(57)【要約】  少なくとも２つの波長選択フィルタの透過特性の重複する波長の光のみをループさせ、その中の少なくとも１つの波長選択フィルタが選択波長を変化させる。光フィルタによる損失が少なく、また高反射膜による損失がないので、外部共振器型波長可変レーザの高出力化が可能である光回路素子（８）は、外部素子（１）から入力した光を少なくとも２つのポートに分割する。ループ導波路（１１）は、光回路素子（８）により分割された少なくとも２つのポート（９、１０）をループ状に接続する。そして、ループ導波路（１１）の経路の途中に、周波数軸上に周期的な透過特性を有し、透過特性が互いに異なる少なくとも２つの第１の波長選択フィルタ（１２、１３）が直列に挿入されている。第１の波長選択フィルタ（１２、１３）の少なくとも１つは選択波長を変化させる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を透過する波長を変化させることのできる波長可変フィルタであって、
外部素子から入力した光を少なくとも２つのポートに分割する光回路素子と、
前記光回路素子により分割された少なくとも２つの前記ポートをループ状に接続し、その経路の途中に、周波数軸上に周期的な透過特性を有し前記透過特性が互いに異なる少なくとも２つの第１の波長選択フィルタが直列に挿入されており、前記第１の波長選択フィルタの少なくとも１つの選択波長を変化させることができるループ導波路とを有する波長可変フィルタ。
【請求項２】
前記ループ導波路から光の一部を分割して出力する第１のモニタ機構をさらに有する、請求項１記載の波長可変フィルタ。
【請求項３】
前記外部素子と前記光回路素子の間の導波路から光の一部を分割して出力する第２のモニタ機構をさらに有する、請求項１に記載の波長可変フィルタ。
【請求項４】
前記第１の波長選択フィルタの各々はリング共振器またはマッハツェンダー型干渉計である、請求項１に記載の波長可変フィルタ。
【請求項５】
前記ループ導波路は、その経路の途中に、少なくとも２つの前記第１の波長選択フィルタよりも透過特性の周期が大きい第２の波長選択フィルタをさらに有する、請求項１に記載の波長可変フィルタ。
【請求項６】
前記第２の波長選択フィルタはリング共振器またはマッハツェンダー型干渉計である、請求項５記載の波長可変フィルタ。
【請求項７】
前記外部素子と前記光回路素子の間に挿入された、少なくとも２つの前記第１の波長選択フィルタよりも透過特性の周期が大きい第３の波長選択フィルタをさらに有する、請求項１に記載の波長可変フィルタ。
【請求項８】
前記第３の波長選択フィルタはリング共振器またはマッハツェンダー型干渉計である、請求項７記載の波長可変フィルタ。
【請求項９】
入力および出力を兼ねる入出力ポートにより、前記外部素子との間で光を入出力する、請求項１に記載の波長可変フィルタ。
【請求項１０】
前記光回路素子は、前記入出力ポートに接続された光分波器または光結合器である、請求項９記載の波長可変フィルタ。
【請求項１１】
前記入出力ポートの端面に無反射膜が施されている、請求項９に記載の波長可変フィルタ。
【請求項１２】
前記入出力ポートに接続する導波路が端面に対して垂直から所定の角度を有する、請求項９に記載の波長可変フィルタ。
【請求項１３】
前記第１の波長選択フィルタの温度をモニタする温度モニタ機構を更に有する、請求項１に記載の波長可変フィルタ。
【請求項１４】
請求項１に記載の波長可変フィルタと、
電流の注入により光を発生する光増幅器を備え、前記波長可変フィルタに結合され、前記波長可変フィルタに光を入力する前記外部素子を構成する半導体素子とを有する波長可変レーザ。
【請求項１５】
前記波長可変フィルタ上または前記半導体素子上に、導波路の屈折率を変化させることによりレーザの位相を変化させる位相可変機構を有する、請求項１４記載の波長可変レーザ。
【請求項１６】
所望の波長の光のみを透過する波長ロッカをさらに有する、請求項１４に記載の波長可変レーザ。
【請求項１７】
前記半導体素子が前記波長可変フィルタ上に直接実装された構成を有する、請求項１４に記載の波長可変レーザ。
【請求項１８】
前記波長可変フィルタと前記光増幅器が同一基板上に光学的に結合して集積されている、請求項１４に記載の波長可変レーザ。
【請求項１９】
前記第１の波長選択フィルタの温度をモニタし、モニタ結果に基づいて前記第１の波長選択フィルタの選択波長を調整する制御機構を備えた、請求項１４に記載の波長可変レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所望のレーザ発振波長を選択できる光フィルタ、およびそれを用いた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って通信トラフィックが増大し、光通信システムの更なる大容量化が求められている。その求めに応じて、システムにおける単チャンネルあたりの伝送速度の向上、ならびに光波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式を用いることによるチャンネル数の拡大が進んでいる。ＷＤＭによれば、搬送波長の異なる複数の光信号を同時に１つの光ファイバで伝送することができる。【０００３】
ＷＤＭでは、多重する搬送波長（チャンネル）の数に応じて通信容量が増大する。例えば、１チャンネル当たり１０ギガビット／秒で変調し、１００チャンネル分を１つの共通な光ファイバで伝送すれば、通信容量は１テラビット／秒にも達する。【０００４】
ところで、近年の中長距離光通信では、光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ、エルビウム・ドープ・ファイバ・アンプリファイヤ）２によって増幅することのできるＣ帯（１５３０〜１５７０ナノメートル）が広く用いられている。また、使用される光ファイバの種類によっては、Ｌ帯（１５７０〜１６１０ナノメートル）が用いられることもある。【０００５】
一般に、ＷＤＭシステムでは波長毎に異なるレーザ装置が必要となる。そのため、ＷＤＭシステムの製造者および使用者は、標準チャンネルの各波長に応じたレーザ装置を準備しておく必要があった。例えば、１００チャンネルであれば１００種類のレーザ装置が必要であり、そのため在庫管理および棚卸しコストが増大していた。【０００６】
そこで中長距離通信において、Ｃ帯（またはＬ帯）の波長全体を１台のレーザでカバーする波長可変レーザの実用化が求められている。１台のレーザ装置でＣ帯（またはＬ帯）の全体をカバーできれば、製造者および使用者は、単一のレーザ装置を準備しておけばよく、在庫管理や棚卸しコストを大幅に削減することができる。【０００７】
一方、トラフィックの増減や障害の発生に応じて動的なパスの設定が可能な柔軟なネットワークの構築が求められている。また、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も待望されている。【０００８】
このような大容量、高機能、および高信頼性を有する光通信ネットワークを構築するためには、波長を自在に制御する技術が必要不可欠である。そして波長の制御には波長可変レーザが極めて重要なキーデバイスである。【０００９】
これらの要求を満たす波長可変レーザとして、発振波長をずらした複数の分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）を並列に備え、それらのレーザを切り替えて用いることで粗調し、さらに温度による屈折率変化を利用して微調するものが特開２００３−０２３２０８号公報に記載されている。しかし、この構造では複数のレーザの出力ポートを１つにして光ファイバに結合するために光結合器が必要であり、並列のレーザ数が増加すればその分だけ結合器での損失が増大する。そのため、波長の可変範囲と光出力がトレードオフの関係にあった。【００１０】
しかし、ＤＦＢレーザをベースとした波長可変レーザは、温度による微調が可能なので、特開２００１−２５７４１９号公報に記載された波長ロッカと組み合わせることができる。波長ロッカは、エタロンという周波数軸上に周期的な透過振幅を生じさせるフィルタからなる。波長ロッカは、その透過振幅の中心付近では、モニタ電流により検出できる光強度がレーザ周波数に対して敏感に変化するため、所望のレーザ周波数にチューニングすることが可能である。そのため、波長ロッカは、波長を高精度で標準チャンネル波長にロックするのに有効な手段である。【００１１】
一方、上述したトレードオフから脱却し、波長制御の要求を満たす波長可変レーザとして、外部共振器型波長可変レーザがあり、盛んに研究開発が行われている。外部共振器型波長可変レーザは、半導体光増幅器（ＳＯＡ：セミコンダクター・オプティカル・アンプリファイア）と外部反射鏡を用いて共振器を形成し、共振器内に波長可変フィルタを挿入することによって波長の選択を実現する。この外部共振器型波長可変レーザによれば、比較的容易にＣ帯の全域をカバーする波長可変幅が得られる。【００１２】
このタイプの波長可変レーザは、基本特性の大部分が波長可変フィルタによって決まるため、優れた特性を有する様々な波長可変フィルタが開発されている。例えば、特開平０４−６９９８７号公報に示されるようなエタロンを回転させるフィルタ、特開平０５−４８２２０号公報に示されるような回折格子を回転させるフィルタ、特開２０００−２６１０８６号公報に示されるような音響工学フィルタや誘電体フィルタなどがある。【００１３】
そのような波長可変フィルタまたはミラーを用いて構成された外部共振器型波長可変レーザにも様々なものがある。特に高性能な光源を実現するために、特開２０００−２６１０８６号公報に示されたような、利得媒質に加えて、周期的なチャンネル選択フィルタ、波長可変フィルタ、および反射ミラーを備えた構成が有効である。例えば、周期的なチャンネル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が用いられる。また、波長可変フィルタとして音響工学フィルタが用いられ、波長可変ミラーとして電気制御型波長可変ミラー等が用いられる。【００１４】
半導体光増幅器等の利得媒質から出力される光は、外部共振器全長に依存する多数のファブリーペローモードを含んでいる。これら複数のモードのうち、チャンネル選択フィルタの周期的な透過帯域と一致するモードのみがチャンネル選択フィルタを通過する。この構成では、チャンネル選択フィルタを透過できないファブリーペローモードは抑制されるので、ファブリーペローモード間隔が比較的狭い場合、すなわち外部共振器全長が比較的長い場合でも、容易に副モードを抑圧できるという利点がある。また、この構成では、比較的シンプルな制御で波長選択特性が実現できる。【００１５】
この構成においては、周期的なチャンネル選択フィルタの透過波長は固定されており、その透過ピークは光通信用の標準チャンネルに一致している。そして、外部共振器内部にチャンネル選択フィルタを内在しているため、波長可変ＤＦＢレーザには必要であった波長ロッカがなくても、チャンネル選択フィルタのチャンネル精度内の波長精度が得られる。【００１６】
一方、波長可変機構を外部に有する外部共振器は、振動によってモードが不安定になるため、半導体素子内部に波長可変機構を設けた構造も一般に用いられている。その代表的な例として、同一半導体中に、利得を生み出す活性領域と、回折格子による反射を生み出すＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）受動領域とが形成されているものである。ＤＢＲ領域は、電流を注入して半導体中の導波路の屈折率を変化させることにより反射波長を変化させることができる。【００１７】
しかし、通常のＤＢＲレーザにおける半導体中の屈折率変化量では、せいぜい１０ナノメートルの波長可変範囲しか得られない。そのため、この利得領域の前方と後方を、わずかに異なるＤＢＲ領域で挟むことによる波長可変レーザが特開平０７−１５３９３３号公報に記載されている。ここで用いられるＤＢＲ領域は、複数の反射ピークを一定の波長間隔で得ることができ、前方と後方でわずかにその波長間隔を異なる値に設定することによって、同時にはただ１つの反射ピークのみが重なるようになる。【００１８】
これはいわゆる「バーニア効果」というもので、一方のＤＢＲ領域の屈折率をわずかに変化させるだけで、重なり合う反射ピークを隣の反射ピークに移動させることができ、広範囲に波長を変化させることができる。これによって、１００ナノメートルを超える波長可変動作が報告されている。【００１９】
しかしながら、ＤＢＲレーザのような「バーニア効果」を利用する技術には以下の問題がある。【００２０】
このような動作原理のＤＢＲレーザでは、半導体利得領域の前方と後方にＤＢＲ領域を配置して「バーニア効果」を生み出すが、一般に、前方にあるＤＢＲ領域は高反射特性を有しており、そのＤＢＲ領域を透過して来る前方光出力を高くできない。そのため、このようなレーザの実用化が困難となっていた。また、このような動作原理を実現するために半導体素子サイズが大きくなるので、素子サイズによって価格がほぼ決まる半導体技術における価格の上昇を招いてしまう。【００２１】
これらの問題を一部解決するものとして、複数のリング共振器を配置した波長可変フィルタが、“ＥＣＯＣ（Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）２００４  予稿集、山崎他、Ｔｈ４．２．４”に記載されている。この文献によれば、周回長の異なる２つのリング共振器を組み合わせることによりバーニア効果を実現でき、広範囲な波長可変動作が得られることが報告されている。【００２２】
図１は、複数のリング共振器を配置した波長可変フィルタの構造の一例を示す図である。図１を参照すると、互いに異なる光路長を有する２つのリング共振器５７、５８が光学的結合手段を介して連結されて多重リング共振器５２が構成されている。多重リング共振器５２の第１のポート５１には、導波路が形成され、外部のＳＯＡ素子５６に光学的手段で結合されている。第１のポート５１の端面には、無反射コーティング５４が施されている。また、第１のポート５１の反対側には第２のポート５３があり、第２のポート５３の端面には高反射コーティング膜５５が施されている。【００２３】
１つのリング共振器の透過帯は周期的であり、その周期はリングの周回長によって決定される。ここで、周回長がＬのリング共振器の透過帯の周期（ＦＳＲ：フリー・スペクトラル・レンジ）は、導波路の実効屈折率をｎとすると、式（１）で表される。【００２４】
【数１】
2007029647.tif 000002
ここでＣは光の速度である。【００２５】
したがって、例えばシリカ導波路では、屈折率ｎ＝１．５であるから、第１のリング共振器５７の周回長Ｌ１＝４ミリメートルとすると、透過帯の周期ＦＳＲ１＝５０ギガヘルツになる。また、第２のリング共振器５８の周回長Ｌ２＝３．９６ミリメートルとすると、透過帯の周期ＦＳＲ２＝５０．５ギガヘルツになる。【００２６】
これにより、２つのリング共振器５７、５８で構成された多重リング共振器５２の透過帯の周期は、その最小公倍数の５０５０ギガヘルツ（約４０ナノメートル）となる。これを多重リング共振器のＦＳＲと定義する。第１のリング共振器５７のＦＳＲが５０ギガヘルツなので、特開２０００−２６１０８６号公報の図１に示されている構造のエタロンと同様の効果により、周期的なチャンネルを設定するフィルタとして動作する。【００２７】
したがって、第２のリング共振器５８の波長帯域を波長軸上で変化させることにより、図１の構成全体が波長可変フィルタとして動作し、チャンネルの選択が可能となる。【００２８】
バーニア効果を利用する利点の１つとして、わずかな屈折率変化で、広範囲に波長可変動作ができることにある。上述した“ＥＣＯＣ（Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）２００４  予稿集、山崎他、Ｔｈ４．２．４”にあるように、リング共振器の温度を変化させることによる熱光学効果で導波路の屈折率を変化させ、第１のリングと第２のリング共振器の重なり合う波長を変化させれば、バーニア効果により透過波長を変化させることができる。【００２９】
また、バーニア効果を利用する他の利点として波長の可変帯域を大きくとることができる。第１のリング共振器５７の透過帯の周期ＦＳＲ１と、第２のリング共振器５８の透過帯の周期ＦＳＲ２との最大公倍数を大きくとることにより、多重リング共振器５２のＦＳＲを十分に大きな値に設定することにより可能である。
【発明の開示】
【００３０】
しかしながら、上述した“ＥＣＯＣ（Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）２００４  予稿集、山崎他、Ｔｈ４．２．４”に示された構造では、以下のような問題点があった。
【００３１】
第１の問題点は、レーザの高出力化に不向きであるということである。その理由を以下に述べる。
【００３２】
半導体素子５６からの光は、無反射コーティング膜５４から、第１のポート５１、多重リング共振器５２、および第２のポート５３を経由して高反射膜５５に到達し、高反射膜５５で反射して同じ経路を逆方向に戻る。戻り経路は、高反射膜５５から、第２のポート５３、多重リング共振器５２、および第１のポート５１を経由して無反射膜５４に到達する経路である。
【００３３】
多重リング共振器５２では、光が透過するときにだけ所望の特性が得られる。そのために、第１のポート５１からの光を多重リング共振器５２に一旦透過させることにより波長を選択した後、再び第１のポート５１に光を戻すこととなる。そのために高反射膜５５が形成された端面により光を反射させ、再び多重リング共振器５２を透過させなければならず、これによりリング共振器を透過する回数が増大する。光がリング共振器を透過する毎に一定の光損失が発生するので、光が多重リング共振器５２を往復することにより光損失が大きくなり、レーザ光出力の減少を招いていた。
【００３４】
また、高反射膜５５は、実際には１００％の光パワーを反射するわけではなく、数％程度が反射せずに外部に放射されてしまう。そのため、そこで更に光損失が発生していた。
【００３５】
また、そのような波長可変フィルタの製造において第２のポート５３側の端面に高反射膜５５を形成する工程が必要であり、工程の複雑さによる製造コストの上昇を招いていた。
【００３６】
第２の問題点は、レーザの発振モードが不安定になりやすいということである。その理由を以下に説明する。
【００３７】
多重リング共振器５２は光が周回するリング構造を有するため全導波路長が長くなる。そのため、レーザモード間隔が極端に狭くなり、レーザ発振モードの安定性が劣化してしまう。例えば、図１に示した構造では、多重リング共振器５２の導波路長が１５ミリメートル以上あり、モード間隔はＳＯＡ長と合わせて定義されるため、モード間隔は４〜５ギガヘルツ程度になり、隣接モードが近接する。
【００３８】
第３の問題点は、周波数変調（ＦＭ変調）効率が低いことである。それは、レーザ発振波長が第１のリング共振器５７すなわち周期的なチャンネル選択フィルタにロックされているからである。以下にその詳細を示す。
【００３９】
第１のリング共振器５７は、例えばエタロンのように内部にて共振を生じさせる構造となっている。したがって、最も透過する波長近傍では、光がリング共振器内で最も多く周回することとなる。そのため、実効光路長は周回長Ｌ１に比べて何倍にも長くなる。そのため、レーザの位相制御すなわち光路長の調整に対する波長の変化は鈍くなる。
【００４０】
近年の光ファイバ通信においては、レーザ発振波長を意図的にＦＭ変調することによって、光ファイバ内における誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ）を抑圧して、光ファイバ内の光損失を低減できることが知られている。しかしながら、上述したような波長変化の鈍いチャンネル選択フィルタを用いた場合、ＦＭ変調効率が低下してしまう。また、無理に大きくＦＭ変調動作をさせてしまうと、鋭いフィルタ特性のために同時にレーザ光強度が大きく変調されることとなるので、信号光に許容範囲以上の強度変調をかけてしまい、通信エラーを引き起こす原因となる。したがって、十分にＦＭ変調をかけることができないため、その結果、ＳＢＳを十分に抑制することができず、光ファイバ内での損失が増大して長距離通信を実現する上で障害となっていた。
【００４１】
本発明の目的は、レーザモードの安定性、光出力、およびＦＭ変調効率が高く、低コストで小型化が可能な多重リング共振器を用いた外部共振器型波長可変レーザを提供することである。
【００４２】
上記目的を達成するために、本発明の波長可変フィルタは、光を透過する波長を変化させることのできる波長可変フィルタであって、光回路素子とループ導波路を有している。
光回路素子は、外部素子から入力した光を少なくとも２つのポートに分割する。ループ導波路は、光回路素子により分割された少なくとも２つのポートをループ状に接続する。ループ導波路の経路の途中に、周波数軸上に周期的な透過特性を有し透過特性が互いに異なる少なくとも２つの第１の波長選択フィルタが直列に挿入されている。第１の波長選択フィルタの少なくとも１つは選択波長を変化させることができる。
【００４３】
本発明の波長可変フィルタは、光回路素子が光を分割してループ導波路に入力し、ループ導波路が、少なくとも２つの第１の波長選択フィルタの透過特性の重複する波長の光のみをループさせて戻す構成である。そのため、光フィルタによる損失が少なく、また高反射膜による損失がないので、レーザを高出力化が可能である。また、高反射膜を形成する工程が省かれるので製造コストが低減される。また、全導波路長が従来に比べて短いので、レーザの発振モードが安定し、また周波数変調効率が改善される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】複数のリング共振器を配置した波長可変フィルタの構造の一例を示す図である。
【図２】第１の実施形態によ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３】リング共振器の構造を概念的に示すブロック図である。
【図４】第１の実施形態から派生する各種変形例の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５】第１の実施形態から派生する各種変形例の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６】第１の実施形態から派生する変形例の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７】第１の実施形態から派生する変形例の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８】第１のポートに斜め導波路が導入された外部共振器型波長可変レーザの構造を概念的に示すブロック図である。
【図９】位相調整領域と無反射コートの間に斜め端面導波路が導入された外部共振器型波長可変レーザの構造を概念的に示すブロック図である。
【図１０】外部共振器型可変レーザの動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１１】第２の実施形態による波長可変フィルタ基板の構成を示す模式図である。
【図１２】第３の実施形態による波長可変フィルタ基板の構成を示す模式図である。
【図１３】第４の実施形態による波長可変フィルタを集積した外部共振器レーザの構成を示す模式図である。
【図１４】第４の実施形態おける電流制御によって温度を調整する動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。【００４６】
（第１の実施形態）
図２は、第１の実施形態によ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２を参照すると、外部共振器型可変レーザは、基本構成として、半導体素子１と波長可変フィルタ基板６を有している。【００４７】
半導体素子１は、能動素子である半導体光増幅器２に、受動素子である位相調整領域３が集積されている。半導体素子１は、半導体光増幅器２側を光出力側としており、その端面には、低反射コーティング４（１％から１０％の反射率）が施されている。また、半導体素子１は、位相調整領域３側を外部共振器側としており、その端面には無反射コーティング５（１％以下）が施されている。なお、位相調整領域３側を光出力側としてもよい。【００４８】
半導体光増幅器２は、多重量子井戸（ＭＱＷ）で構成されており、電流注入によって、光を発生し、増幅する。【００４９】
位相調整領域３はバルク組成または多重量子井戸で構成されており、レーザ発振光を吸収しない程度にバンドギャップが広く設定されている。この位相調整領域３は、電流注入または電圧印加により屈折率が変化し、レーザの位相を変化させる。【００５０】
なお、これら半導体増幅器２および位相調整領域３は、公知のバットジョイント技術を用いて作製してもよいし、公知の選択成長技術を用いて作製してもよい。【００５１】
半導体光増幅器２と位相調整領域３とは、電気的に十分に隔離されており、お互いに電流が干渉しないように配慮されている。具体的には、半導体光増幅器２と位相調整領域３とは１キロオーム以上の分離抵抗で隔離されている。【００５２】
半導体素子１の外部共振器側には、波長可変フィルタ基板６がつき合わせて結合配置されている。通常、半導体素子１と波長可変フィルタ基板６との間の間隔は、数ミクロンから数十ミクロンである。【００５３】
波長可変フィルタ基板６は、基板外部との間で光を入出力する第１のポート７が１×２光分波器８に光学的に結合され、その１×２光分波器８には、第２のポート９および第３のポート１０が接続されている。第２のポート９と第３のポート１０は、光学的にループ状に結合されてループ導波路１１を構成している。ループ導波路１１の中途には第１のリング共振器１２と第２のリング共振器１３が配置されている。【００５４】
図２においては、第１のリング共振器１２および第２のリング共振器１３は、リング共振器構造を用いている。そのリング共振器構造は、図３（Ａ）のように概念的なブロック図によって示すことができる。図３（Ａ）を参照すると、１×２光分波器２３、第１の光フィルタ２１、および第２の光フィルタ２２がループ上に結合されている。さらに、図３（Ａ）では、第１の光フィルタ２１に第１のモニタ用導波路６０が接続されている。また、第１の光フィルタ２１と第２の光フィルタ２２の間には、２×２光分波器６４が備えられ、そこに第２のモニタ用導波路６１が接続されている。図３（Ａ）においては、第１のフィルタ２１および第２のフィルタ２２は、２つのポートを有する透過型フィルタであり、具体的には、例えば、図２に示したようなリング共振器１２、１３、あるいはＡＷＧ型フィルタ等である。【００５５】
図２に示した構造を更に具体的に説明する。【００５６】
図２における第１のリング共振器１２と第２のリング共振器１３とは互いに異なる特性を有している。図２において、第１のリング共振器１２のＦＳＲは、ＦＳＲ１＝５０．０ギガヘルツに設定されている。すなわちリングの周回長は４ミリメートルである。また、第２のリング共振器１３のＦＳＲは、ＦＳＲ２＝５０．５ギガヘルツに設定されている。すなわちリングの周回長は３．９６ミリメートルである。ここで、リング共振器のフィネス（ＦＳＲに対する透過ピーク帯域の比）については、通常用いられているような２または３から数十の範囲の値であればよく、特に規定はしていない。また、第１および第２の光フィルタ１２、１３のＦＳＲ１およびＦＳＲ２の値については一例であり、これに限るものではない。【００５７】
例えばＦＳＲ１＝５００ギガヘルツ、ＦＳＲ２＝５０５ギガヘルツにすることもできる。この場合には、リングの周回長はそれぞれ０．４ミリメートル、０．３９６ミリメートルとなる。このような小さなリングを実現する場合、上述のシリカ導波路では導波コア層とクラッド層の屈折率差が小さく光閉じこめが弱いために、曲がり導波路において損失が大きくなる。そこで、光閉じこめ率の大きくできるＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）上のシリコン導波路を用いた方が、曲がり導波路での損失を低減でき、より効果的である。その場合には、導波コアの屈折率が高いため、リング共振器の周回長はさらに短く、０．２ミリメートル以下のサイズになる。これにより、波長可変フィルタのサイズが小さくなる利点がある。また、半導体やＳＯＩ上では、高い導波路屈折率のために、このＦＳＲ＝５００ギガヘルツよりもさらに大きくすることができ、より小型の波長可変フィルタが実現できる。【００５８】
なお、これら半導体素子１の構成部品は同一の温度コントローラ（ＴＥＣ、Ｔｈｅｒｍｏ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｏｌｅｒ）上に搭載され、温度制御がされている。また、温度モニタ用のサーミスタ、光出力モニタ用のＰＤ（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）等が適切な位置に配置されている。【００５９】
第１のリング共振器１２には、一般的なものと同様に、リング共振器の温度を変化させるためのマイクロヒータが敷設されている。第２のリング共振器１３にもマイクロヒータが敷設されていてもよい。マイクロヒータの敷設については、ＥＣＯＣ（Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）２００４予稿集、山崎他、Ｔｈ４．２．４にも記載されている。【００６０】
本実施形態においては、第１および第２の光フィルタの温度を同時に変化させてもよいし、一方のみの温度を変化させてもよい。一方のみの温度を変化させる場合、ＦＳＲが５０ギガヘルツでない方、すなわち第２のリング共振器１３の温度を変化させるのが望ましい。ＦＳＲが５０ギガヘルツの方、すなわち第１のリング共振器１２は、標準チャンネルに一致させておけばよい。少なくとも一方の光フィルタの温度を変化させて透過スペクトルを変化させる。これにより、２つの光フィルタの透過スペクトルの重なる周波数を変化させることができ、波長可変レーザを実現することができる。図２では、抵抗加熱器１９によって第２のリング共振器１３の温度変化が可能となっている。上述したようにＦＳＲ１＝５００ギガヘルツ、ＦＳＲ２＝５０５ギガヘルツとし、チャンネル間隔５０ギガヘルツのシステムにおいて使用する場合、両方のリングの温度を調整しなければならない。また、各リングを個別に温度モニタするのが、制御を高精度で行う上で望ましい。【００６１】
また、半導体やＳＯＩ上で光フィルタを実現した場合には、抵抗加熱器による温度変化を利用する他に、光フィルタへの電流注入による屈折率変化を利用することができる。この場合、さらに電流による発熱で屈折率が変化することがある。したがって、電流注入による場合においても、高精度で制御するためには、各リングを個別に温度モニタするのが望ましい。【００６２】
また、第１の実施形態から派生する変形例として、図４（Ａ）に示すような構成も考えられる。図４（Ａ）では、第１の光リング共振器１２からの第１のモニタ用導波路６０が波長可変フィルタ基板６の端面に達しており、その端面部分に第１のモニタ用ＰＤ６２が配置されている。【００６３】
また、ループ導波路１１の途中には、２×２光分波器６４が備えられ、そこに接続された第２のモニタ用導波路６１が波長可変フィルタ基板６の端面に達しており、その端面部分に第２のモニタ用ＰＤ６３が配置されている。【００６４】
第１および第２のリング共振器１２、１３の透過ピークが重なったとき、位相調整領域３の調整によってレーザ発振波長がその透過ピーク波長に一致すると、第１のモニタ用ＰＤ６２でモニタされるパワーは０になる。すなわち、第１のモニタ用ＰＤ６２に０より大きな光パワーが検知されたときには、第１のリング共振器１２で決定される標準光チャンネルからレーザ発振波長が離れていることを意味する。したがって、第１のモニタ用ＰＤ６２で検知される光パワーによりレーザ発振波長をモニタすることができる。【００６５】
また、第２のモニタ用ＰＤ６３では、単に内部の光パワーをモニタしているが、その内部光パワーが最大となるのは、第１および第２のリング共振器１２、１３の透過ピークが重なり、レーザ発振波長がそれに一致した場合である。【００６６】
したがって、第１のモニタ用ＰＤ６２の受光パワーを０に、第２のモニタ用ＰＤ６３の受光パワーを最大にするような位相制御を行うことで、発振波長を標準チャンネルに設定することができる。【００６７】
また、ここでは、第１のモニタ用導波路６０および第２のモニタ用導波路６１は、波長可変フィルタ基板６の端面に対して垂直に構成されているが、端面からの反射を低減するために、光が垂直でない角度で出射するように構成してもよい。【００６８】
また、第１のモニタ用導波路６０において、第２のモニタ用ポート６３に加えて、２×２光分波器６４からみて反対側のポートをモニタ用としてもよい。そのために、新たにモニタ用ＰＤを配置しても良いし、また、既に配置している第２のモニタ用ＰＤ６３を共通に用いることもできる。【００６９】
同様に、第１のリング共振器１２に対して第１のモニタ用ＰＤ６２の反対側の未使用のポート（第２のポート９を延長させたポート）を、波長可変フィルタ基板６の端面まで延長して新たなモニタ用ＰＤを配置してもよい。また、既に配置している第１のモニタ用ＰＤ６２を共通に用いてもよい。【００７０】
また、第１の実施形態から派生する他の変形例として、図４（Ｂ）に示すような構成も考えられる。図４（Ｂ）では、２×２光分波器６７が第１のポート７の途中に配置され、そこに接続されたモニタ用導波路６５が波長可変フィルタ基板６の端面に達している。そして、その端面部分にモニタ用ＰＤ６６が配置されている。第１のポート７の途中にモニタ用ＰＤを配置した本構成によってもループ導波路１１内に配置した場合と同様にモニタが可能である。【００７１】
また、第１の実施形態から派生する更に他の変形例として、図４（Ｃ）に示すような構成も考えられる。図４（Ｃ）には、半導体素子１を第１のポート７に直接に接続する実装構成が示されている。これにより実装を簡便にし、組み立てコストを削減することができる。波長可変フィルタ基板６上にパッシブアライメント用パターン７０を配置し、半導体素子１に電流を流すことなく、直接実装してもよい。【００７２】
また、第１の実施形態から派生する更に他の変形例として、図５（Ａ）に示すような構成も考えられる。図５（Ａ）では、第１のリング共振器１２と第２のリング共振器１３との間を接続する導波路上に、第３のリング共振器１４が配置されている。【００７３】
図５（Ａ）では、第３のリング共振器１４として非対称マッハツェンダー型干渉計が用いられている。ここで、非対称マッハツェンダーにより、１×２で分岐された２つの光導波路の光路長をわずかに異なる長さにすることによって生じる干渉効果を利用して、ＦＳＲを５テラヘルツ程度の大きな値に設定しており、使用する波長可変帯域内では減衰のほとんどない構造にしている。第３のリング共振器１４を追加することにより、第１の光フィルタと第２の光フィルタの透過スペクトルが次に一致する５０５０ギガヘルツ先でのレーザ発振を抑制することができ、レーザ発振モードがより安定化する。【００７４】
第３の光フィルタを有する構成は図３（Ｂ）のように概念的なブロック図によって示すことができる。図３（Ｂ）を参照すると、第１の光フィルタ２１と第２の光フィルタ２２との間を接続する導波路上に、第３の光フィルタ２４が配置されている。図３（Ｂ）において、第３の光フィルタ２４を、例えばリング共振器にすることもできる。その場合、そのリング共振器のＦＳＲは、第１および第２のリング共振器１２、１３のＦＳＲと異なるものにする必要があり、また第１および第２のリング共振器１２、１３のＦＳＲよりも大きな値が好ましい。【００７５】
図５（Ｂ）は、第３のフィルタをリング共振器で構成した変形例を示す図である。図５（Ｂ）において、第３のリング共振器１５のＦＳＲは、ＦＳＲ３＝４５ギガヘルツに設定されており、抵抗加熱器１９による波長可変機能を有している。【００７６】
また、第１の実施形態から派生する更に他の変形例として、図６に示すような構成も考えられ、図５（Ａ）と同様に機能する。図６では、非対称マッハツェンダー干渉計１４が第１のポート７上にも形成されている。図６の構成は、図３（Ｃ）に示すような概念的なブロック図によって示すことができる。図３（Ｃ）では、図６における非対称マッハツェンダー干渉計１４は、図３（Ｃ）において第４の光フィルタ２５として示されている。図３（Ｃ）は第３の光フィルタ２４が存在しない形態を示しているが、図３（Ｄ）のように第４の光フィルタ２５に加えて第３の光フィルタ２４も存在する構成であってもよい。【００７７】
また、本実施形態において、波長可変フィルタ基板６の第１のポート７側の端面に無反射コート２０を施してもよい。また、図７に示すように、端面の反射率をさらに低減するために、公知の斜め端面導波路１６を第１のポート７に導入してもよい。ここでは、半導体素子１と波長可変フィルタ基板７の間が結合レンズ１７で結合されている。斜め導波路１６が導入された波長可変フィルタ基板６の概念的なブロック図を図８（Ａ）〜（Ｄ）に示す。図８（Ａ）〜（Ｄ）の構成によれば、図３（Ａ）〜（Ｄ）に示した波長可変レーザにおける波長可変フィルタの入力での反射を低減することができる。【００７８】
また、本実施形態において、半導体素子１の外部共振器側のコーティングの反射率をさらに低減するために、図９に示すように、位相調整領域３と無反射コート５の間に斜め端面導波路１８を導入してもよい。これにより更にモードを安定化することができる。【００７９】
また、本実施形態において、共振器外部に公知の波長ロッカを配置してもよい。波長ロッカが所望の波長の光のみを透過するので、波長精度をより向上させることができる。【００８０】
また、本実施形態の構造はシリカ導波路上に形成してもよく、また半導体やＳＯＩ、ポリマー上に形成してもよい。半導体やＳＯＩ上に形成した場合、シリカよりも屈折率の高い導波路が形成されるため、同等のフィルタを実現した場合、フィルタサイズを小型化できるという利点がある。【００８１】
また、本実施形態の１×２光分波器８は公知の２×２のＭＭＩ（多モード干渉）結合器にすることもできる。その場合には、２つある入力ポートのうち一方のみを使用すればよい。【００８２】
以上のような構成を有する第１の実施形態による外部共振器型可変レーザの基本的な波長動作原理について説明する。【００８３】
図１０は、外部共振器型可変レーザの動作を説明するためのタイミングチャートである。図１０において、（１）は、異なる２つの光フィルタのうち、ＦＳＲの小さい方の光フィルタの周波数軸状の光透過スペクトルを示している。例えば、図２における第１の光リング共振器１２の光透過スペクトルである。（２）は、ＦＳＲの大きい方の光フィルタの周波数軸状の光透過スペクトルを示している。例えば、図２における第２の光リング共振器１３の光透過スペクトルである。第２の光リング共振器１３は、温度制御により光透過スペクトルを変化させることができ、（２）には実線と破線の２つの光透過スペクトルが示されている。また、（３）は、（１）と（２）のスペクトルが重なった状態の光透過スペクトルを示している。これは、第１の光リング共振器１２および第２の光リング共振器１３が直列に光学的に接続されている場合の透過スペクトルを意味する。（３）における実線、破線は（２）における実線、破線にそれぞれ対応している。【００８４】
（１）および（２）に示すように、第１および第２の光リング共振器１２、１３は、周期的に現れる多数の透過ピークの間隔（ＦＳＲ）が互いにわずかに異なっている。例えば、第１の光リング共振器１２のＦＳＲ１が５０ギガヘルツ、第２の光リング共振器のＦＳＲ２が５０．５ギガヘルツに設定される。すなわち、第１の光フィルタ１２としてのリング共振器の周回長が４ミリメートルであり、第２の光フィルタ１３としてのリング共振器の周回長が３．９６ミリメートルに設定される。【００８５】
ここでは、（２）の実線に示すように、周波数ｆ１において、第１の光リング共振器１２の透過ピークと、第２の光リング共振器１３の透過ピークとが一致しているものとする。このとき、直列に接続された２つの光リング共振器のスペクトル上の重なりは（３）の実線に示すように周波数ｆ１において最も大きくなり、ｆ１以外の周波数では小さくなる。なお、次に最もスペクトル上で大きく重なるのは、ＦＳＲ１とＦＳＲ２の最小公倍数である５０５０ギガヘルツである。５０５０ギガヘルツは波長にして約４０ナノメートルであり、使用波長の可変範囲が±２０ナノメートルであることから、ほとんど影響がないと考えてよい。【００８６】
次に、波長可変動作について説明する。ここで、第２の光リング共振器１３の導波路の屈折率を何らかの方法で変化させるものとする。例えば、シリカ導波路上に形成されたリング共振器であれば、ＥＣＯＣ（Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）２００４予稿集、山崎他、Ｔｈ４．２．４に記載されているように、リング共振器上に膜状ヒータを設置して加熱する機構が考えられる。図２では抵抗加熱器１９がヒータである。【００８７】
導波路の温度を上昇させると、通常、シリカ導波路の屈折率が上昇するため、図１０における（２）の光透過スペクトルは実線から破線へ全体として低周波数側へわずかに移動する。その結果、周波数ｆ２において、第１の光フィルタと第２の光フィルタの透過ピーク周波数が一致するようになる。【００８８】
これにより、２つの光リング共振器を直列に接続した光透過スペクトルは、図１０における（３）の破線で示すように、周波数ｆ２でのみ光を透過するようになる。このように、（２）においてΔｆ＝ＦＳＲ２−ＦＳＲ１だけの周波数を変化させるだけで、（３）におけるスペクトルの重なる周波数をｆ１からｆ２へ変化させることができる。例えば、Δｆ＝０．５ギガヘルツに対して、ｆ２−ｆ１＝５０ギガヘルツといったように約１００倍の変化を得ることができる。【００８９】
この制御を繰り返すことによって、連続的ではないが極めて広い範囲で周波数を変化させることができる。これは、ノギスのダイアルや昔の通信機における周波数を変化させるダイアルに採用されていたバーニアダイアルと同一の原理である。これに加えて、第２の光リング共振器１３だけでなく、第１の光リング共振器１２も同様に周波数を変化させれば、極めて広い周波数範囲内で連続的に周波数を変化させることができる。【００９０】
また、本実施形態によれば、リング共振器の透過特性を利用した周期的な波長選択フィルタによって構成される波長可変フィルタにおいて、従来には必要とされていた高反射率端面コートが不要になる。図２に示したように、本実施形態の波長可変レーザの波長可変フィルタ基板６は、第１のポート７と、第１のポート７に光学的に接続されている１×２光分波器８を有している。第１のポート７の反対側にある第２のポート９と第３のポート１０は光学的にループ状に接続され、ループ導波路１１が構成されている。【００９１】
ループ導波路１１の中途に、バーニア効果を利用するための、互いに異なる周期的な周波数特性を有する２つのリング共振器１２、１３が配置されている。図２では、１×２光分波器８で光のエネルギーが２分割され、その一方の光が第２のポート９から第１および第２のリング共振器１２、１３へ伝搬され、その伝搬後、第３のポート１０を通って１×２光分波器８に戻り、最終的に第１のポート７へ出力する。【００９２】
同様に、１×２光分波器８で分割された他方の光は、第３のポート１０から第２のリング共振器１３を通って第１のリング共振器１２を透過し、第２のポートを通って再び第１のポートへ出力される。すなわち、どの経路を通ってもループ導波路１１が全体として反射型の光フィルタとして機能する。そのため、図１に示したような従来の構造において必要とされていた高反射端コーティング膜が本実施形態では不要となっている。【００９３】
通常、光が光フィルタを透過する際には、ある程度の損失（挿入損失）がある。従来の構造である図１では、光は、２つのリング共振器を透過後、高反射端面５５で反射されて、再び２つのリング共振器を透過する。理想的にレーザ波長が、リング共振器の透過ピークに一致しているならば、リング共振器で発生する損失は０であるが、実際にはリングを周回したり、外部のポートへ光結合したりする際に過剰な損失が発生する。従来構造では光リング共振器を４回も透過していたが、本実施形態では、それが２回で済むため損失が低減される。【００９４】
また、本実施形態においては、１×２光分波器８で分割された光は、いずれも再び１×２光分波器８を通って第１のポート７に戻るため、１×２光分波器８において光の損失は生じない。【００９５】
また、一般的に高反射端コーティング膜は完全に１００％の光を反射することはなく、数％程度の光は放射して損失となる。本実施形態は、高反射端面で発生する損失も原理上発生しないので光出力を従来よりも高くすることができる。【００９６】
また、本実施形態によれば、高反射端コーティング膜が不要なので、波長可変フィルタ基板６の製造工程を簡略化し、光フィルタの製造コストを低減することができる。さらに、光フィルタの面積も削減できるのでコストを更に低減することができる。【００９７】
本実施形態は単純な構成として図２に示したような１×２の光分波器８を用いているが、２×２あるいは２×３の光分波器など他の光回路素子を用いてもよい。【００９８】
また、本実施形態において、各種変形例として示したように、ループ導波路の途中あるいは光リング共振器からループ導波路の外へ光を分岐することによって導波路内の光強度をモニタすることとしてもよい。このモニタは波長選択の制御に利用することもできる。例えば、図４（Ａ）に示したような第１のモニタ用導波路６０および第２のモニタ用導波路６１でモニタが可能である。【００９９】
第１のモニタ用導波路６０は、第１の光リング共振器１２から外部へ光を取り出すポートであり、第１の光モニタ用ＰＤ６２を配置してある。また、第２のモニタ用導波路６１は、２×２光分波器６４から分岐された光を第２のモニタ用ＰＤ６３でモニタするためのポートである。ここで、２×２光分波器６４では、光の強度分岐比を１対９というように、外部へ取り出す光強度を必要最低量に設定することができる。また、第１および第２のモニタ用導波路６０、６１は、波長可変フィルタ基板６の端面での光の反射を低減するために、端面近傍で端面に対して垂直でなく、数度程度の傾斜を有してもよい。【０１００】
周期的なチャンネル選択フィルタを用いた外部共振器波長可変レーザにおいては、チャンネル波長の精度は、周期的なチャンネル選択フィルタのＦＳＲ精度によってある程度決定される。周期的なチャンネル選択フィルタは、本実施形態では第１のリング共振器１２である。しかし、実際の周期的なチャンネル選択フィルタの精度は十分でない場合があり、その周期的なチャンネル選択フィルタそのものにも可変動作が必要となる場合が多い。そのため、第１のリング共振器１２にも透過波長を微動させるための可変機構が内蔵してもよい。第１のリング共振器１２と第２のリング共振器１３の双方を変化させることにより、透過帯の波長の精度を高めることができる。しかし、レーザは光の位相条件が一致した波長で発振する。そのため、実際には、レーザ発振波長の精度を高めるために、レーザ発振モードの位相調整機構を付加してもよい。この位相調整機構は、本実施形態では位相調整領域３である。しかしながら、第１のリング共振器１２、第２のリング共振器１３、および位相調整領域３の全てを変化させる場合、レーザ発振波長を波長チャンネルに一致させることは容易で無く、そのためには何らかのモニタ機構が必要である。そのために、各変形例におけるモニタ用導波路およびモニタ用ＰＤのようなモニタ機構を設け、モニタ機構で得られた情報を用いて可変制御を行うことが好ましい。【０１０１】
また、本実施形態による第１および第２のリング共振器１２、１３は、如何なる透過型の光フィルタであってもよい。例えば、公知の対称または非対称マッハツェンダー型干渉計を用いることができる。したがって、それらを総称する第１の光フィルタ２１と第２の光フィルタ２２は図３（Ａ）〜（Ｄ）において概念的に示されている。なお、これら第１のフィルタ２１と第２の光フィルタ２２とは同種のフィルタであっても、異種のフィルタであってもよい。【０１０２】
また、本実施形態において、光導波路上の如何なる位置に、さらに光フィルタを追加して配置してもよい。２つの異なる光フィルタのＦＳＲによるバーニア効果によって、ＦＳＲの最小公倍数の範囲内では光が最大に透過する周波数は１つとなるが、２つのＦＳＲの最小公倍数を所望の波長可変範囲以上に設定できず、透過周波数を１つにできない場合がある。【０１０３】
ＦＳＲの最小公倍数を所望の波長可変範囲以上に設定することは、２つの光フィルタのＦＳＲの差を小さくすることを意味する。Δｆ＝ＦＳＲ２−ＦＳＲ１が小さくなりすぎると、周波数ｆ１において２つの光フィルタの透過ピーク周波数が一致しても、その隣接する透過ピーク波長で部分的な重なりが生じてレーザ動作に影響するほどの副モードが発生する場合がある。これを回避するために光フィルタの透過スペクトル幅を十分狭くすればよいが、そのようにすると、許容される光の透過帯域が狭くなり、後に述べる誘導ブリルアン散乱抑圧のためのＦＭ変調効率が減少する。【０１０４】
この問題を解決する手段として、以下の２つの手段がある。第１の解決手段は、ＦＳＲそのものを増加させる手段である。例えば、ＦＳＲ１＝５００ギガヘルツ、ＦＳＲ２＝５０５ギガヘルツとすることができる。これらＦＳＲの最小公倍数は５０５００ギガヘルツとなり、波長可変範囲は１０倍に増加する。この場合、Δｆ＝ＦＳＲ２−ＦＳＲ１は、５ギガヘルツであり、上述のケースではΔｆ＝０．５ギガヘルツであったのに対して、Δｆも１０倍の値になる。これは、光フィルタの透過スペクトル幅が同じであれば、２つの光フィルタが完全に重なるピークに隣接するピークでは、２つの光フィルタの透過スペクトルの重なりは小さくなり、副モード抑圧比が増大することを意味している。これは同時に、光フィルタの透過スペクトル幅をまだ広くできる余裕があることを意味する。例えば、光フィルタの透過スペクトル幅を上述の例よりも２〜５倍にすることができ、その結果、ＦＭ変調効率が上昇し、にもかかわらず副モード抑圧比は劣化しないという点において、本手法は有効である。また、光フィルタの透過スペクトル幅を広くできることは、課題であったＦＭ変調時に同時に引き起こされるレーザ強度変調についても、許容範囲以下に抑制できることを意味する。なお、例として５００ギガヘルツを示したが、これに限るものではない。【０１０５】
第２の解決手段は、本実施形態において、変形例として第３の光フィルタの導入することである。本手法により、各リング共振器の透過スペクトル幅を狭くせず、ＦＳＲ１とＦＳＲ２の最小公倍数に関わらず、他のモードを抑圧することができる。第３の光フィルタはループ状の導波路に配置しても良く、またループ外である第１のポート側の導波路に配置してもよい。また、それら双方に配置してもよい。第３の光フィルタはリング共振器であってもよく、また対称あるいは非対称マッハツェンダー型干渉計であってもよい。概略図は図３（Ｂ）〜（Ｄ）に示されている。【０１０６】
なお、波長選択特性の設計によっては、波長可変フィルタ基板６を構成する光フィルタの数は少なくとも２台であればよい。【０１０７】
また、本実施形態によれば、高反射端面に向かう導波路が不要なので、全体として光学経路長を従来よりも短くすることができる。光学経路長が短くなれば、半導体光増幅器と組み合わせて構成される波長可変レーザにおいてレーザモード間隔が広がって、レーザ発振モードが安定する。これについて以下にくわしく説明する。【０１０８】
ここでは外部共振器の実効長Ｌを以下のように定義する。レーザ共振器を構成する各要素において、各要素の屈折率ｎｉと実長さＬｉの積の全ての和が実効長Ｌであると定義する。それは式（２）によって表される。【０１０９】
【数２】
2007029647.tif 000003
これにより、外部共振器の実効長Ｌで決定されるファブリーペローモード間隔は式（３）によって決まる。【０１１０】
【数３】
2007029647.tif 000004
ここで、λはレーザの波長、ｎは実効屈折率である。【０１１１】
式（３）より、外部共振器の実効長Ｌが長いほど、ファブリーペローモード間隔が狭くなるので、レーザの副モード抑圧比が低下することが一般的に知られている。本実施形態の構成によれば、レーザ共振器長Ｌを従来よりも短くすることができるので、モード安定性に有利である。【０１１２】
本実施形態では、好適例として、レーザ共振器内に位相調整機構が配置されている。これによれば、位相調整機構によって共振器の実効長Ｌを微調整できるため、レーザ発振周波数（波長）を波長可変フィルタ基板６の透過帯域内で微調整することができる。レーザ発振周波数（波長）を光フィルタの最大透過ピーク周波数（波長）に完全に一致させれば、波長可変フィルタ基板６における損失を最も低い状態にすることができる。【０１１３】
ここで、位相調整領域３は半導体光増幅器１と共に集積されていてもよい。【０１１４】
また、第１のポート７側の端面には、通常、無反射コーティング（ＡＲコート）２０が施される。しかし、無反射コーティングといっても通常は１％未満のレベルで若干の反射率が残留している。本実施形態では、更に反射率を安定的に低減するために、第１のポート７の導波路端面近傍において、光導波路が端面に対して垂直からずれた角度で出射することとしてもよい。これにより、半導体素子の端面における残留反射率の影響による外部共振器レーザ発振モードへの擾乱を低減することができる。【０１１５】
本実施形態において、第１の光フィルタ２１のＦＳＲ１が、標準チャンネル周波数に一致していれば、第２の光フィルタ２２のみを変化させればよい。しかし、第１の光フィルタ２１の設定波長が標準チャンネル周波数に対して十分な精度で一致しない場合、第２の光フィルタ２２に加えて第１の光フィルタ２１も変化させ、さらにレーザ共振器内の位相調整機構により位相も調整すれば、波長精度を向上させることができる。【０１１６】
これに伴い、レーザ共振器外部に、波長を安定化させる波長ロッカを搭載すれば、所望のチャンネル周波数に対するレーザの周波数の精度を向上させることができる。【０１１７】
また、本実施形態によれば、従来よりも実効共振器長Ｌを短く設定できるので、位相調整領域の屈折率変化に対してレーザ発振波長（周波数）が敏感に変化するようにすることができる。位相調整電流を変調することによるレーザに対するＦＭ変調において、そのＦＭ変調効率が従来よりも高いので、光ファイバ中の誘導ブリルアン散乱による光ファイバ伝送中の損失を小さくしたレーザを実現できる。【０１１８】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について説明する。【０１１９】
図１１は、第２の実施形態による波長可変フィルタ基板の構成を示す模式図である。第２の実施形態の外部共振器型波長可変レーザは半導体素子１については第１の実施形態と同じ構成である。第２の実施形態では、波長可変フィルタ基板における第１および第２の光フィルタとして、ＡＷＧ（アレイド・ウエイブガイド・グレーティング、アレイ型導波路回折格子、フェーズド・アレイ）が用いられている。【０１２０】
以下、ＡＷＧについて詳しく説明する。図１１には、１×２ＭＭＩカプラ３０に、第１のＡＷＧフィルタ３１および第２のＡＷＧフィルタ３５がループ状に接続されている。ここでは、第１のＡＷＧフィルタ３１および第２のＡＷＧフィルタ３５として、３つの導波路で構成されＡＷＧが示されている。一般に、ＡＷＧの導波路数は２つ以上であればよい。導波路数が増えれば１つの透過帯域が狭くなることが知られている。【０１２１】
本実施形態では、一旦、導波路を複数に分割し、各導波路が異なる距離を経て再び１つの導波路に結合する構成となっている。これにより、各導波路間の光路長差が、導波路中を通る光の波長λを位相２πとした換算で２πｎ（ｎは整数）であれば、同位相で結合するので干渉効果により光は全て透過する。一方、光路長差が２πｎ＋π（ｎは整数）であれば、光は打ち消し合って透過しない。したがって、その位相差を変化させれば透過波長λを変化させることができる。具体的には、ＡＷＧによる光フィルタの透過波長を変化させるには位相差を変化させればよい。すなわち、導波路間に異なる位相差が発生するように、導波路の屈折率を変化させればよい。【０１２２】
図１１において、第１のＡＷＧフィルタ３１は、第１の１×３ＭＭＩカプラ３２、第２の１×３ＭＭＩカプラ３４、第１のＡＷＧ導波路４１、第２のＡＷＧ導波路４２、第３のＡＷＧ導波路４３、および第１の加熱抵抗器３３を有している。そして、第１の加熱抵抗器３３は、第１のＡＷＧ導波路４１と第２のＡＷＧ導波路４２の間で２πの位相差が生じ、第２のＡＷＧ導波路４２と第３のＡＷＧ導波路４３の間でも２πの位相差が生じるように屈折率を変化させる。【０１２３】
第２のＡＷＧフィルタ３５は、第３の１×３ＭＭＩカプラ３６、第４の１×３ＭＭＩカプラ３８、第４のＡＷＧ導波路４４、第５のＡＷＧ導波路４５、第６のＡＷＧ導波路４６、および第２の加熱抵抗器３７を有している。そして、第２の加熱抵抗器３７は、各ＡＷＧ導波路の屈折率を変化させることにより、第４のＡＷＧ導波路４４と第５のＡＷＧ導波路４５の間で位相差、および第５のＡＷＧ導波路４５と第６のＡＷＧ導波路４６の間の位相差を変化させる。【０１２４】
また、本実施形態においては、第３の光フィルタとしてリング共振器３９が備えられている。その効果については上述した通りである。【０１２５】
本実施形態によれば、第１の光フィルタおよび第２の光フィルタがＡＷＧ導波路により構成されているので、光フィルタ内で導波路の曲率をリング共振器より小さくでき、また曲線部での光の放射損失を低減することもできる。【０１２６】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について図１２を用いて詳細に説明する。【０１２７】
図１２は、第３の実施形態による波長可変フィルタ基板の構成を示す模式図である。第３の実施形態は、第１のポート７、１×２分波器２３、第２のポート９、第３のポート１０、第１の光フィルタ２１、第２の光フィルタ２２までの構成は、図３（Ｂ）に示した第１の実施形態の変形例と同じ構成である。【０１２８】
第３の実施形態では、第１および第２の光フィルタ２１、２２の出力ポートが１×２分波器２３側に配置されている。そのため、第１の光フィルタ２１と第３の光フィルタ２４の間の導波路が第２のポート９と交差し、第２の光フィルタ２２と第３の光フィルタ２４の間の導波路が第３のポート１０と交差する構成となっている。【０１２９】
本実施形態の配置によっても光は図３（Ｂ）に示した構成と同様にループ状に進行する。このように導波路の配置に関しては自由度があり、導波路同士が交差しても特に問題はない。また、具体的には、図１２において、例えば、第１のフィルタ２１にリング共振器を用い、第２のフィルタ２２にリング共振器を用い、第３のフィルタ２４に非対称マッハツェンダー型干渉計を用いてもよい。このような光フィルタの選択によって図１２のような配置が可能である。【０１３０】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態について、図１３を用いて詳細に説明する。【０１３１】
図１３は、第４の実施形態による波長可変フィルタを集積した外部共振器レーザの構成を示す模式図である。図１３においては、同一の半導体インジウム燐（ＩｎＰ）基板１００上に、半導体増幅器２、位相調整領域３、波長可変フィルタ６が集積されている。基本的な動作に関して、第４の実施形態は第１から第３の実施形態と同一である。【０１３２】
このように半導体増幅器と波長可変フィルタを集積すれば、結合部における光学的結合損失を完全に無くすことができるため、結果的にレーザ光出力を向上させることができる。また、半導体増幅器と波長可変フィルタを同一基板上に集積すれば、半導体増幅器または位相調整領域と波長可変フィルタとを光学的に結合する製造工程が不要となり、レーザのコストを削減することができる。【０１３３】
さらに、波長可変フィルタ６を半導体インジウム燐（ＩｎＰ）で構成することによって、抵抗加熱による熱制御または電流制御によって光フィルタの屈折率を変化させることができる。電流制御によれば熱制御よりも高速に波長を変化させることが可能となる。【０１３４】
なお、通常、半導体素子１００は温度コントローラ（ＴＥＣ）上に搭載され、ある一定温度に保つような制御がされている。そのため、環境温度が変化しても、半導体素子１００の温度は一定であるため、レーザ波長はほとんど変化しない。ところが、半導体基板上においては環境温度変化によって局所的に温度が変化することがある。その温度変化により波長がわずかに変化する可能性がある。【０１３５】
そこで、光フィルタの波長をより精密に制御するために、光フィルタ毎に温度をモニタすることが望ましい。図１３の例では、第１のサーミスタ７１が第１の光フィルタ１２の近傍に配置され、第２のサーミスタ７２が第１の光フィルタ１３の近傍に配置されている。特に、図１３の例のように光フィルタがリングであれば、サーミスタとリング導波路の距離をできるだけ等しくするためにサーミスタをリングの中心近くに配置するのが望ましい。【０１３６】
さらに、第４の実施形態では、温度コントローラ（ＴＥＣ）を用いなくてもレーザ波長をある程度一定に維持することができる。その制御フローについて以下に説明する。図１４は、第４の実施形態おける電流制御によって温度を調整する動作を示すフローチャートである。図１４によると、第１のサーミスタ７１および第２のサーミスタ７２で光フィルタ温度を測定し（ステップ１０１）、温度変化があったか否か判定する（ステップ１０２）。【０１３７】
第１のサーミスタ７１または第２のサーミスタ７２のいずれか一方でも温度変化があれば、温度変化による波長のずれの予測値を算出する（ステップ１０３）。具体的には、メモリに記憶されている前回の温度（Ｔ１前、Ｔ２前）から今回の温度（Ｔ１今、Ｔ２今）への温度変化量に、予め定められている温度依存係数Ａ（ｎｍ／℃）を乗算することによって波長ずれの予測値（Δλ１、Δλ２）を算出する。【０１３８】
続いて、波長ずれの予測値からリング電流設定の修正量を算出し（ステップ１０４）、フィードバックにより光フィルタの電流設定を修正量だけ変更する。具体的には、波長ずれの予測値（Δλ１、Δλ２）に、予め定められている電流係数Ｂ（ｍＡ／ｎｍ）を乗算することによりリング電流設定の修正量（ΔＩ１、ΔＩ２）を算出する。【０１３９】
ステップ１０４の後、またはステップ１０２の判定で温度変化がなかったとき、測定した温度データをメモリに記録する（ステップ１０５）。【０１４０】
本実施形態によれば、温度コントローラを用いなくても常に波長を一定に制御することができる。温度コントローラが不要となることで波長可変レーザの低コスト化、低消費電力化が期待される。【０１４１】
なお、本実施形態では光フィルタが電流制御で駆動されている場合を示したが、熱制御で駆動されている場合でも、これと同様にして制御にフィードバックをかけることができる。
【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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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年7月4日(2007.7.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（削除）
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
（削除）
【請求項７】
（削除）
【請求項８】
（削除）
【請求項９】
（削除）
【請求項１０】
（削除）
【請求項１１】
（削除）
【請求項１２】
（削除）
【請求項１３】
（削除）
【請求項１４】
（削除）
【請求項１５】
（削除）
【請求項１６】
（削除）
【請求項１７】
（削除）
【請求項１８】
（削除）
【請求項１９】
（削除）
【請求項２０】
光を透過する波長を変化させることのできる波長可変フィルタであって、
外部素子から入力した光を少なくとも２つのポートに分割する光回路素子と、
前記光回路素子により分割された少なくとも２つの前記ポートをループ状に接続したループ導波路であって、その経路の途中に、周波数軸上に周期的な透過特性を有し前記透過特性が互いに異なる少なくとも２つの波長選択フィルタが直列に挿入された構成の該ループ導波路を有し、さらに周波数軸上に周期的な透過特性を有する非対称マッハツェンダー干渉計を有し、前記波長選択フィルタの少なくとも１つが選択波長を変化させることができる機能を有し、前記非対称マッハツェンダー干渉計は、前記少なくとも２つの波長選択フィルタの透過特性の周期の最小公倍数程度の透過特性の周期を有する、ループ導波路と、
を有する波長可変フィルタ。
【請求項２１】
前記非対称マッハツェンダー干渉計が、前記波長可変フィルタ内の前記ループ状に接続された経路の途中に挿入されている、請求項２０に記載の波長可変フィルタ。
【請求項２２】
前記非対称マッハツェンダー干渉計が、前記外部素子と前記光回路素子の間に挿入されている、請求項２０に記載の波長可変フィルタ。
【請求項２３】
前記非対称マッハツェンダー干渉計の選択波長を変化させることができる、請求項２１または２２に記載の波長可変フィルタ。
【請求項２４】
前記波長選択フィルタがリング共振器である、請求項２１または２２に記載の波長可変フィルタ。
【請求項２５】
前記ループ導波路から光の一部を分割して出力する第１のモニタ機構をさらに有する、請求項２１または２２記載の波長可変フィルタ。
【請求項２６】
前記外部素子と前記光回路素子の間の導波路から光の一部を分割して出力する第２のモニタ機構をさらに有する、請求項２１または２２に記載の波長可変フィルタ。
【請求項２７】
請求項２１または２２に記載の波長可変フィルタと、
電流の注入により光を発生する光増幅器を備え、前記波長可変フィルタに結合され、前記波長可変フィルタに光を入力する前記外部素子を構成する半導体素子と、を有する波長可変レーザ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
光パワーを最大にするような位相制御を行うことで、発振波長を標準チャンネルに設定することができる。
［００６７］
また、ここでは、第１のモニタ用導波路６０および第２のモニタ用導波路６１は、波長可変フィルタ基板６の端面に対して垂直に構成されているが、端面からの反射を低減するために、光が垂直でない角度で出射するように構成してもよい。
［００６８］
また、第１のモニタ用導波路６０において、第２のモニタ用ポート６３に加えて、２×２光分波器６４からみて反対側のポートをモニタ用としてもよい。そのために、新たにモニタ用ＰＤを配置しても良いし、また、既に配置している第２のモニタ用ＰＤ６３を共通に用いることもできる。
［００６９］
同様に、第１のリング共振器１２に対して第１のモニタ用ＰＤ６２の反対側の未使用のポート（第２のポート９を延長させたポート）を、波長可変フィルタ基板６の端面まで延長して新たなモニタ用ＰＤを配置してもよい。また、既に配置している第１のモニタ用ＰＤ６２を共通に用いてもよい。
［００７０］
また、第１の実施形態から派生する他の変形例として、図４（Ｂ）に示すような構成も考えられる。図４（Ｂ）では、２×２光分波器６７が第１のポート７の途中に配置され、そこに接続されたモニタ用導波路６５が波長可変フィルタ基板６の端面に達している。そして、その端面部分にモニタ用ＰＤ６６が配置されている。第１のポート７の途中にモニタ用ＰＤを配置した本構成によってもループ導波路１１内に配置した場合と同様にモニタが可能である。
［００７１］
また、第１の実施形態から派生する更に他の変形例として、図４（Ｃ）に示すような構成も考えられる。図４（Ｃ）には、半導体素子１を第１のポート７に直接に接続する実装構成が示されている。これにより実装を簡便にし、組み立てコストを削減することができる。波長可変フィルタ基板６上にパッシブアライメント用パターン７０を配置し、半導体素子１に電流を流すことなく、直接実装してもよい。
［００７２］
また、第１の実施形態から派生する更に他の変形例として、図５（Ａ）に示すような構成も考えられる。図５（Ａ）では、第１のリング共振器１２と第２のリング共振器１３との間を接続する導波路上に、非対称マッハツェンダー干渉計１４が配置されている。
［００７３］
図５（Ａ）では、非対称マッハツェンダー干渉計１４として非対称マッハツェンダー型
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
干渉計が用いられている。ここで、非対称マッハツェンダーにより、１×２で分岐された２つの光導波路の光路長をわずかに異なる長さにすることによって生じる干渉効果を利用して、ＦＳＲを５テラヘルツ程度の大きな値に設定しており、使用する波長可変帯域内では減衰のほとんどない構造にしている。非対称マッハツェンダー干渉計１４を追加することにより、第１の光フィルタと第２の光フィルタの透過スペクトルが次に一致する５０５０ギガヘルツ先でのレーザ発振を抑制することができ、レーザ発振モードがより安定化する。
［００７４］
第３の光フィルタを有する構成は図３（Ｂ）のように概念的なブロック図によって示すことができる。図３（Ｂ）を参照すると、第１の光フィルタ２１と第２の光フィルタ２２との間を接続する導波路上に、第３の光フィルタ２４が配置されている。図３（Ｂ）において、第３の光フィルタ２４を、例えばリング共振器にすることもできる。その場合、そのリング共振器のＦＳＲは、第１および第２のリング共振器１２、１３のＦＳＲと異なるものにする必要があり、また第１および第２のリング共振器１２、１３のＦＳＲよりも大きな値が好ましい。
［００７５］
図５（Ｂ）は、第３のフィルタをリング共振器で構成した変形例を示す図である。図５（Ｂ）において、第３のリング共振器１５のＦＳＲは、ＦＳＲ３＝４５ギガヘルツに設定されており、抵抗加熱器１９による波長可変機能を有している。
［００７６］
また、第１の実施形態から派生する更に他の変形例として、図６に示すような構成も考えられ、図５（Ａ）と同様に機能する。図６では、非対称マッハツェンダー干渉計１４が第１のポート７上にも形成されている。図６の構成は、図３（Ｃ）に示すような概念的なブロック図によって示すことができる。図３（Ｃ）では、図６における非対称マッハツェンダー干渉計１４は、図３（Ｃ）において第４の光フィルタ２５として示されている。図３（Ｃ）は第３の光フィルタ２４が存在しない形態を示しているが、図３（Ｄ）のように第４の光フィルタ２５に加えて第３の光フィルタ２４も存在する構成であってもよい。
［００７７］
また、本実施形態において、波長可変フィルタ基板６の第１のポート７側の端面に無反射コート２０を施してもよい。また、図７に示すように、端面の反射率をさらに低減するために、公知の斜め端面導波路１６を第１のポート７に導入してもよい。ここでは、半導体素子１と波長可変フィルタ基板７の間が結合レンズ１７で結合されている。斜め導波路１６が導入された波長可変フィルタ基板６の概念的なブロック図を図８（Ａ）〜（
【国際調査報告】
2007029647.tif 000019
2007029647.tif 000020
2007029647.tif 000021
2007029647.tif 000022