(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体光増幅器と周期的な周波数特性を有する波長選択フィルタと波長可変フィルタと備え、Δｆの範囲で波長可変である外部共振器型波長可変レーザであって、
前記Δｆを１以上の領域に分割し、少なくとも一つのΔｆｉ領域について、
係数ｍｊは
ｍｊ＝（ｊ×Δｆｆｓ）／ΔｆＦＰ
Δｆｆｓ：前記波長選択フィルタの周期
ΔｆＦＰ：前記外部共振器の長さに依存するファブリペロモード間隔
ｊ  ：１以上で（Δｆｉ／Δｆｆｓ）以下の整数
であり、
係数Ｍｊは、前記係数ｍｊの少数点以下１桁目を四捨五入した整数の値であり、
係数Ｎｉ、ｊは、Δｆｉ／（ｊ×Δｆｆｓ）の少数点以下１桁目を切り捨てた整数の値であるとき、
少なくとも一つのｊについて、
（Ｍｊ−ｍｊ）＞０、  ０＜Ｎｉ、ｊ×２π（Ｍｊ−ｍｊ）≦π
の関係を満足し、
前記ｊ≧２であり、
前記波長選択フィルタの複数の波長透過帯域と、ファブリペロモードの複数の周波数との関係において、
前記波長選択フィルタの第一の波長透過帯域の中心周波数と前記ファブリペロモードの第一の周波数とが一致するとき、
前記第一の波長透過帯域に隣接する前記波長選択フィルタの第二の波長透過帯域の中心周波数と、当該第二の波長透過帯域の中心周波数に隣接する前記ファブリペロモードの第二の周波数との差が、前記ファブリペロモード間隔に対して位相差２π／ｊであることを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項２】
半導体光増幅器と周期的な周波数特性を有する波長選択フィルタと波長可変フィルタと備え、Δｆの範囲で波長可変である外部共振器型波長可変レーザであって、
前記Δｆを１以上の領域に分割し、少なくとも一つのΔｆｉ領域について、
係数ｍｊは
ｍｊ＝（ｊ×Δｆｆｓ）／ΔｆＦＰ
Δｆｆｓ：前記波長選択フィルタの周期
ΔｆＦＰ：前記外部共振器の長さに依存するファブリペロモード間隔
ｊ  ：１以上で（Δｆｉ／Δｆｆｓ）以下の整数
であり、
係数Ｍｊは、前記係数ｍｊの少数点以下１桁目を四捨五入した整数の値であり、
係数Ｎｉ、ｊは、Δｆｉ／（ｊ×Δｆｆｓ）の少数点以下１桁目を切り捨てた整数の値であるとき、
少なくとも一つのｊについて、
（Ｍｊ−ｍｊ）＜０、  −π≦Ｎｉ、ｊ×２π（Ｍｊ−ｍｊ）＜０
の関係を満足し、
前記ｊ≧２であり、
前記波長選択フィルタの複数の波長透過帯域と、ファブリペロモードの複数の周波数との関係において、
前記波長選択フィルタの第一の波長透過帯域の中心周波数と前記ファブリペロモードの第一の周波数とが一致するとき、
前記第一の波長透過帯域に隣接する前記波長選択フィルタの第二の波長透過帯域の中心周波数と、当該第二の波長透過帯域の中心周波数に隣接する前記ファブリペロモードの第二の周波数との差が、前記ファブリペロモード間隔に対して位相差２π／ｊであることを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項３】
さらに、
０＜Ｎｉ、ｊ×２π（Ｍｊ−ｍｊ）＜π／２
の関係が満足する、請求項１記載の外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項４】
さらに、
-π／２＜Ｎｉ、ｊ×２π（Ｍｊ−ｍｊ）＜０
の関係が満足する、請求項２記載の外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項５】
前記ｊが２≦ｊ≦４である、請求項１〜４のいずれか一つに記載の外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項６】
前記ｊ＝２又は４である、請求項５に記載の外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項７】
前記ｉ＝１である、請求項１〜６のいずれか一つに記載の外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項８】
前記Δｆを２以上のｉ個の領域に分割する、請求項１〜６のいずれか一つに記載の外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項９】
前記半導体光増幅器に位相調整領域を集積されており、電流注入又は電圧印可による位相調整機能を有している、請求項１〜８のいずれか一つに記載の外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項１０】
前記外部共振器全長が１８ｍｍ以下である、請求項１〜９のいずれか一つに記載の外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項１１】
前記外部共振器全長を変化させて位相調整を行う、請求項１〜１０のいずれか一つに記載の外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項１２】
前記半導体光増幅器の温度を変化することにより位相調整を行う、請求項１〜１１のいずれか一つに記載の外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項１３】
前記半導体光増幅器へ供給される電流変化によって前記半導体光増幅器の温度を変化する、請求項１２に記載の外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項１４】
前記波長選択フィルタの温度を変化することにより前記波長選択フィルタの透過帯中心周波数調整を行う、請求項１〜１３のいずれか一つに記載の外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項１５】
前記波長可変フィルタの温度を変化することにより前記波長可変フィルタの透過帯中心周波数調整を行う、請求項１〜１４のいずれか一つに記載の外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項１６】
前記波長選択フィルタは、回折格子を含む波長選択フィルタ・ミラーに一体的に形成されており、
前記波長選択フィルタ・ミラーの光入射面に垂直な角度は、光入射角度の±１°以内である、請求項１〜１５のいずれか一つに記載の外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項１７】
外部共振器を備え、出力波長が異なる複数のチャネルを有する外部共振器型波長可変レーザであって、
半導体光増幅器と、
周期的な透過周波数特性を有し、前記半導体光増幅器からの光を選択的に透過する波長選択フィルタと、
前記半導体光増幅器からの所定の波長の光を透過する波長可変フィルタと、
出力波長制御を行う制御部を備え、
前記複数のチャネルは、それぞれが複数のチャネルから構成された複数のチャネル・グループに分割され、
前記制御部は、互いに関連づけられた制御データから構成され、前記複数のチャネル・グループにそれぞれ対応する複数の制御データ・セットを備え、出力されるチャネルが対応する制御データ・セットを使用して波長制御を実行し、
前記複数のチャネル・グループの少なくとも一つについて、
前記少なくとも一つのチャネル・グループの波長範囲はΔｆｉであり、
係数ｍｊは、
ｍｊ＝（ｊ×Δｆｆｓ）／ΔｆＦＰ
Δｆｆｓ：前記波長選択フィルタの周期
ΔｆＦＰ：前記外部共振器の長さに依存するファブリペロモード間隔
ｊ  ：１以上で（Δｆｉ／Δｆｆｓ）以下の整数
であり、
係数Ｍｊは、前記係数ｍｊの少数点以下１桁目を四捨五入した整数の値であり、
係数Ｎｉ、ｊは、Δｆｉ／（ｊ×Δｆｆｓ）の少数点以下１桁目を切り捨てた整数の値であるとき、
少なくとも一つのｊについて、
（Ｍｊ−ｍｊ）＞０、  ０＜Ｎｉ、ｊ×２π（Ｍｊ−ｍｊ）≦π
の関係を満足し、
前記ｊ≧２であり、
前記波長選択フィルタの複数の波長透過帯域と、ファブリペロモードの複数の周波数との関係において、
前記波長選択フィルタの第一の波長透過帯域の中心周波数と前記ファブリペロモードの第一の周波数とが一致するとき、
前記第一の波長透過帯域に隣接する前記波長選択フィルタの第二の波長透過帯域の中心周波数と、当該第二の波長透過帯域の中心周波数に隣接する前記ファブリペロモードの第二の周波数との差が、前記ファブリペロモード間隔に対して位相差２π／ｊであることを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項１８】
外部共振器を備え、出力波長が異なる複数のチャネルを有する外部共振器型波長可変レーザであって、
半導体光増幅器と、
周期的な透過周波数特性を有し、前記半導体光増幅器からの光を選択的に透過する波長選択フィルタと、
前記半導体光増幅器からの所定の波長の光を透過する波長可変フィルタと、
出力波長制御を行う制御部を備え、
前記複数のチャネルは、それぞれが複数のチャネルから構成された複数のチャネル・グループに分割され、
前記制御部は、互いに関連づけられた制御データから構成され、前記複数のチャネル・グループにそれぞれ対応する複数の制御データ・セットを備え、出力されるチャネルが対応する制御データ・セットを使用して波長制御を実行し、
前記複数のチャネル・グループの少なくとも一つについて、
前記少なくとも一つのチャネル・グループの波長範囲はΔｆｉであり、
係数ｍｊは、
ｍｊ＝（ｊ×Δｆｆｓ）／ΔｆＦＰ
Δｆｆｓ：前記波長選択フィルタの周期
ΔｆＦＰ：前記外部共振器の長さに依存するファブリペロモード間隔
ｊ  ：１以上で（Δｆｉ／Δｆｆｓ）以下の整数
であり、
係数Ｍｊは、前記係数ｍｊの少数点以下１桁目を四捨五入した整数の値であり、
係数Ｎｉ、ｊは、Δｆｉ／（ｊ×Δｆｆｓ）の少数点以下１桁目を切り捨てた整数の値であるとき、
少なくとも一つのｊについて、
（Ｍｊ−ｍｊ）＜０、  −π≦Ｎｉ、ｊ×２π（Ｍｊ−ｍｊ）＜０
の関係を満足し、
前記ｊ≧２であり、
前記波長選択フィルタの複数の波長透過帯域と、ファブリペロモードの複数の周波数との関係において、
前記波長選択フィルタの第一の波長透過帯域の中心周波数と前記ファブリペロモードの第一の周波数とが一致するとき、
前記第一の波長透過帯域に隣接する前記波長選択フィルタの第二の波長透過帯域の中心周波数と、当該第二の波長透過帯域の中心周波数に隣接する前記ファブリペロモードの第二の周波数との差が、前記ファブリペロモード間隔に対して位相差２π／ｊであることを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項１９】
前記複数のデータ・セットのそれぞれは、対応するチャネル・グループの各チャネルに共通であって、前記データ・セット毎に異なる初期値を備える、請求項１７または１８に記載の外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項２０】
前記制御部は位相調整信号を出力し、
前記位相調整信号は、一つの前記チャネル・グループ内において単調増加もしくは単調減少する、
請求項１７〜１９のいずれか一つに記載の外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項２１】
前記複数のチャネル・グループは、それぞれ異なる連続波長範囲に含まれている、請求項１７〜２０のいずれか一つに記載の外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項２２】
前記制御部は、一つの波長範囲に含まれる複数のチャネル・グループのそれぞれに対応するデータ・セットを備える、請求項１７〜２０のいずれか一つに記載の外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項２３】
前記ｊが２≦ｊ≦４である、請求項１７〜２２のいずれか一つに記載の外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項２４】
前記ｊ＝２又は４である、請求項２３に記載の外部共振器型波長可変レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は外部共振器型波長可変レーザに関し、特に共振器内に半導体光増幅器、周期的な周波数特性を有する波長選択フィルタ、及び波長可変フィルタを配置した外部共振器型波長可変レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、急速なインターネットの普及に伴い、通信トラフィックの更なる大容量化が求められ、システム単チャネルあたりの伝送速度の向上、ならびに光波長多重（Wavelength Division Multiplexing（WDM））化によるチャネル数の拡大が進んでいる。一方、トラフィックの増減や障害に応じて、動的にパス設定が可能となるような柔軟なネットワークの構築も求められており、より多様なサービスの提供を可能とするネットワークインフラの整備が待望されている。【０００３】
このような大容量で高機能、高信頼のフォトニックネットワークを構築するためには、波長を自由に制御する技術が必要不可欠であり、波長可変（選択）光源は、極めて重要なシステム・キー・デバイスとなってきている。このようなニーズを背景に、現在、分布帰還型（Distributed  Feedback（ＤＦＢ））レーザの温度をある程度変化させることで、約５００ＧＨｚ程度の波長可変幅が得られる波長可変ＤＦＢレーザが実用化されている（非特許文献１）。【０００４】
更に、より広い波長域として１ＴＨｚを越えるものや（非特許文献２）、中・長距離光通信で使用される、希土類（Erbium等）を添加した光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Erbium  Doped  Fiber  Amplifier）の利得帯域が４ＴＨｚ程度であることから、望ましい波長可変幅として、４ＴＨｚ以上の波長可変（選択）幅を有する波長可変レーザの実用化が求められてきている。【０００５】
このような要求を満足する波長可変レーザとして、半導体光増幅器と外部反射鏡を用いて外部共振器を形成し、波長可変（選択）フィルタ等を挿入することにより波長選択特性を実現する外部共振器型波長可変レーザは、比較的容易に４ＴＨｚ以上の波長可変幅を得られることから、盛んに研究開発が行われてきている。このタイプの波長可変レーザでは、共振器内に挿入される波長可変（選択）フィルタにより、その基本特性の大部分が決まるため、優れた特性を有する様々な波長可変（選択）フィルタが開発され、光源に導入されてきている。【０００６】
例えば、特許文献１に示されるような、エタロンを回転させるフィルタ、特許文献２に示されるような回折格子を回転させるフィルタ、特許文献３に示されるような音響光学フィルタや誘電体フィルタ、そして、波長可変ミラーとして特許文献４に示される電気制御型波長可変ミラーなどがある。【０００７】
上記波長可変（選択）フィルタを用いて、外部共振器型波長可変レーザを構成する方法は種々存在するが、特に、特許文献５に示すような、利得媒質に加えて、"波長選択フィルタ＋波長可変フィルタ＋反射ミラー"を用いる構成が、高性能な光源を実現する上で有効である。例えば、波長選択フィルタとして周期的な周波数特性を有するエタロンを用い、波長可変フィルタ＋反射ミラーとして、音響光学フィルタ＋反射ミラーや電気制御型波長可変ミラー等が用いられる。【０００８】
この構成による波長選択動作の原理は、図１６Ａを用いて、簡単に次のように説明できる。まず、半導体光増幅器等の利得媒質から出る光は、外部共振器全長に依存する多数のファブリペロモード８を含んでいるが、これらのモードのうち、波長選択フィルタの周期的な透過帯域７の周期と一致する複数のモードのみが選択され、この波長選択フィルタを透過する。【０００９】
次に波長可変フィルタ７ｂを示す波長可変フィルタにより、上記、透過した複数のモードのうちの一つだけが選ばれ、フィルタを透過する。透過光は反射器等で反射されて、最終的に利得媒質まで戻り、帰還ループを構成するのである。この構成では、比較的容易にモード安定性の高い波長可変レーザが実現されるほか、比較的シンプルな制御で波長選択特性が実現できる。【００１０】
【非特許文献１】２０００年 秋季 電子情報通信学会ソサイエティ大会 『波長ロッカー内蔵ＤＦＢ−ＬＤモジュール』Ｃ−３−１０６
【非特許文献２】T. Morimoto, K. Yashiki, K. Kudo, and T. Sasaki, "Wavelength-selectable microarray light sources for DWDM photonic networks," (Invited) IEICE Trans. Electron., vol. E85-C, no. 4, pp. 982-989, April. 2002.
【特許文献１】特開平４−６９９８７号公報  （第１図）
【特許文献２】特開平５−４８２２０号公報  （図１）
【特許文献３】特開２０００−２６１０８６号公報  （[０００９]〜[００１０]、図３）、（[００１１]〜[００１２]、図５）
【特許文献４】米国特許第ＵＳ６２１５９２８Ｂ１号明細書
【特許文献５】特開２００２−３５３５５５号公報  （[００１３]）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記"波長選択フィルタ＋波長可変フィルタ＋反射ミラー"の構成では、その動作原理は、波長選択フィルタの周期的な透過帯域７に対し、外部共振器長により決まるファブリペロモード８が一致していることが前提条件となっていた。しかし実際には、波長選択フィルタの周期的な透過帯域７とファブリペロモード８は、必ずしも一致するとは限らず、むしろ殆どの場合一致しないため何らかの位相調整が必要であり、位相調整方法についても以下で述べるような課題があった。【００１２】
まず、位相調整について述べる。図１６Ｂに波長選択フィルタの透過帯域７とファブリペロモード位置８との関係の一例を示す。ファブリペロモード８の間隔は８aで示されている。この例では、ほとんど全ての波長選択フィルタ透過帯域７において、ファブリペロモード８ははずれており、一つの波長選択フィルタ透過帯域９ａのみがファブリペロモードと一致する。波長選択を行うためには、波長選択フィルタ透過帯域７とファブリペロモード８とを一致させるために、位相調整が必要となる。【００１３】
すなわち、選択波長（出力チャネル）を変える度に、位相調整が必要となるのである。この位相調整量（位相差）は、ファブリペロモード間隔ΔｆＦＰ８aと、波長選択フィルタの透過帯域に最も近いファブリペロモードとの周波数差ΔＥ（エネルギー差）を用いて、
位相差＝２π×ΔＥ／ΔｆＦＰ    （数式１）【００１４】
と表せる。特に、もっとも大きな位相差が生じる場合は、図１６Ｂパターン１に示すように、２つのファブリペロモードの中間に波長選択フィルタ透過帯域が存在する場合であり、最大πの位相差を調整する必要があった。この位相調整量は少なければ少ないほど波長選択動作を素早く行えるため少ないことが望ましいが、常に最悪ケースであるπの位相調整量を想定する必要があった。【００１５】
次に、位相調整方法における課題について述べる。一般に位相調整は、外部共振器長に依存するファブリペロモードの相対位置（波長選択フィルタの透過帯域位置との相対位置）を動かして調整を行う。典型的な従来の調整方法は、反射ミラーと半導体光増幅器の相対距離を変化させることで、外部共振器長の調整を行う。位相差が小さくなり、エタロン透過帯域７とファブリペロモード８が十分に近づくと、そのファブリペロモードが選択され、波長選択フィルタを透過できるようになる。この結果、波長選択フィルタを透過してくる光の出力が大きくなっていく。【００１６】
このことから位相調整は、光出力が大きくなるようにファブリペロモードを動かすことによってなされる。但し、この際、手順としては、最初にファブリペロモードを動かす方向（長波長側、または、短波長側）を決める必要があるが、例えば、図１６Ｂパターン２では長波長側にファブリペロモード８が存在し、また例えば、パターン３では短波長側にファブリペロモード８が存在するというように、波長選択フィルタの透過帯域に対し、最も近いファブリペロモードが長波長側、短波長側どちら側に存在するかわからないため、誤った方向にファブリペロモードを変化させた場合には、位相差がかえって大きくなり、光出力が減少していく。【００１７】
この現象がモニターされた場合、２つの対処法が考えられる。一つは、そのまま、同じ方向にファブリペロモード８を動かし、別のファブリペロモード８と位相を会わせる方法（図１６Ｃの位相調整１参照）であるが、位相調整量がπよりも大きくなり（最大位相調整量２π）、位相調整に多くの時間を要するという問題があった。もう一つは、最大位相調整量はπ程度に抑えるため、位相調整により光出力が減少していく場合、ファブリペロモード８を動かす方向を反転し、再度位相調整を行う方法である（図１６Ｃの位相調整２参照）。結局、従来の位相調整方法は、位相差も大きく、さらに、複雑な位相調整を行うため、位相調整時間が長くなるという問題があった。【００１８】
このように、"波長選択フィルタ＋波長可変フィルタ＋反射ミラー"を用いる構成の外部共振器型波長可変レーザにおいては位相調整が必要となるが、従来の波長可変レーザにおいては位相のずれている方向が不明であるため、位相調整に多くの時間が必要とされ、波長切り替えに多くの時間がかかるという問題があった。あるいは、波長切り替え時における位相調整を、外部共振器長を変化させることによって行っていたため、位相調整及び波長切り替えに多くの時間がかかるという問題があった。一方、例えば、広範囲の波長範囲において波長切り替え制御を行う場合、全ての選択波長を一元的に制御することが困難となることが考えられる。特に、高速制御のために特定の条件を満たすように外部共振器型波長可変レーザを構成する場合、制御する波長範囲が広いほど高い精度が要求され量産性が低下する。【００１９】
本発明は上記のような事情を背景としてなされたものであって、本発明の目的は、外部共振器型波長可変レーザにおける波長切り替え処理を改善することである。本発明の他の目的は、外部共振器型波長可変レーザにおいて、高速な波長切り替え動作を可能とすることである。本発明の他の目的は、外部共振器型波長可変レーザにおける波長切り替えを効果的に制御することである。本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるだろう。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の第１の態様に係る外部共振器型波長可変レーザは、半導体光増幅器と周期的な周波数特性を有する波長選択フィルタと波長可変フィルタと備え、Δｆの範囲で波長可変である外部共振器型波長可変レーザであって、前記Δｆを１以上の領域に分割し、少なくとも一つのΔｆｉ領域について、係数ｍｊはｍｊ＝（ｊ×Δｆｆｓ）／ΔｆＦＰ（Δｆｆｓ：前記波長選択フィルタの周期、ΔｆＦＰ：前記外部共振器の長さに依存するファブリペロモード間隔、ｊ：１以上で（Δｆｉ／Δｆｆｓ）以下の整数）であり、係数Ｍｊは、前記係数ｍｊの少数点以下１桁目を四捨五入した整数の値であり、係数Ｎｉ、ｊは、Δｆｉ／（ｊ×Δｆｆｓ）の少数点以下１桁目を切り捨てた整数の値であるとき、少なくとも一つのｊについて、（Ｍｊ−ｍｊ）＞０、０＜Ｎｉ、ｊ×２π（Ｍｊ−ｍｊ）≦π、の関係が満足する。上記条件を満たすことによって位相のずれ方向が特定され、簡単な波長切り替えが可能となり、波長切り替えの高速化を図ることができる。【００２１】
本発明の第２の態様に係る外部共振器型波長可変レーザは、半導体光増幅器と周期的な周波数特性を有する波長選択フィルタと波長可変フィルタと備え、Δｆの範囲で波長可変である外部共振器型波長可変レーザであって、前記Δｆを１以上の領域に分割し、少なくとも一つのΔｆｉ領域について、係数ｍｊはｍｊ＝（ｊ×Δｆｆｓ）／ΔｆＦＰ（Δｆｆｓ：前記波長選択フィルタの周期、ΔｆＦＰ：前記外部共振器の長さに依存するファブリペロモード間隔、ｊ：１以上で（Δｆｉ／Δｆｆｓ）以下の整数）であり、係数Ｍｊは、前記係数ｍｊの少数点以下１桁目を四捨五入した整数の値であり、係数Ｎｉ、ｊは、Δｆｉ／（ｊ×Δｆｆｓ）の少数点以下１桁目を切り捨てた整数の値であるとき、少なくとも一つのｊについて、（Ｍｊ−ｍｊ）＜０、−π≦Ｎｉ、ｊ×２π（Ｍｊ−ｍｊ）＜０の関係が満足する。上記条件を満たすことによって位相のずれ方向が特定され、簡単な波長切り替えが可能となり、波長切り替えの高速化を図ることができる。【００２２】
第１の態様の場合、さらに、０＜Ｎｉ、ｊ×２π（Ｍｊ−ｍｊ）＜π／２の関係が満足することが好ましい。位相調整量が小さく、波長切り替えを速めることができる。
また、第２の態様の場合、-π／２＜Ｎｉ、ｊ×２π（Ｍｊ−ｍｊ）＜０の関係が満足することが好ましい。位相調整量が小さく、波長切り替えを速めることができる。【００２３】
ｊ＝１は好ましい態様の一つである。これによってより高速な制御を行うことができる。また、ｊ＝２は好ましい他の態様の一つである。これによって高いシングルモード安定性を有する外部共振器型波長可変レーザを提供することができる。【００２４】
また、ｉ＝１であることは、好ましい態様の一つである。これによってより高速な制御を行うことができるほか、波長選択フィルタの透過帯域全てを選択波長として使用可能な外部共振器型波長可変レーザを提供することができる。あるいは、前記ｉは２以上の整数であることは好ましい他の態様の一つである。これによって、広い波長範囲において波長可変な外部共振器型波長可変レーザの量産性を改善することができる。【００２５】
前記半導体光増幅器に位相調整領域を集積されており、電流注入又は電圧印可による位相調整機能を有していることが好ましい。電流注入又は電圧印可による位相調整機能は制御の高速化に寄与することができる。
前記外部共振器全長が１８ｍｍ以下であることが好ましい。これによってパッケージに優れた外部共振器型波長可変レーザを提供することができ、また、副モード抑圧比を改善することができる。【００２６】
本発明の他の態様に係る外部共振器型波長可変レーザは、外部共振器を備え出力波長が可変である、外部共振器型波長可変レーザであって、光を放出し光増幅を行う利得領域と、電流注入又は電圧印可による位相調整を行う位相調整領域とを有する半導体光増幅器と、外部共振器内に配置され、周期的な透過周波数特性を有し、前記半導体光増幅器からの光を選択的に透過する波長選択フィルタと、前記外部共振器内に配置され、前記半導体光増幅器からの所定の波長の光を透過する波長可変フィルタと、を有するものである。外部共振器型波長可変レーザにける半導体光増幅器が、電流注入又は電圧印可による位相調整を行う位相調整領域を有することによって、波長切り替え動作の高速化を図ることができる。【００２７】
前記外部共振器全長を変化させて位相調整を行うことができる。あるいは、前記半導体光増幅器の温度を変化することにより位相調整を行うことができる。あるいは、前記半導体光増幅器へ供給される電流変化によって前記半導体光増幅器の温度を変化することができる。あるいは、前記波長選択フィルタの温度を変化することにより前記波長選択フィルタの透過帯中心周波数調整を行うことができる。あるいは、前記波長可変フィルタの温度を変化することにより前記波長可変フィルタの透過帯中心周波数調整を行うことができる。あるいは、前記波長選択フィルタは、回折格子を含む波長選択フィルタ・ミラーに一体的に形成されており、前記波長選択フィルタ・ミラーの光入射面に垂直な角度は、光入射角度の±１°以内であることが好ましい。これによって、アライメントを容易なものとし光出力の大きな低下を防止することができる。【００２８】
本発明の他の態様に係る外部共振器型波長可変レーザは、外部共振器を備え、出力波長が異なる複数のチャネルを有する外部共振器型波長可変レーザであって、半導体光増幅器と、周期的な透過周波数特性を有し、前記半導体光増幅器からの光を選択的に透過する波長選択フィルタと、前記半導体光増幅器からの所定の波長の光を透過する波長可変フィルタと、出力波長制御を行う制御部を備え、前記複数のチャネルはそれぞれが複数のチャネルから構成される複数のチャネル・グループに分割されており、前記制御部は、互いに関連付けられた制御データから構成され、前記複数のチャネル・グループにそれぞれ対応する複数のデータ・セットを備え、出力されるチャネルが対応するデータ・セットを使用して波長制御を実行するものである。複数のチャネルを複数のグループに分割し、各グループに対応するデータ・セットを使用して波長制御を実行することによって、外部共振器型波長可変レーザにおける効果的な波長制御が実現される。【００２９】
前記複数のデータ・セットのそれぞれは、対応するチャネル・グループの各チャネルに共通であって、前記データ・セット毎に異なる初期値を備えることが好ましい。あるいは、前記制御部は位相調整信号を出力し、前記位相調整信号は、一つの前記チャネル・グループ内において単調増加もしくは単調減少することが好ましい。これによって簡便な位相調整が可能となる。
前記制御部は、波長範囲が異なる複数のチャネル・グループのそれぞれに対応するデータ・セットを備えることが好ましい。これによって、広い波長範囲に及ぶ波長切り替え可能な外部共振器型波長可変レーザを提供することができる。あるいは、前記制御部は、一つの波長範囲に含まれる複数のチャネル・グループのそれぞれに対応するデータ・セットを備えることが好ましい。これによって、外部共振器型波長可変レーザのシングルモード安定性を改善することができる。【００３０】
前記複数のチャネル・グループの少なくとも一つについて、前記少なくとも一つのチャネル・グループの波長範囲はΔｆｉであり、係数ｍｊはｍｊ＝（ｊ×Δｆｆｓ）／ΔｆＦＰ（Δｆｆｓ：前記波長選択フィルタの周期、ΔｆＦＰ：前記外部共振器の長さに依存するファブリペロモード間隔、ｊ：１以上で（Δｆｉ／Δｆｆｓ）以下の整数）であり、係数Ｍｊは前記係数ｍｊの少数点以下１桁目を四捨五入した整数の値であり、係数Ｎｉ、ｊは、Δｆｉ／（ｊ×Δｆｆｓ）の少数点以下１桁目を切り捨てた整数の値であるとき、少なくとも一つのｊについて、（Ｍｊ−ｍｊ）＞０、０＜Ｎｉ、ｊ×２π（Ｍｊ−ｍｊ）≦πの関係が満足することが好ましい。これによって、波長切り替えを容易化し、高速な波長切り替えを可能とすることができる。【００３１】
また、前記複数のチャネル・グループの少なくとも一つについて、前記少なくとも一つのチャネル・グループの波長範囲はΔｆｉであり、係数ｍｊはｍｊ＝（ｊ×Δｆｆｓ）／ΔｆＦＰ（Δｆｆｓ：前記波長選択フィルタの周期、ΔｆＦＰ：前記外部共振器の長さに依存するファブリペロモード間隔、ｊ：１以上で（Δｆｉ／Δｆｆｓ）以下の整数）であり、係数Ｍｊは前記係数ｍｊの少数点以下１桁目を四捨五入した整数の値であり、係数Ｎｉ、ｊは、Δｆｉ／（ｊ×Δｆｆｓ）の少数点以下１桁目を切り捨てた整数の値であるとき、少なくとも一つのｊについて、（Ｍｊ−ｍｊ）＜０、−π≦Ｎｉ、ｊ×２π（Ｍｊ−ｍｊ）＜０、の関係が満足することが好ましい。これによって、波長切り替えを容易化し、高速な波長切り替えを可能とすることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、外部共振器型波長可変レーザにおける波長切り替えが改善される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１Ａ】第１の実施の形態における外部共振器型波長可変レーザの模式図である。
【図１Ｂ】第１の実施の形態における外部共振器型波長可変レーザにおける、波長可変フィルタ透過帯域、波長選択フィルタ透過帯域及びファブリペロモードの関係を示す図である。
【図２Ａ】第１の実施の形態におけるファブリペロモードとエタロン透過帯域の関係、ファブリペロモードとエタロン透過帯域の位相調整方法を示す図である。
【図２Ｂ】第１の実施の形態におけるファブリペロモードとエタロン透過帯域の関係、ファブリペロモードとエタロン透過帯域の位相調整方法を示す図である。
【図２Ｃ】第１の実施の形態におけるファブリペロモードとエタロン透過帯域の関係、ファブリペロモードとエタロン透過帯域の位相調整方法を示す図である。
【図３Ａ】第１の実施の形態の他に態様におけるファブリペロモードとエタロン透過帯域の関係図である。
【図３Ｂ】第１の実施の形態の他に態様におけるファブリペロモードとエタロン透過帯域の関係図である。
【図４Ａ】第２の実施の形態におけるモジュールの模式図である。
【図４Ｂ】第２の実施の形態におけるモジュールのファブリペロモードとエタロン透過帯域の関係図である。
【図５】第３の実施の形態におけるモジュール模式図である。
【図６】半導体光増幅器への供給電流と光出力の関係を示す図である。
【図７Ａ】第４の実施の形態におけるモジュール模式図である。
【図７Ｂ】第４の実施の形態におけるモジュールのファブリペロモードとエタロン透過帯域の関係図である。
【図８Ａ】第５の実施の形態におけるモジュールの模式図である。
【図８Ｂ】第５の実施の形態におけるモジュールのファブリペロモードとエタロン透過帯域の関係図である。
【図９】位相調整領域を有する半導体光増幅器の構成を示す断面図である。
【図１０】第６の実施の形態におけるモジュール模式図である。
【図１１】第７の実施の形態におけるモジュール模式図である。
【図１２】第８の実施の形態におけるモジュール模式図である。
【図１３】出力チャネルを複数のチャネル・グループに分割し、各グループに含まれるチャネルを示す図である。
【図１４】各チャネル・グループとデータ・セットとの関係を示すテーブルである。
【図１５】第９の実施の形態における外部共振器型波長可変レーザの構成を示す模式図である。
【図１６Ａ】従来の波長可変フィルタ透過帯域、波長選択フィルタ透過帯域とファブリペロモードの関係図である。
【図１６Ｂ】従来の波長選択フィルタ透過帯域とファブリペロモードの関係図である。
【図１６Ｃ】従来の波長選択フィルタ透過帯域とファブリペロモードの関係と、位相調整方法を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  半導体光増幅器、１ａ  利得領域、１ｂ  位相調整領域、１ａａ  高反射端面、
１ｂｂ  低反射端面、２ａ  コリメートレンズ、２ｂ  コリメートレンズ、
３  波長選択フィルタ、３ａ  エタロンフィルタ、４  波長可変フィルタ、
４ａ  誘電体フィルタ、４ｂ  波長可変ミラー（電気制御型波長可変ミラー）、
５  反射ミラー、６  外部共振器、７  波長選択フィルタ透過帯域、
７ａ  波長選択フィルタ透過帯域の間隔、７ｂ  波長可変フィルタ透過帯域、
８  ファブリペロモード、８ａ  ファブリペロモード間隔、９  選択波長、
９ａ  ファブリペロモードと位相が合っている選択波長、
９ｂ  ファブリペロモードと位相が合っている選択波長の隣の選択波長、
９ｃ  選択波長間隔、１０  位相差、
１０ａ  位相が合っている選択波長の隣の選択波長における位相差、
１０ｂ  最大位相差、１１  波長可変範囲Δｆｉ、１２  基板、
１３  ペルチェ素子、１４  標準バタフライパッケージ、
１４ａ  標準バタフライパッケージの長さ、１５  ピエゾ素子、
１６  支柱、３１  ビームスプリッタ、３２  出力／波長モニター部、
３３  ＣＰＵ、３４  メモリ、３５  フィルタ制御部、３６  温度制御部、
３７  位相制御部、３８  ＬＤ駆動部
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。尚、各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略されている。【００３６】
実施の形態１．
本形態の外部共振器型波長可変レーザは、半導体光増幅器、周期的な周波数特性を有する波長選択フィルタ、及び波長可変フィルタを備えている。図１Ａは、本形態の外部共振器型波長可変レーザの一構成例を示している。図１に示すように、外部共振器型波長可変レーザ５０は、半導体光増幅器１、コリメートレンズ２ａ、ｂ、周期的な周波数特性を有する波長選択フィルタ３、波長可変フィルタ４、及び、反射ミラー５を備えている。コリメートレンズ２ａ、ｂの間に半導体光増幅器１が配置され、コリメートレンズ２ａと反射ミラー５の間に波長選択フィルタ３及び波長可変フィルタ４が配置されている。尚、波長選択フィルタ３及び波長可変フィルタ４の位置関係を逆とすることもできる。【００３７】
電流注入により半導体光増幅器１から発生した光は、半導体光増幅器１の一方の低反射端面１ｂｂから出射され、コリメートレンズ２ａ、波長選択フィルタ３、波長可変フィルタ４を通る。そして、波長選択フィルタ３と波長可変フィルタ４により選択された波長の光が反射ミラー５で反射して、再び、波長可変フィルタ４、波長選択フィルタ３、コリメートレンズ２ａを通って、半導体光増幅器１の低反射端面１ｂｂから半導体光増幅器１内に再入射する。【００３８】
半導体増幅器１の他方の端面１ａａは、１０％以上の有限な反射率を有する端面（以後、高反射端面と呼ぶ）であり、半導体増幅器１に再入射した光は高反射端面１ａａで反射され、再度、低反射端面１ｂｂを透過し出射される。この１ラウンドの帰還作用により、波長選択フィルタ３と波長可変フィルタ４により選択された波長の光のみが利得領域１ａにおいて増幅され、レーザとして発振する。すなわち、半導体増幅器１の高反射端面１ａａと、反射ミラー５とで外部共振器が構成される。【００３９】
また、この構成による波長選択動作の原理は、図１Ｂを用いて、簡単に次のように説明できる。まず、利得領域１ａから出る光は、外部共振器６の長さに依存する多数のファブリペロモード８を含んでいるが、これらのモードのうち、波長選択フィルタ３の周期（７で示されている）と一致する複数のモードのみが選択され、この波長選択フィルタ３を透過する。次に波長可変フィルタ４（７ｂにより示されている）により、上記複数のモードのうちの一つだけが選ばれるのである。【００４０】
しかし、前記波長選択動作の原理は、波長選択フィルタ３の周期的な透過帯域７に対し、外部共振器全長で決まるファブリペロモード８が一致していることが前提条件となっていた。しかしながら、実際には、波長選択フィルタ３の周期的な透過帯域７とファブリペロモード８は必ずしも一致せず、位相調整が必要で、位相調整量や位相調整方法に課題が残されている。【００４１】
ここで、上記位相に関する課題を本により解決できることを示すために、本発明における外部共振器全長に依存するファブリペロモードと、波長選択フィルタ３により決まる選択波長との位相差の関係について示す。その後、本形態の位相調整方法の簡単化について説明する。さらに、本形態において特に効果のある位相条件について説明する。【００４２】
位相差の関係
図２を参照して、位相差について説明する。本形態において、位相差は、外部共振器型波長可変レーザのパラメータのうち、周期的な選択波長９（選択出力波長）とファブリペロモード８との差である。出力選択波長９は、波長選択フィルタ３の透過帯域間隔に関係する。また、ファブリペロモード８は、外部共振器６全長によって決まる。波長選択フィルタ３の特性できまる周期的な波長間隔を有する選択波長９は、外部共振器型波長可変レーザ５０の波長可変範囲Δｆを１以上の領域に分割し、分割された少なくとも１つの波長範囲Δｆｉの領域において選択可能な波長である。【００４３】
図２Ａを参照して、選択波長９の周期間隔は、波長選択フィルタ３の透過帯域間隔Δｆｆｓに整数ｊをかけた値：ｊ×Δｆｆｓ、を選ぶことができる。ただし、本形態では、波長可変範囲Δｆｉ中に複数の選択可能な波長を用意する必要があり、ｊ×ΔｆｆｓはΔｆｉ以下にする必要がある。そのため、ｊの取りうる範囲は、１以上で（Δｆｉ／Δｆｆｓ）以下の整数となる。【００４４】
ここで、係数ｍｊとして、
ｍｊ＝（ｊ×Δｆｆｓ）／ΔｆＦＰ    （数式２）
を定義する。ここで、ΔｆＦＰは、外部共振器全長に依存するファブリペロモード間隔８aである。【００４５】
また、係数Ｍｊを、前記係数ｍｊの小数点以下１桁目を四捨五入した整数の値とする。前記係数を使うと、ファブリペロモード８と一致している（位相差が０）選択波長９ａの、すぐ隣の選択波長９ｂでのファブリペロモード８とのエネルギー差ΔＥは
ΔＥ＝Ｍｊ×ΔｆＦＰ―（ｊ×Δｆｆｓ）    （数式３）
と表すことができる。【００４６】
これに相当する位相差１０ａは、
位相差＝２π×ΔＥ／ΔｆＦＰ    （数式１）
の関係から、
位相差＝｜２π×｛Ｍｊ×ΔｆＦＰ―（ｊ×Δｆｆｓ）｝／ΔｆＦＰ｜
＝｜２π（Ｍｊ―ｍｊ）｜                          （数式４）
と表すことができる。【００４７】
波長範囲Δｆｉの領域での、波長選択動作における最大位相差１０ｂは、図２Ｂに示すように、Δｆｉの端の選択波長で位相が合っている（位相差０）時に、別の端の選択波長において生じる。その大きさの最大値１０ｂは、係数Ｎｉ、ｊを、Δｆｉ／（ｊ×Δｆｆｓ）の小数点以下１桁目を切り捨てて、波長範囲Δｆｉ中の選択波長間隔９ｃの間隔数としたとき、
最大位相差＝｜Ｎｉ、ｊ×２π（Ｍｊ―ｍｊ）｜    （数式５）
となる。【００４８】
もし、この最大位相差が０となるようにし、Δｆｉ中の全ての選択波長９で位相が０となるように、外部共振器長に依存するファブリペロモード８を決める事ができれば、位相調整不要の波長可変レーザが実現できるが、外部共振器長を誤差無く決める必要があるため、実現は極めて困難である。しかしながら、Δｆｉ中の全ての選択波長９において、位相差を有る値以下に小さく抑えることが可能である。【００４９】
例えば、図２Ｂでは、Δｆｉ＝１ＴＨｚ、選択波長９の間隔９ｃを（ｊ×Δｆｆｓ＝２００ＧＨｚ）とし、ΔｆＦＰ≒１２．５ＧＨｚの時（Ｍｊ＝１６）の例を示している。この場合において、（屈折率×素子の長さ）で決まる実効外部共振器長を１２±３７．５μｍにすることで、最大位相差をπ／２に抑えることができる。既存の微調整可能な自動精密ステージはμｍ以下の分解能を有するものがあり、前記実効外部共振器長の誤差±３７．５μｍを実現することは十分可能である。【００５０】
位相調整方法
ここで、本発明における位相調整方法を述べる。位相差を所定範囲に設定することで、波長切り替え動作の時に必要な位相調整方法の簡易化が可能となり、波長切り替え速度高速化を図ることができる。具体的には、Δｆｉにおける最大位相差について、
（Ｍｊ―ｍｊ）＞０、  ０＜Ｎｉ、ｊ×２π（Ｍｊ―ｍｊ）≦π
もしくは                                                    （数式６）
（Ｍｊ―ｍｊ）＜０、  −π≦Ｎｉ、ｊ×２π（Ｍｊ―ｍｊ）＜０
のいずれか一方の関係が満たされる場合、選択波長９とファブリペロモード８の位相ずれに規則性が現れ、高速な位相調整が可能となる。【００５１】
最大位相差が上記式の数式６いずれか一方を満足する場合、波長選択フィルタの透過帯域に対するファブリペロモードの位相ずれの方向を特定することが可能となる。このため、波長選択フィルタの透過帯域に対し、最も近いファブリペロモードが長波長側、短波長側どちら側に存在するかわからない従来の技術と異なり、高速な位相調整を行うことが可能となる。【００５２】
また、位相調整を高速に行うためには、位相ずれ量が小さいことが好ましい。特に好ましくは、
｜Ｎｉ、ｊ×２π（Ｍｊ―ｍｊ）｜＜π／２    （数式７）
の条件を満たす。これによって、位相差を従来の最大位相差πの半分以下に抑えることができる。これにより、従来の最大位相差πと比較して、波長制御時間を１／２以下にすることが可能となる。【００５３】
位相調整について具体的に説明するために、図２Ｃに、Ｍｊ＝１とした時の、選択波長９とファブリペロモード８との関係図を示す。（数式６）の関係を満たすことで、図２Ｃに示すように、選択波長９とファブリペロモード８に規則性が表れる。その規則性は、図２Ｃでは、選択波長間隔９ｃがファブリペロモード間隔８aよりも大きい（（ｊ×Δｆｆｓ）−ΔｆＦＰ＞０）ため、位相が合っている選択波長９aから長波長側では、各選択波長９に対して、必ず短波長側にファブリペロモード８が存在する。そして、位相が合っている選択波長９ａから短波長側では、各選択波長９に対して、必ず長波長側にファブリペロモード８が存在する。すなわち、従来の図１６Ｃと異なり、波長切り替え時に、切り替え先の選択波長９に最も近いファブリペロモード８が長波長側、短波長側どちらに存在するかが解るようになるのである。【００５４】
そのため、現在の選択波長９よりも長波長側の波長へ切り替えを行う時は、ファブリペロモード８が長波長側にシフトするように位相調整すればよく、逆に、短波長側に選択波長９を切り替える時は、ファブリペロモード８が短波長側にシフトするように位相調整をすればよいことになる。このように、選択波長切り替え時に位相調整方向を決めることができ、従来よりも波長選択制御を極めて簡単化できるのである。尚、選択波長間隔９ｃがファブリペロモード間隔８aよりも小さい（（ｊ×Δｆｆｓ）−ΔｆＦＰ＜０）場合は、各選択波長とファブリペロモードの関係は逆転する。【００５５】
上記のように、半導体光増幅器１、周期的な周波数特性を有する波長選択フィルタ３、及び波長可変フィルタ４を構成要素として備える外部共振器型波長可変レーザ５０において、（数式６）の関係を満足することで位相ずれの方向が特定され、高速な位相調整を行うことができる。さらに、（数式７）の関係を満足することによって位相差をさらに小さく抑え、従来よりも波長選択制御が簡単な外部共振器型波長可変レーザを実現できる。上記外部共振器型波長可変レーザ５０は、０．４ＴＨｚ以上、特に１ＴＨｚ以上の波長可変幅Δｆｉにおいて大きな効果を奏することができる。【００５６】
次に、上記説明された外部共振器型波長可変レーザにおいて、特に効果のある構成について述べる。ｉ＝１、ｊ＝１であり、（数式６）さらには（数式７）の関係を満足するよう、外部共振器型波長可変レーザの構成要素を配置することが望ましい。また、Δｆｉ領域が４ＴＨｚ以上あることがさらに好ましい。【００５７】
この効果を説明するために、まず、ｊ＝１の時の一例として、（数式６）、（数式７）の関係を満たす、Δｆｆｓ＝５０ＧＨｚ、ΔｆＦＰ≒１２．５ＧＨｚ（Ｍｊ＝４）のときの、ファブリペロモード８と、波長選択フィルタ透過帯域７の関係を図３Ａに示す。このように、全ての波長選択フィルタの透過帯域７の近くにファブリペロモード８が存在するため、全ての波長選択フィルタ４の透過帯域を、わずかな位相調整、簡単波長制御可能な、波長可変レーザの選択波長として使用可能である。【００５８】
さらに、ｉ＝１とし、Δｆｉを４ＴＨｚ以上とすることで、光ファイバ増幅器の帯域をフルカバー可能となる。すなわち、ｉ＝１、ｊ＝１であり、且つ、Δｆｉ領域が４ＴＨｚ以上あり、（数式６）、（数式７）の関係を満足することで、光ファイバ増幅器の帯域をフルカバー可能で、しかも、波長選択フィルタ３の透過帯域全てを選択波長として使用可能で、わずかな位相調整、簡単な波長制御可能な、外部共振器型波長可変レーザとなる。【００５９】
また、ｉ＝１、ｊ＝２とし、且つ、（数式６）さらには（数式７）の関係を満足するよう、構成要素を配置することも望ましい。ｊ＝２の時の一例として、（数式６）、（数式７）の関係を満たす、Δｆｆｓ＝５０ＧＨｚ、ΔｆＦＰ≒１１．１１ＧＨｚ（ｍｊ≒４．５、Ｍｊ＝４ｏｒ５）のときの、ファブリペロモード８と、波長選択フィルタ３透過帯域７の関係を、そして、波長可変フィルタ４の透過スペクトルの模式図７ｂを図３Ｂに示す。図３Ｂでは、各波長選択フィルタ透過帯域７を区別するため、ｃｈ１〜ｃｈ６とラベルづけを行ったほか、波長可変フィルタ４は、ｃｈ３を選択している様子を示している。【００６０】
波長可変フィルタ４の半値幅は一般に１００ＧＨｚ以上あり、例えば、図３Ｂに示すように、波長選択フィルタ透過帯域７の間隔が５０ＧＨｚの場合、波長選択フィルタ透過帯域ｃｈ３の隣のｃｈ２やｃｈ４の波長の光は、５０％以上透過してしまう。そのため、ｊ＝１のように、ｃｈ２やｃｈ４でファブリペロモード８と波長選択フィルタ透過帯域７とが一致する場合、レーザ発振が起こりやすく、安定なシングルモード安定性を得ることが難しい。しかしながら、ｊ＝２の場合、ｃｈ２やｃｈ４の波長では、ファブリペロモード８と波長選択フィルタ透過帯域７との位相差が約πあり、容易に高いシングルモード安定性が得られる。【００６１】
また、以下に示す方法で、波長選択フィルタ３の透過帯域７全てを選択波長９として使用する事も可能である。図３Ｂ下のグループ１、グループ２のように、複数グループのファブリペロモードを用意することで、グループ内でのｊ×Δｆｆｓ間隔（この場合２×５０ＧＨｚ＝１００ＧＨｚ間隔）での選択波長の切り替えは、わずかな位相調整、簡単な波長制御で可能となる（例えば、ｃｈ２→ｃｈ４）。ただし、グループ間の選択波長の切り替え（例えば、ｃｈ２→ｃｈ５）を行う場合は、従来の方法で位相調整を行う必要がある。【００６２】
このように、ｉ＝１、ｊ＝２であり、且つ、（数式６）、（数式７）の関係を満足することで、高いシングルモード安定性が得られ、わずかな位相調整、簡単波長制御可能な、外部共振器型波長可変レーザとなる。また、Δｆｉ領域が４ＴＨｚ以上であることが好ましい。これによって、光ファイバ増幅器の帯域をフルカバー可能となる。【００６３】
上記いくつかの例においてはｉ＝１の例が説明されたが、特に広い波長範囲で波長制御を行う場合、外部共振器型波長可変レーザの製造の観点からは、ｉが２以上の整数であることが好ましい。例えば、４ＴＨｚの波長範囲で波長可変の外部共振器型波長可変レーザにおいて、上記数式６もしくは７を満たす製品を製造することは高い精度が要求される。このような場合において、例えば、４ＴＨｚを各１ＴＨｚのΔｆｉ（iは１〜４）に分割することによって、高速な波長切り替えが可能であると同時に、量産性に優れた外部共振器型波長可変レーザを提供することが可能となる。【００６４】
高密度波長多重（Dense ＷＤＭ（ＤＷＤＭ））システムで標準化されている選択波長間隔は、１２．５ＧＨｚ×ｋ（ｋを１以上６４以下の整数）で表せる。ただし、波長選択フィルタとして一般に用いられるエタロンでは、透過帯域の間隔Δｆｆｓが、ＤＷＤＭシステムで標準化されている選択波長間隔と完全に一致するものを用意することは、極めて困難である。しかしながら、光入射に対するエタロン端面の角度を変えることで、エタロン内を透過する光路の長さを変えることが可能で、Δｆｆｓを微調整することが可能である。また、光軸に対してエタロンの端面が垂直である場合、反射光による影響が考えられることから、エタロンは光軸に対して傾斜していることが好ましい。【００６５】
ただし、エタロンの端面反射率にもよるが、角度が大きくなるとエタロン透過によるロスが大きくなる。しかしながら、１２．５ＧＨｚ×ｋ−０．２ＧＨｚ＜Δｆｆｓ＜１２．５ＧＨｚ×ｋ、のエタロンを用意することで、波長選択フィルタの角度を約８°以下のわずかな角度調整だけで、エタロン透過帯の間隔を、現在のＤＷＤＭシステムで標準化されている選択波長間隔に合わせることができ、波長選択フィルタによる損失を３ｄＢ以下と低く抑えることができる。その結果、波長選択フィルタを安価に用意することが可能となり、且つ、多くの波長選択フィルタの光透過帯波長間隔を、現在の、ＤＷＤＭシステムで標準化されている選択波長間隔に合わせることが可能であり、ＤＷＤＭシステムで使用可能な外部共振器型波長可変レーザを提供することができる。【００６６】
波長選択フィルタの透過帯周波数間隔Δｆｆｓを現在のＤＷＤＭシステムで標準化されている選択波長間隔とし、整数Ｍｊが、Ｍｊ＝２ｌ（ｌは、ｌ≧０を満足する整数）を満足する波長可変レーザを用いることが好ましい。波長可変レーザの選択波長間隔を別の標準化された間隔に変更する時、実効外部共振器長をそのままで、波長選択フィルタを交換するだけですむ。すなわち、波長選択フィルタを交換するだけで、容易に現在のＤＷＤＭシステムで標準化されている選択波長間隔に対応可能となり、安価で、且つ、ＤＷＤＭシステムで使用可能な外部共振器型波長可変レーザを提供することができる。【００６７】
外部共振器長を１８ｍｍ以下にすることが好ましい。この寸法によって、標準バタフライパッケージサイズに搭載可能な小型の外部共振器型波長可変レーザを提供できる。また、外部共振器長を１８ｍｍ以下に小さくすることによって、ファブリペロモード間隔が広がり、副モード抑圧比（ＳＭＳＲ（Side Mode Suppression Ratio））を大きく改善することができる。さらに、半導体光増幅器１の利得領域の長さは、外部共振器長の５％以上と長くすることが好ましい。これによって、実効的な外部共振器長を長くでき、その結果、外部共振器全長そのものを小さくできると同時に、チップ出力４０ｍＷ以上の高出力な外部共振器型波長可変レーザを提供することが可能となる。【００６８】
実施の形態２．
以下に、実施の形態１において説明された外部共振器型波長可変レーザの具体的構成について説明する。図１に示すように、外部共振器型波長可変レーザ５０は、半導体光増幅器１、コリメートレンズ２、周期的な周波数特性を有する波長選択フィルタ３、波長可変フィルタ４、及び、反射ミラー５を備えている。周期的な周波数特性を有する波長選択フィルタ３には、光の干渉を利用した石英系のエタロンフィルタを使用することができる。エタロンフィルタの透過帯域の間隔は、波長可変レーザの選択波長間隔に応じて決まり、必要に応じて、２５ＧＨｚ、５０ＧＨｚ、１００ＧＨｚ等の間隔を選ぶ。例えば、選択波長間隔がΔｆｆｓ＝５０ＧＨｚ（エタロン長さ２ｍｍ）のエタロンフィルタを波長選択フィルタ３として用いることができる。【００６９】
１ＴＨｚ以上の波長可変幅を有する波長可変フィルタ４には、音響光学フィルタや、熱を利用し屈折率を変化させる誘電体（多層膜）フィルタや、ＭＥＭＳ（Micro Electro-Mechanical Systems）を用い外部共振器長を変化させるエタロンフィルタ等を用いることができる。好ましいフィルタの一つは、電流を加えることで、共振器部に熱を発生し屈折率を変化させ、それにより、４ＴＨｚ以上の波長可変幅で透過帯域を変更可能な、誘電体（多層膜）フィルタである。誘電体フィルタは半導体基板上に作製され、厚さ１ｍｍ程度のものを使用することができる。【００７０】
半導体光増幅器１の一方の端面（高反射端面と称する）は、５％以上の反射端面であり、半導体光増幅器１の駆動電流と光源から取り出す光出力を考慮し設計、必要に応じて、５％、１０％、１２％等の反射率を選ぶことができる。例えば、半導体光増幅器１の長さを９００μｍとし、高反射端面１aaの反射率１１％、もう一方の端面１ｂｂ（低反射端面と称する）の反射率には、０．１％を使用することができる。【００７１】
外部共振器型波長可変レーザの作製方法を、図４Ａを参照して説明する。まず、通常の１４ピンバタフライパッケージ１４内に、温度制御器としてペルチェ素子１３を配置する。そして、ペルチェ素子１３の上に銅タングステン（ＣｕＷ）でできた１つのステージ１２を配置する。このステージは、ＣｕＷ以外に、シリコンやステンレス等でも可能である。その後、ＣｕＷのステージ１２の上に、半導体光増幅器１を配置する。【００７２】
次に、半導体光増幅器１からの光がコリメートされるようにレンズ２ａ、ｂを配置する。そして、石英のエタロンを用いた波長選択フィルタ３ａと、誘電体フィルタを用いた波長可変フィルタ４ａを、コリメート光が透過するように配置する。そして、反射ミラー５を精密ステージ１２に搭載する。そして、ファブリペロモード間隔ΔｆＦＰが波長選択フィルタ３ａの透過帯域間隔Δｆｆｓに対して（数式６）及び（数式７）を満足するように、外部共振器６を作製する。尚、波長選択フィルタ３ａと波長可変フィルタ４ａの配置位置を入れ替えることも可能である。【００７３】
本実施の形態２では、温度制御器のペルチェ素子１３を用いて、ステージ１２の温度を変えることで位相調整が可能である。駆動方法として、まず、誘電体フィルタを用いた波長可変フィルタ４ａに電流を流し、誘電体フィルタ４ａに熱を加え、透過帯中心周波数を変える。その後、誘電体フィルタ４ａにより選択された波長選択フィルタの透過帯域に対し、外部共振器６に依存するファブリペロモードを、温度制御器のペルチェ１３を使い、本発明の効果である簡単な位相調整方法で位相の調整を行う。これにより、広い波長範囲での波長切り替えが可能となる。【００７４】
以下、上記構成に従って作製したいくつかの外部共振器型波長可変レーザの実施例を述べる。まず初めに、第１の例として、１ＴＨｚの波長範囲を有し、選択波長の間隔（ｊ×Δｆｆｓ）９ｃが２００ＧＨｚ（ｊ＝４）である波長可変レーザについて述べる。作製方法は前記の通りである。作製した波長可変レーザは、２００ＧＨｚの選択波長間隔に対し、係数Ｍｊが２３となるように、ファブリペロモード間隔を８．７ＧＨｚ（実効外部共振器長を１７．２５ｍｍ）とした。このときのファブリペロモードとエタロン透過帯域の関係を図４Ｂに示す。１ＴＨｚの波長範囲に対し、（数式６）及び（数式７）の関係を満たすために、外部共振器長の誤差を±３７．５μｍとなるように作製した。【００７５】
実際に作製した波長可変レーザは、１ＴＨｚにわたり、従来の半分（π）以下の位相調整量で、且つ、シンプルな波長選択制御が可能であった。また、半導体光増幅器の長さ（９００μｍ）を外部共振器長（１７．２５ｍｍ）の５％以上と長くすることで、実効的な外部共振器長を長くでき、その結果、外部共振器全長そのものを１８ｍｍ以下にすることができ、標準バタフライパッケージサイズに搭載可能な小型の外部共振器型波長可変レーザを提供できると同時に、チップ出力４０ｍＷ以上の高出力な外部共振器型波長可変レーザを提供することができた。また、半導体光増幅器１にペルチェ素子１３を配置することで、半導体光増幅器１の温度変化により位相調整することができた。【００７６】
次に、第２の例として、４ＴＨｚの波長範囲を有し、選択波長の間隔が５０ＧＨｚ（ｊ＝１）を実現した波長可変レーザについて述べる。作製方法は前記の通りである。作製した波長可変レーザは、係数Ｍｊが４となるように、ファブリペロモード間隔を１２．５ＧＨｚ（実効外部共振器長を１２ｍｍ）とした。このときのファブリペロモードとエタロン透過帯域の関係を図３Ａに示す。４ＴＨｚの波長範囲に対し、（数式６）及び（数式７）の関係を満たすために、外部共振器長の誤差を±９．３７５μｍとなるように作製した。【００７７】
実際に作製した波長可変レーザは、第１の例の効果に加え、ｊ＝１であることから、波長選択フィルタの透過帯域全てを選択波長として使用することができた。また、Δｆｆｓ＝５０ＧＨｚは、ＤＷＤＭシステムで標準化されている選択波長間隔であるので、ＤＷＤＭシステムで標準化されている選択波長間隔に合わせることができ、波長選択フィルタによる損失を３ｄＢ以下と低く抑えることができた。さらに、Ｍｊ＝４のため、実効外部共振器長をそのままで、波長選択フィルタを交換するだけで波長可変レーザの選択波長間隔を別の間隔に変更することができた。【００７８】
最後に、第３の例として、４ＴＨｚの波長範囲を有し、選択波長の間隔が１００ＧＨｚ（ｊ＝２）を実現した波長可変レーザについて述べる。作製方法は前記の通りである。作製した波長可変レーザは、係数Ｍｊが９となるように、ファブリペロモード間隔を１１．１ＧＨｚ（実効外部共振器長を１３．５ｍｍ）とした。このときのファブリペロモードとエタロン透過帯域の関係を図３Ｂに示す。４ＴＨｚの波長範囲に対し、（数式６）の関係を満たすために、外部共振器長の誤差を±９．３７５μｍとなるように作製した。【００７９】
４ＴＨｚにわたり、第１の例の効果に加え、光ファイバ増幅器の帯域をフルカバー可能で、しかも、高いシングルモード安定性を有する、外部共振器型波長可変レーザを提供することができた。また、外部共振器型波長可変レーザを備える光モジュール、または、光サブシステムとすることで、４ＴＨｚ以上の広い波長可変幅を有し、かつ、わずかな位相調整・簡単な制御で波長選択動作が可能な光源を、システム構築者が扱いやすいモジュールという形で得ることができた。【００８０】
実施の形態３．
実施の形態３における外部共振器型波長可変レーザは、半導体光増幅器１として、長さ８００μｍで、高反射端面の反射率１０％、低反射端面の反射率０．０５％を使用する。そして、波長可変フィルタ４として、４ＴＨｚ以上の波長可変幅で透過帯域を変更可能な、誘電体フィルタを使用する。そして、波長選択フィルタ３として、厚さ約２ｍｍの石英系のエタロンフィルタを用い、エタロンに対し垂直に光を入射した時の透過帯域の間隔が４９．９ＧＨｚと５０ＧＨｚよりもわずかに小さい周波数特性を有するエタロンを使用する。【００８１】
本実施の形態３における外部共振器型の波長可変レーザの作製方法を、図５を参照して説明する。まず、通常の１４ピンバタフライパッケージ１４内に、温度制御器としてペルチェ素子１３を配置する。そして、ペルチェ素子１３の上にＣｕＷでできた１つのステージ１２を配置する。その後、ＣｕＷのステージ１２の上に、半導体光増幅器１を配置し、次に、半導体光増幅器１（低反射端面側）からの光がコリメートされるようにレンズ２ａ、ｂを配置する。そして、波長選択フィルタとしてエタロンフィルタ３ａを光軸に対して５．５°の角度で配置して、Δｆｆｓ＝５０ＧＨｚの周波数間隔を得る（ｊ＝１）。【００８２】
さらに、誘電体フィルタを用いた波長可変フィルタ４ａを、コリメート光が透過するように配置する。実施の形態２の第２の例と同様に、Ｍｊ＝４となるようにファブリペロモード間隔を１２．５ＧＨｚ（実効外部共振器長を１２ｍｍ）となるように配置する（図３Ａ参照）。このとき、実施の形態２で述べたように、外部共振器長の誤差を±９．３７５μｍ以下に抑える。この実施の形態３における波長可変レーザの駆動方法は実施の形態２と同様である。【００８３】
これにより、４ＴＨｚにわたり、従来の半分（π）以下の位相調整量で、且つ、シンプルな波長選択制御が可能である。また、半導体光増幅器の長さ（８００μｍ）を外部共振器長（１２ｍｍ）の５％以上と長くすることで、実効的な外部共振器長を長くでき、その結果、外部共振器全長そのものを１８ｍｍ以下にすることができ、標準バタフライパッケージサイズに搭載可能な小型の外部共振器型波長可変レーザを提供でき、更に、チップ出力４０ｍＷ以上の高出力な外部共振器型波長可変レーザを提供することができる。また、半導体光増幅器１にペルチェ素子１３を配置することで、半導体光増幅器１の温度変化により位相調整することができる。【００８４】
ｊ＝１であることから、波長選択フィルタの透過帯域全てを選択波長として使用することができる。また、Δｆｆｓ＝５０ＧＨｚは、ＤＷＤＭシステムで標準化されている選択波長間隔であるので、ＤＷＤＭシステムで標準化されている選択波長間隔に合わせることができ、波長選択フィルタによる損失を３ｄＢ以下と低く抑えることができる。【００８５】
さらに、Ｍｊ＝４のため、実効外部共振器長をそのままで、波長選択フィルタを交換するだけで波長可変レーザの選択波長間隔を別の間隔に変更することができる。また、外部共振器型波長可変レーザを備える光モジュール、または、光サブシステムとすることで、４ＴＨｚ以上の広い波長可変幅を有し、かつ、わずかな位相調整・簡単な制御で波長選択動作が可能な光源を、システム構築者が扱いやすいモジュールという形で得ることができる。【００８６】
ここで、半導体光増幅器１の温度変化による位相調整は、ペルチェ素子１３に代えて、半導体光増幅器１への供給電流量を変化することによって行うことができる。電流制御による温度及び位相調整は、ペルチェ素子１３などの構成要素が不要であり、外部共振器型波長可変レーザの構成を簡便なものとすることができ好ましい態様である。電流変化による位相調整（温度調整）について、図６を参照して説明する。半導体光増幅器１の消費電力は、Ｐ＝電圧Ｖ×電流Ｉで決定される。半導体光増幅器１への供給電流を増加させると、投入エネルギーが増加する。その一部は光として外部へ放出され、残りの部分が内部で熱となる。【００８７】
その熱は通常は、一定温度に調整された半導体内では常に排出されるため、活性層も一定温度に保たれている。この関係は、半導体光増幅器１への電流が小さい時（図６の領域１）は、電流により半導体光増幅器１に注入されたエネルギーはほとんど光に変換されるため、熱に変換される部分が小さく温度上昇をほとんどさせず、熱は外部の温度コントローラによって排熱されて活性層は一定温度に保たれている。【００８８】
しかし、図６の領域２の光出力が飽和している場合には状況が異なってくる。この場合、電流により注入されたエネルギーのほとんどが熱に変換されている（光に変換されるエネルギーの割合が小さい）。そのため温度コントローラによって排熱するスピードが追いつかず、熱は局所的に活性層にこもるようになる。すなわち、領域２は、投入エネルギーが増加すると、活性層温度が上昇する領域である。この活性層温度変化が、活性層の屈折率を変化させて、位相調整が可能となる。尚、電流による半導体光増幅器１の位相調整は、以下の形態においても適用することが可能である。【００８９】
実施の形態４．
実施の形態４における外部共振器型波長可変レーザを、図７を参照して説明する。図７Ａを参照して、外部共振器型波長可変レーザは、半導体光増幅器１として、長さ９００μｍで、高反射端面の反射率１１％、低反射端面の反射率０．１％を使用する。そして、波長選択フィルタ３として、厚さ約１ｍｍの石英系のエタロンフィルタを用い、エタロンに対し垂直に光を入射した時の透過帯域の間隔が９９．９ＧＨｚと１００ＧＨｚよりもわずかに小さい周波数特性を有するエタロンを用いる。【００９０】
そして、波長可変ミラー４ｂ（波長可変フィルタ及び反射ミラーとして機能する）として、特許文献４に記載の電気制御型波長可変ミラーを用いる。前記電気制御型波長可変ミラーは、ある波長で反射ピークを有するミラーであり、引加電圧、または、引加電流により反射ピーク波長は変化する。この前記電気制御型波長可変ミラーを用いることで、レーザの構成を簡略化することができる。前記電気制御型波長可変ミラー４ｂの光入射面に垂直な方向は、光の入射角度に対して±１°以内であることが好ましい。光の入射角度が垂直に近いことによって、アライメントを容易なものとすることができる。また、光の入射角度に対して±１°以内とすることによって、外部共振器レーザからの出力の急激な低下を避けることができる。【００９１】
実施の形態４における外部共振器型の波長可変レーザの作製方法を、は次のようである。まず、通常の１４ピンバタフライパッケージ１４内に、温度制御器としてペルチェ素子１３を配置する。そして、ペルチェ素子１３の上にＣｕＷでできた１つのステージ１２を配置する。その後、ＣｕＷのステージ１２の上に、半導体光増幅器１を配置し、次に、半導体光増幅器からの光がコリメートされるようにレンズ２ａ、ｂを配置する。そして、Δｆｆｓ＝１００ＧＨｚ（ｊ＝１）となるようにエタロンフィルタ３ａを配置する。さらに、電気制御型波長可変ミラー４ｂを、ファブリペロモード間隔が１２．５ＧＨｚ（実効外部共振器長を１２ｍｍ）となるように配置する。電気制御型波長可変ミラー４ｂとレンズ２ａの間にエタロンフィルタ３ａが配置されている。【００９２】
このとき、外部共振器長の誤差を±９．３７５μｍ以下に抑える。このときのファブリペロモードとエタロン透過帯域の関係を図７Ｂに示す。実施の形態４における駆動方法は、まず、電気制御型波長可変ミラー４ｂに電圧を引加し、反射する波長を変える。その後、電気制御型波長可変ミラー４ｂにより選択された波長選択フィルタの透過帯域に対し、外部共振器に依存するファブリペロモードを、温度制御器のペルチェ１３を使い半導体光増幅器１の温度を変え、本発明の効果である簡単な位相調整方法で位相の調整を行う。これにより、広い波長範囲で波長切り替え可能となる。実施の形態４における波長可変レーザは、上記構成を有することによって、４ＴＨｚの波長可変範囲において、実施の形態３と同様の効果を得ることができる。【００９３】
実施の形態５．
実施の形態５における外部共振器型波長可変レーザは、図８Ａに示すように、半導体光増幅器１として、長さ１０００μｍの利得領域１ａの他に、長さ２００μｍの位相調整領域１ｂを集積した素子を使用する。この半導体光増幅器１の端面は、利得領域側を２０％の反射率の高反射面１ａａ、位相調整側を低反射端面１ｂｂとして０．０１％のものを使用する。【００９４】
そして、波長選択フィルタとして、厚さ約２ｍｍの石英系のエタロンフィルタ３ａを用い、エタロンに対し垂直に光を入射した時の透過帯域の間隔が４９．９５ＧＨｚと５０ＧＨｚよりもわずかに小さい周波数特性を有するエタロンを使用する。そして、波長可変ミラーとして、４ＴＨｚ以上の波長可変幅で透過帯域を変更可能な、電気制御型波長可変ミラー４ｂを用いる。【００９５】
ここで、位相調整領域１ｂを集積した半導体光増幅器１について、図９を参照して説明する。図９は位相調整領域１ｂを持つ２電極半導体増幅器１の構造の一例を示している。図９において、３１および３２は金合金等の薄膜による電極、３３はｐ−ＩｎＰクラッド層、３４はＩｎＧａＡｓＰ系の多重量子井戸（Multi Quantum Well：ＭＱＷ）活性層、３５は３４の活性層よりバンドギャップの大きいバルクまたはＭＱＷのＩｎＧａＡｓＰ位相調整層、３６はｎ―ＩｎＰクラッド層、３７はｎ―ＩｎＰ基板である。【００９６】
ここで、３４の活性層は、バルク活性層としても可能である。この半導体増幅器を用いて外部共振器レーザを作製することで、３２の電極への注入電流を制御することにより３５の屈折率が変化し、外部共振器、半導体増幅器の実効共振器長を微調整できる。この効果により位相調整が可能となる。【００９７】
実施の形態５における外部共振器型の波長可変レーザの作製方法は、実施の形態４の通りであり、ここでは省略する。ただし、ファブリペロモード間隔は、１０ＧＨｚ（実効外部共振器長を１５ｍｍ）とし、（数式６）及び（数式７）を満足するように、外部共振器長の誤差を±９．３７５μｍ以下に抑えて、電気制御型波長可変ミラーを配置する。このときのファブリペロモードとエタロン透過帯域の関係を図８Ｂに示す。【００９８】
実施の形態５の駆動方法は、まず、電気制御型波長可変ミラー４ｂに電圧を引加し、反射する波長を変える。その後、電気制御型波長可変ミラー４ｂにより選択された波長選択フィルタの透過帯域に対し、外部共振器に依存するファブリペロモードを、温度制御器のペルチェに１３よる温度調整、または、半導体光増幅器の位相調整領域１ｂに電流、または電圧を引加して、本発明の効果である簡単な位相調整方法で位相の調整を行う。これにより、広い波長範囲で波長切り替え可能となる。この場合、温度制御器１３による温度調整で波長選択フィルタ３ａ、波長可変ミラー（波長可変フィルタ）の透過帯中心周波数を調整することも可能である。【００９９】
よって、実施の形態５における波長可変レーザは、４ＴＨｚの波長可変範囲において、実施の形態３と同様の効果に加え、位相調整領域１ｂを集積し、電流注入又は電圧印可による位相調整機能を持たせることで、電流注入または電圧引加による位相調整を可能としている。尚、位相調整領域１ｂをもうけた半導体光増幅器１は、実施の形態２〜４で用いた波長可変フィルタを用いた外部共振器型波長可変レーザにおいても適用可能である。【０１００】
実施の形態６．
実施の形態６における外部共振器型波長可変レーザは、図１０に示すように半導体光増幅器１として、長さ８００μｍの利得領域１ａの他に、長さ２００μｍの位相調整領域１ｂを集積した素子を使用する。この半導体光増幅器１の端面は、利得領域側を２０％の反射率の高反射面１ａａ、位相調整側を低反射端面１ｂｂとして０．０１％のものを使用する。【０１０１】
そして、波長選択フィルタとして、厚さ約２ｍｍの石英系のエタロンフィルタ３ａを用い、エタロンに対し垂直に光を入射した時の透過帯域の間隔が４９．９５ＧＨｚと５０ＧＨｚよりもわずかに小さい周波数特性を有するエタロンを使用する。そして、波長可変ミラー（波長可変フィルタと反射ミラーを組み合わせた機能を有する）として、４ＴＨｚ以上の波長可変幅で透過帯域を変更可能な、電気制御型波長可変ミラー４ｂを用いる。【０１０２】
実施の形態６における外部共振器型の波長可変レーザの作製方法は、実施の形態４と同様に、通常の１４ピンバタフライパッケージ１４内に、電気制御型波長可変ミラー４ｂまでを配置する。また、電気制御型波長可変ミラー４ｂに、図１０に示すように、厚さ５ｍｍの小型のピエゾ素子１５をつけ、支柱１６に取り付ける。電気制御型波長可変ミラー４ｂ及びピエゾ素子１５は、電圧により位置を微調整可能とした波長可変ミラーコンポーネントを構成している。この波長可変ミラーコンポーネントを１μｍの分解能を有する精密ステージに搭載し、ファブリペロモード間隔を１２．５ＧＨｚ（実効外部共振器長を１２ｍｍ）となるように配置する。このとき、外部共振器長の誤差を±９．３７５μｍ以下に抑える。このときのファブリペロモードとエタロン透過帯域の関係を図３Ａに示す。【０１０３】
実施の形態６の駆動方法は、まず、電気制御型波長可変ミラー４ｂに電圧を引加し、反射帯中心周波数を変える。その後、電気制御型波長可変ミラー４ｂにより選択された波長選択フィルタの透過帯域に対し、外部共振器に依存するファブリペロモードの位相調整を行う。位相調整方法として、温度制御器のペルチェ１３による温度調整する方法、または、半導体光増幅器１の位相調整領域１ｂに電流を流す方法、または波長可変ミラーコンポーネント（４ｂ、１５）に電圧を引加して電気制御型波長可変ミラー４ｂの位置を調整し、外部共振器長を変化させる方法がある。この位相調整方法は、本発明の効果である簡単な位相調整方法で位相の調整が可能である。この場合、温度制御器１３による温度調整で波長選択フィルタ３ａ、波長可変ミラー４ｂの透過帯中心周波数を調整することも可能である。【０１０４】
よって、実施の形態６における波長可変レーザは、４ＴＨｚの波長可変範囲において、実施の形態５の効果に加え、Ｍｊ＝２ｌの関係を満たすので、実効外部共振器長をそのままで、波長選択フィルタを交換するだけで波長可変レーザの選択波長間隔を別の間隔に変更することができる。また、ピエゾ素子１５を使用することによって、外部共振器全長を変化させ位相調整を行うことができる、。【０１０５】
実施の形態７．
実施の形態７における外部共振器型波長可変レーザは、図１１を参照して、半導体光増幅器１として、長さ８００μｍの利得領域１ａの他に、長さ２００μｍの位相調整領域１ｂを集積した素子を用意する。この半導体光増幅器１の端面は、利得領域１ａ側を２０％の反射率、位相調整１ｂ側を低反射端面として０．０１％のものを用意する。そして、波長選択フィルタとして、厚さ約２ｍｍの石英系のエタロンフィルタ３ａを用い、エタロンフィルタ３ａに対し垂直に光を入射した時の透過帯域の間隔が４９．９５ＧＨｚと５０ＧＨｚよりもわずかに小さい周波数特性を有するエタロンフィルタを用意する。そして、波長可変ミラー４ｂとして、４ＴＨｚ以上の波長可変幅で透過帯域を変更可能な、電気制御型波長可変ミラーを用いる。【０１０６】
実施の形態７における外部共振器型の波長可変レーザの作製方法は、以下の通りである。まず、通常の１４ピンバタフライパッケージ１４内に、温度制御器としてペルチェ素子１３ａ、ｂを２個配置する。そして、各ペルチェ素子１３ａ、ｂの上にＣｕＷでできた１つのステージ１２ａ、１２ｂを配置する。その後、１つのＣｕＷのステージ１２ａの上に、半導体光増幅器１を配置し、次に、半導体光増幅器１からの光がコリメートされるようにレンズ２ａ、２ｂを配置する。そして、もう一つのステージ１２ｂには、Δｆｆｓ＝５０ＧＨｚとなるようにエタロンフィルタ３ａを配置する。さらに、電気制御型波長可変ミラー４ｂを１μｍの分解能を有する精密ステージ１２ｂに搭載し、ファブリペロモード間隔を１２．５ＧＨｚ（実効外部共振器長を１２ｍｍ）となるように配置する。このとき、外部共振器長の誤差を±９．３７５μｍ以下に抑える。このときのファブリペロモードとエタロン透過帯域の関係を図３Ａに示す。【０１０７】
実施の形態７の駆動方法は、実施の形態６と同様であるが、位相調整方法として、温度制御器のペルチェ１３による温度調整する方法、または、半導体光増幅器の位相調整領域１ｂに電流を流す方法がある。また、実施の形態７は、波長選択フィルタ３ａと波長可変ミラー４ｂ（波長可変フィルタ）が独立の温度制御器１３ａ、ｂの上に搭載されているため、温度制御器１３ｂによる温度調整で波長選択フィルタ３ａ、波長可変フィルタ４ｂの透過帯中心周波数を調整するときに、温度変化による半導体光増幅器１の変化の影響を避けることができる。よって、実施の形態７における波長可変レーザは、実施の形態６と同様の効果を得ることができる。【０１０８】
実施の形態８．
実施の形態８における外部共振器型波長可変レーザは、図１２を参照して、半導体光増幅器１として、長さ８００μｍの利得領域１ａの他に、長さ２００μｍの位相調整領域１ｂを集積した素子を使用する。この半導体光増幅器１の端面は、利得領域１ａ側を２０％の反射率、位相調整１ｂ側を低反射端面として０．０１％のものを使用する。そして、波長可変フィルタとして、４ＴＨｚ以上の波長可変幅で透過帯域を変更可能な、誘電体フィルタを用いる。そして、波長選択フィルタ３ａとして、厚さ約２ｍｍの石英系のエタロンフィルタを用い、５０ＧＨｚ間隔の周波数特性を有するエタロンフィルタをいる。【０１０９】
実施の形態８における外部共振器型の波長可変レーザの作製方法は次のようである。まず、通常の１４ピンバタフライパッケージ１４内に、温度制御器としてペルチェ素子１３を配置する。そして、ペルチェ素子１３の上にＣｕＷでできた１つのステージ１２を配置する。その後、ＣｕＷのステージ１２の上に、半導体光増幅器１を配置し、次に、半導体光増幅器１からの光がコリメートされるようにレンズ２ａ、ｂを配置する。そして、反射光が半導体光増幅器１に戻らないように、光軸に対して１°の傾きをつけて誘電体フィルタ４ａを配置する。【０１１０】
エタロンフィルタ３ａを回転機能も有する精密直進ステージ１２に搭載し、波長選択フィルタとして、Δｆｆｓ＝５０ＧＨｚの周波数間隔を得るようにしながら、ファブリペロモード間隔を１２．５ＧＨｚ（実効外部共振器長を１２ｍｍ）となるように配置する。このとき、外部共振器長の誤差を±９．３７５μｍ以下に抑えた。このときのファブリペロモードとエタロン透過帯域の関係を図３Ａに示す。この光源では、エタロンフィルタ３ａを、エタロンフィルタ３ａからの戻り光も周期的な周波数特性を示すため、波長選択ミラーとして用いる。この実施の形態８における波長可変レーザの駆動方法は、実施の形態２と同様であるが、位相調整方法として、半導体光増幅器１に集積した位相調整領域１ｂを使用することができる。【０１１１】
上記構成を有する本実施の形態８における波長可変レーザは、実施の形態５の効果に加え、Ｍｊ＝２ｌの関係を満たすので、実効外部共振器長をそのままで、波長選択フィルタを交換するだけで波長可変レーザの選択波長間隔を別の間隔に変更することができる。【０１１２】
実施の形態９．
本発明の一実施形態に係る外部共振器型波長可変レーザの波長制御方法及び装置について説明する。実施の形態１においてｉもしくはｊが２以上である場合、２以上の選択波長（出力チャネル）のグループが形成されうる。ｉが２以上である場合は、異なる複数の波長範囲が設定され、各波長範囲に含まれるチャネルが一つのグループを形成する。あるいは、ｊが２以上である場合において、図３Ｂに示したように、一つの波長範囲おいて複数のチャネルのグループが構成されうる。本形態の外部共振器型波長可変レーザは、複数のチャネルを複数のチャネル・グループに分割し、チャネル・グループ毎に波長制御を実行する。さらに、チャネル・グループごとにデータ・セットを備え、このデータ・セットに従って波長調整制御を実行する。【０１１３】
本形態においては、図８Ａで示した外部共振器型波長可変レーザを例として説明する。ただし、実施の形態５とは異なり、外部共振器の誤差を±３０μｍとする。この誤差範囲において、１ＴＨｚの波長範囲内で実施の形態１で説明された効果が期待できる。そこで、図１３に示すように、１ＴＨｚずつ４つの連続波長領域（ｉ＝４）を用意し、４つの分割された領域によって４ＴＨｚの波長範囲をカバーする。つまり、出力される波長の異なる複数のチャネルを４つのグループに分け、各グループは４つ波長領域のいずれかに含まれる。各グループには複数のチャネルが含まれており、具体的には図１３に示すように、グループ１にはチャネル（Ｃｈ）１〜２０、グループ２にはチャネル（Ｃｈ）２１〜４０、グループ３にはチャネル（Ｃｈ）４１〜６０、４にはグループチャネル（Ｃｈ）６１〜８０が含まれている。【０１１４】
本実施の形態では、波長制御方法として、波長選択のために電気制御型波長可変ミラー４ｂ（波長可変フィルタ）への引加電圧Ｖ波長可変を変化させ、位相調整のために半導体光増幅器１の位相調整領域１ｂに流す電流Ｉ位相を制御する。ここで、位相調整方法として、温度制御器のペルチェによる温度調整、位相調整領域１ｂへの電圧によって行っても良い。図１４は、各グループ及びチャネルと、各グループに対応するデータ・セットに含まれる電気制御型波長可変ミラー４ｂへの引加電圧Ｖ波長可変及び位相調整領域１ｂに流す位相制御信号である電流Ｉ位相を対応付けるテーブルを示している。外部共振器型波長可変レーザは、このテーブルに従って制御されることになる。【０１１５】
各グループにおいては、初期値が設定されている。この初期値は、選択波長を選択するための電気制御型波長可変ミラー４ｂの条件とファブリペロモードと波長選択フィルタ３ａの位相が一致する値であり、各グループの波長範囲の中心部にあるチャネルを選択するのが望ましい。また、波長範囲の中心とし、位相条件は、隣り合うチャネルの位相条件の中間値をとっても問題はない。本実施の形態では、図１４に示すように、グループ１はＣｈ１０の、グループ２はＣｈ３０の、グループ３はＣｈ５０の、グループ４はＣｈ７０の各チャネルを選択するためのＶ波長可変とＩ位相を初期値とする。図１４から理解されるように、本形態において一つのグループ内において位相調整電流は単調増加もしくは単調減少しており、グループ内において容易な位相調整が実行されている。【０１１６】
次に、実際の波長制御方法について説明する。まず、同じグループ内の波長切り替え制御方法について述べる。この場合、実施の形態１において説明した通り、各チャネル間の位相差が小さい。一般に、位相電流と位相差との関係は非線形の関係であるが、位相差が小さい場合、線形近似が可能となる。そのため、例えば、グループ１内のＣｈ３から、Ｃｈ１５への波長切り替えを行いたい場合を考える。Ｃｈ３を選択しているため、位相調整電流は、初期条件を踏まえ、Ｉ位相（１０）−７ΔＩ位相（１）となる。ここで、ΔＩ位相は、隣り合うチャネルの位相差を調整するために必要な電流である。【０１１７】
波長切り替え動作は、電気制御型波長可変ミラー４ｂの電圧を、Ｖ波長可変（３）からＶ波長可変（１５）へと変化させ、位相調整領域１ｂへの位相調整電流をＩ位相（１０）−７ΔＩ位相（１）からＩ位相（１０）＋５ΔＩ位相（１）変化させる事で可能となる。すなわち、わずかな位相調整電流ΔＩ位相（１）に、チャネル間隔の数１２をかけた電流分を変化さすことで、位相調整が可能となる。このとき、位相調整電流と電気制御型波長可変ミラー４ｂの電圧を変える順はどちらが先であってもかまわない。また、同時であっても良い。また、ΔＩ位相が非常に小さく、発振状態に問題なければ、ΔＩ位相を〜０と近似しても問題ない。【０１１８】
次に、異なるグループへの波長切り替え制御方法について述べる。例えば、グループ１のＣｈ３から、グループ３のＣｈ４６への切り替えについて述べる。この場合、まず、グループ３の初期条件であるＶ波長可変（５０）、Ｉ位相（５０）へ切り替えを行う。この場合は、通常の波長可変レーザの波長切り替え動作と同様に、最悪の場合、位相差π以上の位相調整が必要となる。しかし、Ｃｈ５０からＣｈ４６への波長切り替えは、上記のようにわずかな位相調整電流ΔＩ位相の整数倍の変化で位相調整が可能となる。【０１１９】
このような上記波長切り替え制御を行うことで、各グループでは、本発明の効果１から５の効果を得ることができ、さらに、このグループ分けを利用することで、より広い波長範囲をカバーすることが可能となる。尚、上記においては可変波長範囲を複数の連続波長領域に分割し、各領域に対応するデータ・セットを備える例について説明したが、１つの波長範囲においてチャネルを複数のグループに分割する（ｊが２以上に相当）場合にも本発明を適用することが可能である。【０１２０】
つづいて、図１５を参照して、本形態の外部共振器型波長可変レーザの構成を説明する。本形態の外部共振器型波長可変レーザは、図８Ａで示した構成に加え、波長制御のための制御回路ブロックを備えている。コリメートレンズ２ｂを介して前方に出力された光は、ビームスプリッタ３１によってスプリットされる。ビームスプリッタ３１からの一部の光は波長制御のために使用される。【０１２１】
ビームスプリッタ３１によってスプリットされた光は出力／波長モニター部３２に入り、出力／波長モニター部３２がその強度及び波長を検出する。尚、光の強度及び波長の両方を検出してもいいし、強度のみもしくは波長のみを検出する構成としても良い。また、前方側でなく、後方から出てくる光強度を検出しても良い。出力、波長をモニターし検出した信号はＣＰＵ３３に送られ、ＣＰＵ３３ではこのモニター信号の結果を基に、波長切り替え制御を行う。ＣＰＵ３３はあらかじめ記憶されているマイクロコードに従って動作することによって、各種制御処理を実行することができる。ＣＰＵ３３は、波長切り替え制御の他に、安定した光出力、安定した波長を出すための制御も行う。【０１２２】
メモリ３４には、各チャネルがどのグループに所属するかの情報と、各グループの波長帯域の中心のチャネルを選択するのに必要な、初期フィルタ電圧、位相情報、そして、Δλの情報が蓄えられている。ＣＰＵ３３は出力／波長モニター部３２からの信号を元に、外部共振器型波長可変レーザの制御を行うほか、波長切り替えの時には、メモリ３４からの情報を元に、各制御部を制御する。【０１２３】
フィルタ制御部３５は、電気制御型波長可変ミラー４ｂの電圧、電流を変化させることでフィルタの特性波長を変化させる。温度制御部３６は、外部共振器型波長可変レーザの搭載されたステージの温度をコントロールする。ステージの温度をコントロールすることで、半導体光増幅器１の温度変化による位相調整、または、エタロンの透過ピーク間隔の制御が可能となる。位相制御部３７は、この例においては、半導体光増幅器１の位相調整領域１ｂに加える電流または電圧を制御する。尚、外部共振器型波長可変レーザの構造によっては、温度制御、位置制御となる。ＬＤ駆動部３８は、半導体光増幅器１に流れる電流、電圧を制御し、特に光出力を制御する。【０１２４】
波長切り替えを行う時、まず、切り替え先のチャネルが、同じグループ内のチャネルかどうかを確認するために、ＣＰＵ３３がメモリ３４をチェックする。そして、同一グループの場合、フィルタ制御部３５と位相制御部３７を制御する。特に、位相制御部３７はΔλの整数倍の変化という形で制御を行う。そして、異なるグループの場合、まず、メモリ３４に蓄えられた各グループの代表チャネルを選択するために位相とフィルタ電圧を制御する。その後、同一グループ内の波長切り替えと同様な制御を行う。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明は光データ伝送に使用される外部共振器型波長可変レーザに適用可能であり、特に、高速な波長切り替えが要求される外部共振器型波長可変レーザに好適である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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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１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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