ａ、７３ｂへの電流注入に関係なく一定の強度であるからである。リング共振器７３ａ、７３ｂに電流注入を行う場合に端面７８ｂから出力されるレーザ光については、電流注入量に応じてリング共振器７３ａ、７３ｂにて損失量が異なるので、上記電流注入量に応じて出力強度が変わってくる。しかしながら、端面７８ａからの出力強度は、端面７８ａ側にリング共振器が無いので、リング共振器の電流注入による損失の影響は受けず、安定したものとなる。よって、本実施形態に係る波長可変レーザは、より高品位に波長可変を行うことができる。
【００５８】
また、第１の実施形態では、光結合器に方向性結合器を用いてきたが、本実施形態ではマルチモード干渉計（ＭＭＩ）結合器を用いている。ＭＭＩ結合器は損失が少ない上、方向性結合器でもっとも問題となる光結合効率がプロセス精度にあまり依存せず一定となるため作製が容易となる。
【００５９】
すなわち、従来のリング共振器の光結合器には方向性結合器を用いてきたが、本発明では導波路幅をそれぞれの構成部品で最適化可能なため、従来、サイズが大きくなると言う欠点をもつマルチモード干渉計（ＭＭＩ）結合器をコンパクトに作製可能となる。
【００６０】
図８は、図７のＢ―Ｂ線にて切断した断面図である。すなわち、図８に、作製した素子のエピタキシャル成長層の断面構造を示す。図８において、ｎ−ＩｎＰ基板８１上にｎ−ＩｎＰ層８２が形成されており、ｎ−ＩｎＰ層８２上には、１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路８３が形成されている。１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路８３上の一部には、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ  ＭＱＷ活性層８４が形成されており、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰＭＱＷ活性層８４上、および該ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ  ＭＱＷ活性層８４が形成されていない１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路８３上にｐ−ＩｎＰ層８５が形成されている。さらに、ｐ−ＩｎＰ層８５上にはｐ＋−ＩｎＧａＡｓ層８６が形成されている。
【００６１】
次に、図８に示したエピタキシャル成長層の作製方法を説明する。まず、ｎ−ＩｎＰ基板８１上にｎ−ＩｎＰ層８２、１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路８３、およびＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ  ＭＱＷ活性層をエピタキシャル成長により形成する。次にゲイン領域とする部分以外のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ  ＭＱＷ活性層を除去する。こうして、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ  ＭＱＷ活性層８４を形成する。その後、ｐ−ＩｎＰ層８５及びｐ＋−ＩｎＧａＡｓ層８６を全面にエピタキシャル成長する。
【００６２】
本実施形態では、ゲイン領域はリッジ構造としたため、モード形状変換領域は図９のようになる。すなわち、１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路８３とｎ−ＩｎＰ層８２の幅をハイメサ導波路側に向かってだんだん細くしている。
【００６３】
図９（ａ）〜（ｄ）に本実施形態に係るモード形状変換領域の詳細を示す。図９（ａ）は、本実施形態に係るモード形状変換領域を説明するための上面図である。図９（ａ）において、符号９１は１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路であり、符号９２は、１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路９１上に形成されたｐ−ＩｎＰ層である。なお、このリッジ導波路の周囲には、第１の実施形態と同様にポリイミドが形成されているが、図面を簡単にするために、図９（ａ）〜（ｄ）においては、上記ポリイミドを省略する。
【００６４】
図９（ｂ）は、ゲイン領域の断面図である。図９（ｂ）から分るように、ゲイン領域では、ｎ−ＩｎＰ基板９３上にｎ−ＩｎＰ層９４が形成され、ｎ−ＩｎＰ層９４上に、１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路９１が形成され、１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路９１上にｐ−ＩｎＰ層９２が形成されている。このように、本実施形態では、ゲイン領域においてリッジ導波路が形成されている。なお、図９（ｂ）は、モード形状変換領域との界面付近の断面であるので、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ  ＭＱＷ活性層などの活性層が無い構造であるが、ゲイン領域において活性層がある領域では、図８に示す通り、１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路９４とｐ−ＩｎＰ層９２との間にＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ  ＭＱＷ活性層などの活性層が形成されていることは言うまでも無い。
【００６５】
符号９５は、テーパー形状の１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路（テーパー１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路とも呼ぶ）であり、１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路９１と同一の材料であるが、その形状がゲイン領域から、リング共振器へと続く導波路に向ってその幅が連続的に細くなる形状である。
【００６６】
図９（ｃ）は、モード形状変換領域の断面図である。図９（ｃ）から分るように、モード形状変換領域では、ｎ−ＩｎＰ基板９３上にテーパー形状のｎ−ＩｎＰ層（テーパーｎ−ＩｎＰ層とも呼ぶ）９６が形成され、テーパーｎ−ＩｎＰ層９６上に、テーパー１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路９５が形成され、テーパー１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路９５上にｐ−ＩｎＰ層９２が形成されている。上記テーパーｎ−ＩｎＰ層９６は、ｎ−ＩｎＰ層９４と同一の材料であるが、その形状がゲイン領域から、リング共振器へと続く導波路に向ってその幅が連続的に細くなる形状である。テーパー形状変換領域においても、図９（ｂ）から分るようにリッジ導波路となる。
【００６７】
すなわち、本実施形態のテーパー形状変換領域では、ゲイン領域において同じ幅を有する、１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路およびｎ−ＩｎＰ層が、ゲイン領域側からリング共振器側に向って同じ変化率でその幅を変化させている。この結果、ゲイン領域ではリッジ構造であった導波路構造は、テーパー形状変換領域により導波路形状が徐々に変化することによって、後述のようにハイメサ構造となる。
【００６８】
図９（ｄ）は、リング共振器に続く導波路の断面図である。図９（ｄ）から分るように、リング共振器に続く導波路では、ｎ−ＩｎＰ基板９３上にｎ−ＩｎＰ層９８が形成され、ｎ−ＩｎＰ層９８上に、１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路９７が形成され、１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路９７上にｐ−ＩｎＰ層９２が形成されている。この領域では、導波路はハイメサ構造となる。
【００６９】
このように、本実施形態においても、ゲイン領域とリング共振器とでは導波路構造が異なるが、テーパー形状変換領域によって、導波路形状をゲイン領域からリング共振器に徐々に変化させるので、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７０】
本実施形態に係るモード形状変換領域の光導波の様子（シミュレーション）を図１０（ａ）および（ｂ）に示す。図１０（ａ）にモード形状変換領域付きの場合、図１０（ｂ）に直接リッジ導波路とハイメサ導波路とを結合させた場合についての計算結果を示している。図１０（ａ）に示すように、モード形状変換領域を設けることにより、９９％の結合効率が得られることが示された。また、図１０（ｂ）に示したように、直接接続した場合の結合効率は９１％となる。
【００７１】
図１１に本実施形態に係るＭＭＩ光結合器の構造を示している。ＭＭＩ光結合器は、方向性結合器に較べてプロセスが容易でかつ低損失であるという特徴を持つ。ＭＭＩ光結合器１１１の長さ（ＬＭＭＩ）は次式で表される。
【００７２】
【数３】
2008066318.tif 000005
【００７３】
ここで、ｎeqは等価屈折率、ｗwgは導波路幅、ｗgapは導波路間隔、λは使用波長である。本式に示されるように光結合器の長さはＭＭＩ幅の二乗に比例することがわかる。
【００７４】
図１２（ａ）に、導波路間隔を０．５μｍとした場合のＭＭＩ光結合器長の最適値を示す。導波路幅を細くするほどＭＭＩ光結合器長が短くなることがわかる。また、図１２（ｂ）に、リング導波路の半径のＭＭＩ光結合器長依存性を示す。図１２（ｂ）に示されるように同じＦＳＲを得るためのリング半径はＭＭＩ長が短くなるほど大きくなる。一般にリング半径が小さくなると導波路損失が増加するため、同じＦＳＲを得るためにＭＭＩ長を短くしてリング半径を大きくした方がリング共振器の特性の向上が期待される。このように導波路幅の変換はＭＭＩ光結合器を用いた場合にも有効である。
【００７５】
図１３に作製した波長可変レーザの波長可変特性を示している。このときゲイン領域７２は９０ｍＡの電流注入を行いリング共振器７３ａに電流注入を行った場合の発振波長の変化を示している。このように電流注入することにより発振波長が制御可能なことが確認された。また、発振波長にかかわらず出力光強度もほぼ一定となっていることも確認された。
【００７６】
（第３の実施形態）  
本実施形態では、第２の実施形態にて説明した波長可変レーザの出力部分に光変調器および半導体光アンプをモノリシック集積している。ゲイン領域とＥＡ変調器の間にドライエッチングにより反射鏡を作製しレーザ部と光変調器部分を分離している。
【００７７】
本実施形態に係る波長可変レーザの構成を図１４に示す。図１４において、基本構成は、第２の実施形態で説明した図７の構成と同一である。本実施形態では、レーザ発振部と、ＥＡ変調器や半導体光アンプ（ＳＯＡ）などの他の素子をモノリシックに集積することを特徴とする。
【００７８】
図１４において、波長可変レーザ１４１は、ギャップ１４２にて、ゲイン領域７２の端面７８ａと所定の距離を置いてＥＡ変調器１４３およびＳＯＡ１４４がモノリシックに形成されている。モノリシックに形成されているので、ＥＡ変調器１４３およびＳＯＡ１４４と、ゲイン領域７２との光軸は一致していることは言うまでも無い。
【００７９】
図１５は、図１４のＣ―Ｃ線にて切断した断面図である。すなわち、図１５に、作製した素子のエピタキシャル成長層の断面構造を示す。図１５において、ＥＡ変調器１４３に対応する領域では、ｎ−ＩｎＰ基板８１上にｎ−ＩｎＰ層８２が形成されており、ｎ−ＩｎＰ層８２上には、ＥＡ変調器層１５１が形成されている。ＥＡ変調器１５１上には、ｐ−ＩｎＰ層８５が形成されており、ｐ−ＩｎＰ層８５上にはｐ＋−ＩｎＧａＡｓ層８６が形成されている。図１５からも分るように、ＥＡ変調器とゲイン領域との間にはギャップ１４２が形成されている。
【００８０】
また、ＳＯＡ１４４に対応する領域では、ｎ−ＩｎＰ基板８１上にｎ−ＩｎＰ層８２が形成されており、ｎ−ＩｎＰ層８２上には、１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路８３が形成されている。１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路８３上の一部には、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ  ＭＱＷ活性層８４が形成されており、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰＭＱＷ活性層８４上、および該ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ  ＭＱＷ活性層８４が形成されていない１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路８３上にｐ−ＩｎＰ層８５が形成されている。さらに、ｐ−ＩｎＰ層８５上にはｐ＋−ＩｎＧａＡｓ層８６が形成されている。
【００８１】
次に、図１５に示したエピタキシャル成長層の作製方法を説明する。まず、ｎ−ＩｎＰ基板８１上にｎ−ＩｎＰ、１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ  ＭＱＷ活性層を成長する。次にゲイン領域７２とする部分以外のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ  ＭＱＷ活性層を除去する。さらにＥＡ変調器層１５１を作製する領域の１．４Ｑ組成ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層を除去し Butt-joint 成長によりＥＡ変調器層１５１を成長する。そして、ｐ−ＩｎＰ及びｐ＋−ＧａＡｓ層を全面に成長する。最後に、ゲイン領域７２とＥＡ変調器１４３との間にドライエッチングによりギャップ１４２を形成する。これにより、ＥＡ変調器１４３とＳＯＡ１４４とをモノシリック集積した波長可変レーザ１４１を作製する。
【００８２】
本実施形態では、出力部分に光変調器、受光素子、あるいはブースター用半導体光アンプをモノリシック集積することが可能なため様々な機能が実現可能となる。
【００８３】
本実施形態では、変調器としてＥＡ変調器を用いたが、これに限らずマッハツェンダー光変調器、さらには受光素子や光ＡＮＤゲートを集積した波長変換素子などを作製することも可能である。
【００８４】
最後に、上述の各実施形態では、ＩｎＰ系の化合物半導体を用いたがＧａＡｓ系やＳｉとＳｉＯ２やポリイミドなどで構成されるシリコン細線導波路でもゲイン媒質をハイブリット接続すれば同様に実現できることを付記しておく。また、上述の各実施形態では電流注入による屈折率変化を用いたが、電圧や熱による屈折率変化を用いても、波長可変動作を得ることができる。
【００８５】
（第４の実施形態）  
本実施形態では、複数のゲイン領域を設け、該複数のゲイン領域のうちの２つのゲイン領域の間に２つ以上のリング共振器を設けている。  
本実施形態に係る波長可変レーザを図１８に示す。
【００８６】
図１８において、波長可変レーザ１８１は、ゲイン領域１８２ａおよび１８２ｂ、リング共振器１８３ａおよび１８３ｂ、モード形状変換領域１８４ａおよび１８４ｂ、導波路幅変換領域１８５ａおよび１８５ｂ、光結合器１８６ａ〜１８６ｄ、位相調整領域１８７、端面１８８ａおよび１８８ｂを備えている。
【００８７】
図１８に示すように、本実施形態では、ゲイン領域を２つに分け（ゲイン領域１８２ａおよび１８２ｂ）、２つのリング共振器１８３ａおよび１８３ｂを挟むように、ゲイン領域１８２ａおよび１８２を配置している。そして、ゲイン領域１８２ａと光結合器１８６ａとの間にモード形状変換領域１８４ａおよび導波路幅変換領域１８５ａが設けられ、ゲイン旅域１８２ａとリング共振器１８３ａとの間で光のモード形状および導波路幅を変換している。同様に、ゲイン領域１８２ｂと光結合器１８６ｄとの間にもモード形状変換領域１８４ｂおよび導波路幅変換領域１８５ｂが設けられ、ゲイン旅域１８２ｂとリング共振器１８３ｂとの間で光のモード形状および導波路幅を変換している。また、端面１８８ｂは、ゲイン領域１８２ｂに形成されている。すなわち、ゲイン領域１８２ｂが直接出力端面と接していることになる。
【００８８】
本実施形態では、第２の実施形態と同様に、端面１８８ａや１８８ｂからの出力は、リング共振器への電流注入量に伴う出力光強度の変動を抑えることが可能となる。さらに、本実施形態による構成では、リング共振器の損失が大きくなった場合でも安定な波長可変動作が可能となる。これについて図１９を用いて説明する。
【００８９】
図１９（ｂ）は、第２の実施形態に係る波長可変レーザの模式図であり、図１９（ｃ）は、本実施形態に係る波長可変レーザの模式図である。図１９（ｂ）、（ｃ）において、各記号ａ〜ｆはそれぞれ、波長可変レーザ中の所定の点を示す。図１９（ａ）において、実線は、第２の実施形態に係る波長可変レーザの点ａ〜ｆにおける光強度の変化を示しており、破線は、本実施形態に係る波長可変レーザの点ａ〜ｆにおける光強度の変化を示している。よって、図１９（ａ）の横軸の記号ａ〜ｆは、図１９（ｂ）および（ｃ）中の記号ａ〜ｆにそれぞれ対応する。
【００９０】
図１９（ｂ）および１９（ｃ）において、光は点ａ⇒ｂ⇒ｃ⇒ｄ⇒ｅ⇒ｆの順に通過し、再び点ａに戻ってくる。この場合、トータルのゲイン領域の長さや、各リング共振器の損失は、光が２つのリング共振器を一度ずつ通過すると１０ｄＢの損失が生じるものと仮定する。
【００９１】
図１９（ａ）から明らかなように、点ａに再び戻ってきたときの光強度は、第２の実施形態に係る波長可変レーザと本実施形態に係る波長可変レーザとでは同じであるが、第２の実施形態に係る波長可変レーザでは、点ｃでの損失が本実施形態に係る波長可変レーザにおける、最も損失が大きい点と比較して１０ｄＢ以上の損失になっていることが分る。従って、本実施形態によれば、リング共振器の損失が大きな場合であっても、ゲイン領域からのノイズなどの影響を抑え、第２の実施形態よりも安定してレーザ発振することが可能となる。すなわち、本実施形態では、リング共振器の損失が大きい場合であっても、最大の損失は１０ｄＢであり、安定な波長可変動作を得ることができる。
【００９２】
上述の各実施形態から分るように、本発明の一実施形態では、複数のリング共振器と少なくとも１つ以上のゲイン領域とを設けることが可能であり、様々な配置方法でそれらを配置することができる。ただし、本発明の一実施形態では、複数のリング共振器と少なくとも１つ以上のゲイン領域とを配置する場合、複数のリング共振器のうち、ゲイン領域と接続する対象となるリング共振器と、該リング共振器と接続するゲイン領域との間に、モード形状変換領域を設けることが必要である。すなわち、上記間にモード形状変換領域を設けさえすれば、いずれの配置方法をとっても良い。なお、上記間に導波路幅変換領域を設ける形態は、より好ましい形態である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の一実施形態に係る波長可変レーザを説明するための図である。
【図２】図１のＡ―Ａ線にて切断した断面図である。
【図３】（ａ）は、本発明の一実施形態に係るモード形状変換領域の上面図であり、（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれ（ａ）の一点鎖線における断面図である。
【図４】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る方向性結合器の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した方向性結合器の導波路幅に対するリング共振器との結合効率の割合を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るリング共振器からの反射特性を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る波長可変レーザの発振特性を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る波長可変レーザを説明するための図である。
【図８】図７のＢ―Ｂ線にて切断した断面図である。
【図９】（ａ）は、本発明の一実施形態に係るモード形状変換領域の上面図であり、（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれ（ａ）の一点鎖線における断面図である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るモード形状変換領域の光導波の様子（シミュレーション）を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係るＭＭＩ光結合器の上面図である。
【図１２】（ａ）は、本発明の一実施形態に係るＭＭＩ光結合器の導波路幅と光結合器長の関係を示す図であり、（ｂ）は、ＭＭＩ光結合器の光結合器長とリング半径の関係を示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る波長可変レーザの発振特性を示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係る波長可変レーザを説明するための図である。
【図１５】図１４のＣ―Ｃ線にて切断した断面図である。
【図１６】従来のリング共振器を用いた波長可変レーザを示す図である。
【図１７】本発明の一実施形態に係る、ＦＳＲと増倍係数との関係、およびそのときの隣接縦モード間の反射率の差を示す図である。
【図１８】本発明の一実施形態に係るリング共振器からの反射特性を示す図である。
【図１９】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態と第４の実施形態のそれぞれに係る波長可変レーザにおける所定の点での光強度の変化を示した図である。
【符号の説明】
【００９４】
１、７１    波長可変レーザ
２、７２    ゲイン領域
３ａ、３ｂ、７３ａ、７３ｂ    リング共振器
４、７４    モード形状変換領域
６ａ〜６ｄ    光結合器
５、７５    導波路幅変換領域
７ａ、７ｂ    出力導波路
８ａ、８ｂ    光導波路
９    位相調整領域
１０ａ、１０ｂ、７８ａ、７８ｂ    端面
７６ａ〜７６ｄ    ＭＭＩ光結合器
７７    位相調整領域
【図１】
2008066318.tif 000006
【図２】
2008066318.tif 000007
【図３】
2008066318.tif 000008
【図４】
2008066318.tif 000009
【図５】
2008066318.tif 000010
【図６】
2008066318.tif 000011
【図７】
2008066318.tif 000012
【図８】
2008066318.tif 000013
【図９】
2008066318.tif 000014
【図１０】
2008066318.tif 000015
【図１１】
2008066318.tif 000016
【図１２】
2008066318.tif 000017
【図１３】
2008066318.tif 000018
【図１４】
2008066318.tif 000019
【図１５】
2008066318.tif 000020
【図１６】
2008066318.tif 000021
【図１７】
2008066318.tif 000022
【図１８】
2008066318.tif 000023
【図１９】
2008066318.tif 000024