(57)【要約】  半導体光増幅器（１）の外部共振器を構成する側の端面反射率は高々０．１％であり、前記波長選択フィルタ（３）の前記透過特性の周期を前記透過特性の半値幅で除したフィネスの値は４以上２５以下とする。  半導体光増幅器（１）の共振器側端面１ｂｂの反射率が０．１％程度の時でも、フィネスを４以上にすることで波長精度約±１．５ＧＨｚが実現できる。さらに、フィネスを８以上にすることで波長精度約±０．５ＧＨｚが実現できる。  また、挿入損失を抑えるためにはこのＦＰエタロンのフィネスを２５以下とすることが望ましい。  これにより、高い波長精度を有する外部共振器型波長可変レーザを実現することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体光増幅器と、
この半導体光増幅器の一端面と対向配置され外部共振器を構成する反射手段と、
前記半導体光増幅器と前記反射手段との間に配置され周波数に対して周期的な透過特性を有する波長選択フィルタと、
この波長選択フィルタにより選択された複数の周波数のうち任意の周波数の光を選択的に透過させる波長可変フィルタとを備え、
前記半導体光増幅器の前記一端面の反射率は、高々０．１％であり、前記波長選択フィルタの透過特性の周期を透過特性の半値幅で除したフィネスの値は４以上２５以下である
ことを特徽とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項２】
請求項１に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長選択フィルタのフィネスは１０以下である
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】
請求項１に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長選択フィルタの自由スペクトル領域の精度は、波長可変レーザが使われるシステムで用いられるＩＴＵチャネル間隔の１／８０００以内である
ことを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項４】
請求項１に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長選択フィルタの自由スペクトル領域の精度は、波長可変レーザが使われるシステムで用いられるＩＴＵチャネル間隔の１／２００００以内である
ことを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項５】
請求項１に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長選択フィルタの自由スペクトル領域が、５０ＧＨｚ近傍である
ことを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項６】
請求項１に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長選択フィルタの自由スペクトル領域が、２５ＧＨｚ近傍である
ことを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項７】
請求項１に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長選択フィルタの自由スペクトル領域が、１００ＧＨｚ近傍である
ことを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項８】
請求項１に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記外部共振器内に、位相を調整する機構をさらに備える
ことを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項９】
請求項１に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長選択フィルタは、波長に対する屈折率分散によるＦＳＲの変動が４ＴＨｚ以上の波長可変範囲にわたり、高々０．５ＧＨｚ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１０】
請求項９に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長選択フィルタは、エタロン表面の法線が前記半導体増幅器からの出射光の光軸に対し、角度が０度より大きく２度より小さい範囲で配置された、ファブリペローエタロンである
ことを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項１１】
請求項９に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長選択フィルタの透過帯域の半値全幅が４ＧＨｚ以上である
ことを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項１２】
請求項９に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長選択フィルタが、水晶ファブリペローエタロンである
ことを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項１３】
請求項９に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長選択フィルタが、シリカファブリペローエタロンである
ことを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項１４】
請求項９に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長可変フィルタは、音響光学フィルタである
ことを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項１５】
請求項１に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長可変フィルタにおける光損失は、３ｄＢ以下である
ことを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項１６】
請求項１に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長可変フィルタと前記反射手段は、波長可変ミラーから構成される
ことを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項１７】
請求項１に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長可変ミラーの反射率は、５０％以上である
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】
請求項１に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記反射手段の反射率は、９０％以上である
ことを特徴とする前記外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項１９】
請求項１に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長選択フィルタと前記波長可変フィルタと前記反射手段は、リング共振器から構成される
ことを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項２０】
請求項１に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記半導体光増幅器の前記一端面の反対側端面の反射率は２％から１２％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２１】
半導体光増幅器と、この半導体光増幅器の一端面と対向配置され外部共振器を構成する反射手段と、前記半導体光増幅器と前記反射手段との間に配置され周波数に対して周期的な透過特性を有する波長選択フィルタと、この波長選択フィルタにより選択された複数の周波数のうち任意の周波数の光を選択的に透過させる波長可変フィルタとを備え、前記半導体光増幅器の前記一端面の反射率は高々０．１％であり、前記波長選択フィルタの透過特性の周期を透過特性の半値幅で除したフィネスの値は４以上２５以下である外部共振器型波長可変レーザにおける波長選択フィルタの実装方法において、
前記波長選択フィルタを任意の角度に仮配置する工程と、
ＩＴＵにて規格化された特定の周波数であるＩＴＵグリッドと前記波長選択フィルタの透過帯域を一致させる工程と、
前記波長選択フィルタを固定する工程と、
最後に前記波長選択フィルタの透過帯域の絶対周波数をＩＴＵグリッドに微調整する工程と
を備えることを特徴とする実装方法。
【請求項２２】
半導体光増幅器と、この半導体光増幅器の一端面と対向配置され外部共振器を構成する反射手段と、前記半導体光増幅器と前記反射手段との間に配置され周波数に対して周期的な透過特性を有する波長選択フィルタと、この波長選択フィルタにより選択された複数の周波数のうち任意の周波数の光を選択的に透過させる波長可変フィルタとを備え、前記半導体光増幅器の前記一端面の反射率は高々０．１％であり、前記波長選択フィルタの透過特性の周期を透過特性の半値幅で除したフィネスの値は４以上２５以下である外部共振器型波長可変レーザにおける波長選択フィルタの実装方法において、
前記波長選択フィルタを任意の角度に仮配置する工程と、
前記波長選択フィルタを固定する工程と、
最後に前期波長選択フィルタの透過帯域の絶対周波数をＩＴＵグリッドに微調整する工程と
を備えることを特徴とする実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い波長精度を有する外部共振器型波長可変レーザ及びその実装方法に関する。
【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。【０００３】
このような光波長多重システムでは、ＩＴＵ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｕｎｉｏｎ）にて規格化された特定の周波数（以下、「ＩＴＵグリッド」という。）で、且つ、高いシングルモード安定性を有するレーザが重要である。ＩＴＵグリッド間隔は１００ＧＨｚから、さらには５０ＧＨｚと狭くなる傾向にある。このように周波数間隔が狭くなると、レーザ発振周波数を精度良く一定に保つ必要がある。通常、ＩＴＵグリッド間隔に対し約±５％以内の高い周波数精度の光出力特性が必要であり、ＩＴＵグリッド間隔が５０ＧＨｚでは、約±２．５ＧＨｚ以内の周波数精度が望ましい。これは、経年変化に伴う波長変動をも考慮する必要があるためであり、初期特性として約±１．５ＧＨｚ以内の周波数精度を実現することがさらに望ましい。【０００４】
このような要求を満足する波長可変レーザとして、文献１（特開２００４−３５６５０４号）に示すような、半導体光増幅器を用いた外部共振器型波長可変レーザがある。これは、半導体レーザに集積が困難であった機能を有する光学素子を用いることができ、特に、周期的な周波数特性を有する波長選択フィルタと、４ＴＨｚ以上の波長可変範囲を有する波長可変フィルタを用いることで、容易に広帯域で、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実現できる。【０００５】
さらに、レーザの組み立て時に、波長選択フィルタの周期的な透過帯域とその周期（自由スペクトル領域、Ｆｒｅｅ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒａｎｇｅ、以下「ＦＳＲ」という。）を、ＩＴＵグリッドの仕様で規格された特定の周波数とその周期に一致させることで、高い周波数精度の光出力特性が期待できる。【０００６】
ところで、上述した半導体光増幅器の出射側端面は、出力カプラとして機能し、共振器内の循環する光のうち特定量の一部を取り出す。その為、出射側端面は、性能を最適化する反射率を得るようにコーティングが施されている場合がある。一方、共振器側端面は、ＡＲ（Ａｎｔｉ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コートや、窓構造の導入、または、斜め端面化により０．０１〜０．１％と低反射化している。そしてこれ以上の低反射化は技術的に難しい。【０００７】
その為、文献１に示されるように、外部共振器内に２つの面によって形成される共振器内エタロンはレーザ性能に悪影響をもたらす。それは、半導体光増幅器の共振器側端面は低反射化されているが反射率の低減は十分ではないため、半導体光増幅器の両端面の間や半導体光増幅器の端面と外部反射ミラーとの間にそれぞれ共振器内エタロンを形成するからである。【０００８】
特に、半導体光増幅器の共振器側端面と外部反射ミラーとで形成される共振器内には、波長選択フィルタや波長可変フィルタが配置されており、共振器内エタロンが形成されることによってフィルタ特性が劣化し、実際のレーザ発振周波数とＩＴＵグリッドとがずれる。その為、従来の波長ロッカで用いられたフィネス３のファブリペローソリッドエタロン（以下、「ＦＰエタロン」という。）を用いた場合、ＩＴＵグリッドに対して約±１．５ＧＨｚ以下の高い周波数精度を実現することは困難であった。
以下に、本出願人により先に出願された文献２（特開２００３−２０８２１８号）を例として図を参照しながら具体的に説明する。【０００９】
文献２の外部共振器型波長可変レーザは、図１５に示すように、半導体光増幅器１０１と、コリメートレンズ１０２ａ及び１０２ｂと、周期的な周波数特性を有する波長選択フィルタ１０３と、波長可変フィルタ１０４と、外部反射ミラー１０５とを備えている。
この構成による波長選択フィルタの動作の原理について図１２を用いて説明と、まず、利得領域１０１ａから出る光は、外部共振器１０６の長さに依存する多数のファブリペロモード１０８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１０３の周期（図１２の波長選択フィルタの透過帯域９）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１０３を透過する。次に、波長可変フィルタ１０４（図１２の波長可変フィルタの透過帯域１０）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。【００１０】
このように、波長選択フィルタ１０３を含んだ外部共振器型波長可変レーザは、波長選択フィルタ１０３の透過帯域でのみレーザ発振αし、その中間の周波数ではレーザ発振αしない。その為、波長選択フィルタ１０３の透過帯域９を波長可変範囲内のＩＴＵ等で決められている所望の周波数グリッド１１全てに一致するように搭載することで、ＩＴＵグリッド１１付近でのレーザ発振αが可能となる。ＩＴＵグリッド間隔１２を５０ＧＨｚとする場合、波長精度は約±１．５ＧＨｚ以内に抑える必要があるが、波長選択フィルタの透過帯域は、通常、４ＴＨｚの周波数範囲にわたりＩＴＵグリッドからのずれを約±０．１ＧＨｚ以内にする事が可能である。【００１１】
しかしながら、半導体光増幅器１０１の共振器側端面１０１ｂｂは、ＡＲコートや斜め端の導入により０．０１％〜０．１％と低反射化されているが、反射率の低減は十分ではないため、半導体光増幅器１０１の両端面の間や半導体光増幅器１０１の端面１０１ｂｂと外部反射ミラー１０５との間でそれぞれ共振器内エタロンとして少なくとも１０７ｂと１０７ａを形成する。特に、半導体光増幅器１０１の共振器側端面１０１ｂｂと外部反射ミラー１０５との共振器内エタロン１０７ａは、波長選択フィルタ１０３の周期的な周波数特性に共振器内エタロン１０７ａの高周波成分が加わってくるため、フィルタ特性が劣化する。図１３は、波長選択フィルタ１０３のＦＳＲが５０ＧＨｚの時の共振器内エタロン１０７ａにより劣化した波長選択フィルタ１０３の周波数特性の模式図である。この図１３を参照すると、ＩＴＵグリッドに対して波長選択フィルタの透過ピークがずれている。通常は、前記波長選択フィルタの最大透過ピーク波長でレーザ発振する。このように、共振器内エタロン１０７ｂがレーザ発振波長のＩＴＵグリッドからのずれの主要因となる。従って、この共振器内エタロン１０７ａによる影響によるずれを約±１．５ＧＨｚ以内に抑える必要がある。【００１２】
また、実際の波長選択フィルタの実装でも、４ＴＨｚ以上の広い波長範囲でＩＴＵグリッドに対し波長選択フィルタの周期的な透過帯域を一致させることは困難であった。図１４に従来の波長ロッカに使われるＦＳＲの精度約±０．０４ＧＨｚと同等なＦＰエタロンを用いた場合の実装方法の一例を「（１）ＦＰエタロン仮配置」と、「（２）ＦＰエタロンの角度調整」と、「（３）ＦＳＲ確認」と、「（４）エタロンの固定」と、「（５）温度調整等による微調」とに分けたフローチャートである。以下に、それぞれをステップ順に図１４を参照しながら説明する。【００１３】
（１）ＦＰエタロン仮配置
まず、ＦＰエタロンを仮配置する（ステップＳ１１）。
このときエタロン表面の法線と外部共振器の軸との角度を例えば０度（垂直入射条件）になるようにする。
（２）ＦＰエタロンの角度調整
次に、波長可変範囲内の１つのＩＴＵグリッドに着目し、ＩＴＵグリッドチャネルとＦＰエタロンの透過帯域を一致させる（ステップＳ１２）。
また、外部共振器を構成していない場合、レーザ発振αをしていないため、ＦＰエタロンの１つの透過帯域の周波数を確認することは困難である。しかし、透過してきた光をスペクトルアナライザで、ＩＴＵグリッドチャネルとＦＰエタロンの透過帯域の一致を確認することができる。
（３）ＦＳＲ確認
次に、波長可変範囲内でエタロン透過帯域の周波数を確認することで、ＦＰエタロンのＦＳＲを確認する（ステップＳ１３）。【００１４】
この時点で、ＩＴＵグリッド間隔とＦＰエタロンのＦＳＲとにずれを確認した場合（ステップＳ１３：ＮＯ）は、「（２）ＦＰエタロンの角度調整」に戻る。【００１５】
（４）エタロンの固定
次に、ＦＰエタロンのＦＳＲとＩＴＵグリッド間隔とを一致させた後（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、ＦＰエタロンを固定する（ステップＳ１４）。
（５）温度調整等による微調
次に、ＩＴＵグリッドとＦＰエタロン透過帯域の絶対周波数のずれを微調して一致させる（ステップＳ１５）。【００１６】
つまり、従来用いてきたエタロンでは、その精度のばらつきにより、複数回このＦＳＲの確認を行う必要があった。
例えば、ＦＰエタロンとしてＦＳＲ４９．９６約±０．０４ＧＨｚを用い、ＩＴＵグリッド間隔５０ＧＨｚのレーザを実現する場合を考える。ＦＰエタロンは、温度や入射角度によりＦＳＲを調整することが可能であるが、ＦＰエタロンの透過帯域の絶対周波数はさらに大きく変化する。ＦＳＲが４９．９２ＧＨｚの場合、ＦＳＲを５０ＧＨｚにするために０．０８ＧＨｚＦＳＲが増えるように調整する必要があるが、１５５０ｎｍ付近の波長の場合、ＦＰエタロンの透過帯域は最大３００ＧＨｚ変化してしまう。すなわち、ＩＴＵグリッド間隔とＦＰエタロンの透過帯域が一致してＦＳＲを確認するのを最大６回（≒３００ＧＨｚ／５０ＧＨｚ）行う必要があった。６回それぞれのＦＳＲの違いは高々０．０１ＧＨｚ程度であるが、４ＴＨｚ以上の広い周波数範囲を考える場合、大きな周波数精度の悪化を招く。
このように、従来のエタロン実装はＩＴＵグリッド間隔とＦＰエタロンのＦＳＲとのずれにより複雑で長い時間を要するものであった。
さらに、スペクトルアナライザでは十分な波長精度を確認できないため、実質４ＴＨｚ以上の広い周波数範囲では通常１ＧＨｚ程度の波長精度となっている。【００１７】
また、波長選択フィルタには、ガラス、石英（シリカ系材料）や水晶、または、シリコンなどで作られたＦＰエタロンやリング共振器フィルタがある。波長可変フィルタには、４ＴＨｚ以上の波長可変範囲を有することが望ましく、例えば、文献３（特開２００３−２８３０２４号）に示す音響光学フィルタや、文献４（米国特許第ＵＳ６２１５９２８Ｂ１号明細書）に示す波長可変フィルタと外部反射ミラーの両方の特性を有する波長可変ミラーや、文献５（特開２００５−４５０４８号）に示すラダー型波長可変フィルタなどがある。その他、文献６（２００５年 春季電子情報通信学会総合大会 『ＰＬＣリング共振器による波長可変レーザ（Ｉ）』Ｃ−３−１２９）に示す、２つのリング共振器フィルタを用い、バーニア効果を用いた波長選択フィルタと波長可変フィルタを一体にしたフィルタもある。透過型の波長可変フィルタを用いる場合、外部ミラーを用意し半導体光増幅器と外部共振器を構成する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上述したように、従来の外部共振器型波長可変レーザにおいては、共振器内エタロンによる影響によるずれを約±１．５ＧＨｚ以内に抑えることができず、高い波長精度を有する外部共振器型波長可変レーザを実現することができなかった。
また、波長選択フィルタの実装において４ＴＨｚ以上の広い波長範囲でＩＴＵグリッドに対し波長選択フィルタの周期的な透過帯域を一致させることもできず、容易に、且つ、短時間行うことができなかった。【００１９】
そこで、本発明は、高い波長精度を有する外部共振器型波長可変レーザを実現することを目的とする。
また、波長選択フィルタの実装方法において従来の方法より容易に、且つ、短時間に行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
そこで、本発明にかかる外部共振器型波長可変レーザは、半導体光増幅器と、この半導体光増幅器の一端面と対向配置され外部共振器を構成する反射手段と、前記半導体光増幅器と前記反射手段との間に配置され周波数に対して周期的な透過特性を有する波長選択フィルタと、この波長選択フィルタにより選択された複数の周波数のうち任意の周波数の光を選択的に透過させる波長可変フィルタとを備え、前記半導体光増幅器の前記一端面の反射率は、高々０．１％であり、前記波長選択フィルタの透過特性の周期を透過特性の半値幅で除したフィネスの値は４以上２５以下であることを特徽とする。【００２１】
また、本発明にかかる外部共振器型波長可変レーザの波長選択フィルタは、自由スペクトル領域の精度をＩＴＵチャネル間隔の１／８０００以内とし、上述した外部共振器型波長可変レーザにおける波長選択フィルタの実装方法において、前記波長選択フィルタを任意の角度に仮配置する工程と、ＩＴＵにて規格化された特定の周波数であるＩＴＵグリッドと前記波長選択フィルタの透過帯域を一致させる工程と、前記波長選択フィルタを固定する工程と、最後に前記波長選択フィルタの透過帯域の絶対周波数をＩＴＵグリッドに微調整する工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明にかかる外部共振器型波長可変レーザによれば、共振器内エタロンによる波長選択フィルタの透過特性のピークからのずれを抑えることができ、高い波長精度の波長可変レーザを提供することができる。【００２３】
また、本発明にかかる外部共振器型波長可変レーザによれば、従来の実装方法より容易に波長選択フィルタの透過帯域をＩＴＵグリッドに合わせることが可能となり、短時間での実装が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、第１の実施例にかかる外部共振器型波長可変レーザの模式図である。
【図２】図２は、各フィネスにかかるＩＴＵチャネルからのずれを表す図である。
【図３】図３は、ＦＰエタロンのフィネスと挿入損失の関係図である。
【図４】図４は、エタロン実装方法の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、エタロン実装方法の他の例を示すフローチャートである。
【図６】図６は、ＦＰエタロンの入射角度模式図である。
【図７】図７は、第２の実施例にかかるモジュール模式図である。
【図８】図８は、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９】図９は、各発振波長にかかる発振波長のＩＴＵグリッドからのずれを表す図である。
【図１０】図１０は、第３の実施例にかかるモジュール模式図である。
【図１１】図１１は、第４の実施例にかかるモジュール模式図である。
【図１２】図１２は、ファブリペロモードと波長選択フィルタ透過帯域を表す図である。
【図１３】図１３は、共振器内エタロンによる波長選択フィルタ劣化を示す模式図である。
【図１４】図１４は、従来のエタロン実装方法のフローチャートである。
【図１５】図１５は、従来の外部共振器型波長可変レーザの模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、本発明の実施例を説明する。
なお、以下の説明は、本発明の実施例を説明するものであり、本発明が以下の実施例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。また、当業者であれば、以下の実施例の各要素を、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。また、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、必要に応じて重複する説明は省略されている。【００２６】
（第１の実施例）
本実施例にかかる外部共振器型波長可変レーザは、少なくとも半導体光増幅器と、この半導体光増幅器の一端面と対向配置され外部共振器を構成する反射手段と、半導体光増幅器と反射手段との間に配置され周波数に対して周期的な透過特性を有する波長選択フィルタと、この波長選択フィルタにより選択された複数の周波数のうち任意の周波数の光を選択的に透過させる波長可変フィルタとを有する外部共振器型波長可変レーザである。【００２７】
そして、本実施例にかかる外部共振器型波長可変レーザは、（ａ）半導体光増幅器の外部共振器の一端面の反射率は高々０．１％であり、波長選択フィルタの透過特性の周期を透過特性の半値幅で除したフィネスの値は４以上２５以下であること、（ｂ）波長選択フィルタの周期的な透過帯域とその周期（自由スペクトル領域、Ｆｒｅｅ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒａｎｇｅ、以下「ＦＳＲ」という。）作製精度を、波長可変レーザが使われるシステムで用いられるＩＴＵチャネル間隔の１／８０００以内とすること、及び（ｃ）波長選択フィルタは、波長に対する屈折率分散によるＦＳＲの変動が４ＴＨｚ以上の波長可変範囲にわたり、高々０．５ＧＨｚ以内であることを特徴とする。【００２８】
図１は、本実施例にかかる外部共振器型波長可変レーザの模式図である。
図１に示すように、外部共振器型波長可変レーザは、半導体光増幅器１と、コリメートレンズ２ａ及び２ｂと、周期的な周波数特性を有する波長選択フィルタ３と、波長可変フィルタ４と、外部反射ミラー５とを備えている。
半導体光増幅器１の共振器側端面１ｂｂは、０．１％以内に低反射化し、出射側端面１ａａは出力カプラとして機能するため、光出力を増大し性能を最適化する反射率が得られるように２％以上の反射率とする。
コリメートレンズ２ａ及び２ｂ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と外部反射ミラー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。
なお、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。【００２９】
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の共振器側端面１ｂｂから出射され、コリメートレンズ２ａを通り平行化される。この目的に適するレンズとして、焦点距離が０．５ｍｍのアルプス社製のＦＬＡＬ０Ｚ１０１Ａ型があるが、その他のレンズを使用することも可能である。平行光は、さらに、波長選択フィルタ３と波長可変フィルタ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とにより選択された波長の光が外部反射ミラー５で反射して、再び、波長可変フィルタ４と、波長選択フィルタ３と、コリメートレンズ２ａとを通って、半導体光増幅器１の共振器側端面１ｂｂから半導体光増幅器１内に再入射する。【００３０】
また、半導体増幅器１の出射側端面１ａａは、２％以上の有限な反射率を有する端面とし、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の出射側端面１ａａと、外部反射ミラー５とで外部共振器６が構成される。【００３１】
次に、この構成による波長選択フィルタの動作の原理について図１２を用いて説明する。
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（図１２の波長選択フィルタの透過帯域９）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（図１２の波長可変フィルタの透過帯域１０）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。【００３２】
このように、波長選択フィルタを含んだ外部共振器型波長可変レーザは、波長選択フィルタ３の透過帯域でのみレーザ発振αし、その中間の周波数ではレーザ発振αしない。その為、波長選択フィルタ３の透過帯域９を波長可変範囲内のＩＴＵ等で決められている所望の周波数グリッド１１全てに一致するように搭載することで、ＩＴＵ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｕｎｉｏｎ）にて規格化された特定の周波数（以下、「ＩＴＵグリッド」という。）１１付近でのレーザ発振αが可能となる。ＩＴＵグリッド間隔１２を５０ＧＨｚとする場合、波長精度は約±１．５ＧＨｚ以内に抑える必要があるが、波長選択フィルタの透過帯域は、通常、４ＴＨｚの周波数範囲にわたりＩＴＵグリッドからのずれを約±０．１ＧＨｚ以内にする事が可能である。【００３３】
上記の構成において各フィネスにおけるＩＴＵチャネルからのずれとの関係を図２に示す。
なお、波長選択フィルタ３のフィネスは、例えばＦＰエタロン３ａの場合、ＦＰエタロン３ａの端面の反射率と入射角度とによって決まるものである。【００３４】
図２は、コリメートレンズ２ａ、波長選択フィルタ３や波長可変フィルタ４等により生じる全外部共振器ロスを１０ｄＢとしてフィネスとＩＴＵグリッドからのずれを表すグラフに、半導体光増幅器１にかかる共振器側端面１ｂｂの反射率Ｒｐを０．１％として検証した結果と、０．０１％として検証した結果とを同一のグラフに表したものである。
この図２を参照すると、半導体光増幅器１の共振器側端面１ｂｂの反射率Ｒｐが０．１％程度の時でも、フィネスを４以上にすることで波長精度約±１．５ＧＨｚが実現できることがわかる。さらに、フィネスを８以上にすることで波長精度約±０．５ＧＨｚが実現できることがわかる。【００３５】
従って、波長選択フィルタ３のＦＳＲを波長選択フィルタ３の透過帯域９の半値幅で割ったフィネスを４以上とすることにより共振器内エタロンによる影響によるずれを約±１．５ＧＨｚ以内に抑えることができる。
なお、ここでは、ＩＴＵグリッド間隔１２を５０ＧＨｚとして説明してきたが、異なるＩＴＵグリッド間隔１２である１００ＧＨｚや２５ＧＨｚでも同じフィネスの条件を用いることができる。これは、光波長多重システムで必要な波長精度の要求が、ＩＴＵグリッド間隔のある割合以下となっているためであり、それに必要な波長選択フィルタ３のフィネスの条件は変わらないためである。【００３６】
また、図２では、半導体増幅器１の共振器側端面１ｂｂの反射率Ｒｐが小さい程、波長精度が向上することがわかる。これは、半導体増幅器１の共振器側端面１ｂｂの反射率Ｒｐの影響が小さい程、共振器内エタロンの影響が小さくなり、波長精度が向上するためである。【００３７】
また、全外部共振器ロスを低減することも重要である。全外部共振器ロスが１０ｄＢよりも小さくなれば、外部共振器側からの光帰還量が増大し、レーザ光出力が増大する。
全外部共振器ロスは、半導体増幅器１の導波路とコリメート光の結合、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、及び、外部反射ミラー５におけるロスの合計である。特に、半導体増幅器１の導波路とコリメート光の結合ロスは最大で３ｄＢ、コリメートレンズ２ａの光透過時のロスは光が往復して典型的に２ｄＢである。さらに、波長選択フィルタ３は、垂直から角度を最大２度傾けていると、往復して最大２ｄＢである。したがって、全外部共振器ロスを１０ｄＢ以下にするためには、波長可変フィルタ４と外部反射ミラーの損失の合計を３ｄＢ以下にしなければならない。もし、波長可変フィルタ４が反射ミラー型であるならば、その反射率は、５０％以上にしなければならない。【００３８】
また、波長選択フィルタ３としてＦＰエタロン３ａを用いる場合、エタロン表面から反射されるビームがレーザキャビティ内に結合されにくくなるように、エタロン表面の法線が外部共振器の光軸に対して０．１度以上にする必要がある。しかし、ＦＰエタロン３ａのフィネスが大きくなるとＦＰエタロン３ａの挿入損失が大きくなる。
図３は、入射角度０．１度にかかるＦＰエタロンのフィネスと挿入損失の関係を検証した結果を表すグラフである。【００３９】
図３を参照すると、フィネス２５以下の場合、挿入損失が０．５ｄＢ以下と小さく抑えられることがわかる。特に、フィネス１８以下は、挿入損失が０．１ｄＢ以下と小さく望ましい。
従って、挿入損失を抑えるためにはこのＦＰエタロンのフィネスを２５以下とすることが望ましい。
ただし、フィネスが１０より大きいＦＰエタロンを作製するためには高い反射率を必要とするため、その作製は困難である。その為、波長選択フィルタとして、高い波長精度を実現しながら挿入損失が小さく、作製が容易であるフィネスを４以上１０以下としたＦＰエタロンを用いることが望ましい。【００４０】
以上のように、半導体光増幅器の一端面の反射率は高々０．１％であり、波長選択フィルタの透過特性の周期を透過特性の半値幅で除したフィネスの値は４以上２５以下とすることで共振器内エタロンによる影響によるずれを約±１．５ＧＨｚ以内に抑えることができ、共振器型波長可変レーザにおいて高い波長精度の波長可変レーザを提供することができる。【００４１】
また、この波長選択フィルタの自由スペクトル領域の精度を、波長可変レーザが使われるシステムで用いられるＩＴＵチャネル間隔の１／８０００以内とすることで、容易に、且つ、短時間に波長選択フィルタ３の実装が可能である。さらに、この実装方法を用いることで、波長選択フィルタの実装において４ＴＨｚ以上の広い波長範囲でＩＴＵグリッドに対し波長選択フィルタの周期的な透過帯域を一致させる課題を解決することができる。具体的には、波長選択フィルタの透過帯域９のＩＴＵグリッド１１からのずれを４ＴＨｚの周波数範囲にわたり０．５ＧＨｚ以下にする事も可能であり、より高精度な波長精度が実現できる。
さらに、この自由スペクトル領域の精度を１／２００００以内とすることで、波長選択フィルタの挿入損失の低減が可能となり、波長選択フィルタの実装を容易となる。【００４２】
以下に、図４を用いて、その波長選択フィルタ３の実装方法について説明する。
この実装方法は、周期的な周波数特性を有する波長選択フィルタ３としてＦＰエタロン３ａを用いたものである。
なお、その他のフィルタを用いた場合でも、それに応じたＦＳＲを調整する手段を用いることで、この実装方法を用いることが可能である。【００４３】
図４は、次のように「（１）ＦＰエタロン仮配置」と、「（２）ＦＰエタロンの角度調整」と、「（３）エタロンの固定」と、「（４）温度調整等による微調」とに分けることができる。【００４４】
（１）ＦＰエタロン仮配置
まず、ＦＰエタロンを仮配置する（ステップＳ０１）。
例えば、エタロン表面の法線と外部共振器の軸との角度θｑが０度になる（垂直入射条件）ようにする
（２）ＦＰエタロンのＦＳＲ調整
次に、ＦＰエタロン３ａのＦＳＲをＩＴＵチャネル間隔に合わせるために、透過帯域のピーク波長を調整し、透過帯域のピーク波長をＩＴＵチャネルに合わせる（ステップＳ０２）。
ＦＰエタロン３ａのＦＳＲを調整する方法は、ＦＰエタロン３ａの角度を変えて光路長を変える方法、ＦＰエタロンの温度を変えて共振器の屈折率、または、光路長を変える方法がある。ここでは、角度を変えてＦＳＲを調整する方法を例として説明する。
【００４５】
ＦＰエタロン３ａのＦＳＲは、図６に示す角度θと、ＦＰエタロン屈折率ｎと、エタロン長ｄと、光速度ｃとを用いて、次のように表すことができる（ｃ＝毎秒３０００００ｋｍ）。【００４６】
ＦＳＲ（θ）＝ｃ／（２ｎｄ×ｃｏｓθ）…数式（１）【００４７】
ＦＰエタロン３ａ表面の法線と外部共振器の軸との角度が０度、すなわちθ＝０度のときを基準にしてＦＳＲの式を書き直すと、次のように表すことができる。【００４８】
ＦＳＲ（θ）＝ＦＳＲ（０）／ｃｏｓθ…数式（２）【００４９】
角度を変えてＦＳＲを調整する方法では、ＦＳＲ（θ)は角度θが０の時に最小となり、θが大きくなるに従いＦＳＲは大きくなる。よって、取りうる角度θの最小値（θmin）のときのＦＳＲがＩＴＵグリッド間隔より大きくなった場合、角度による調整でＦＳＲをＩＴＵグリッド間隔に合わせることが不可能となる。
そのため、取りうる角度θが最小のときのＦＳＲ、ＦＳＲ作製精度を考慮したＦＳＲ（θ最小）５０ＧＨｚを超えないようにする必要がある。また、エタロンの角度を小さく抑え、挿入損失を小さくする必要がある。そのため、通常、数式（３）に示す精度のＦＰエタロン３ａを用いる。なお、数式（３）は、発振周波数可変範囲の中心で定義することが望ましい。【００５０】
ＦＳＲ（θmin）＝（ＩＴＵグリッド間隔）−（ＦＳＲ作製精度）±（ＦＳＲ作製精度）…数式（３）【００５１】
具体的に、θminとして０度、ＩＴＵグリッド間隔１２として５０ＧＨｚを想定し、上述したＦＳＲ作製精度０．００６ＧＨｚのＦＰエタロン３ａを用いる場合、ＦＳＲ（０）は４９．９９４約±０．００６ＧＨｚであり、最大０．０１２ＧＨｚの周波数を角度調整で補正する必要があった。このＦＳＲの周波数差を補正する時、ＦＰエタロン透過帯域９の絶対周波数は大きく変化し、発振波長がＷＤＭシステムで使われる１９３．５５ＴＨｚ（≒４０００×５０ＧＨｚ）付近の場合、約４０００倍の周波数分変化する。すなわち、０．０１２ＧＨｚ×４０００＝４８ＧＨｚ＜５０ＧＨｚの変化となる。この値はＩＴＵグリッド間隔１２以下であるため、ＦＳＲの調整は以下に示す簡単な方法となる。
(ｉ) 数式(３)を定義する周波数付近の１つのＩＴＵグリッド１１に着目する。
(ii) ＦＰエタロン３ａの角度を０度から変え、ＦＰエタロン３ａの透過帯域９を(ｉ)で着目したＩＴＵグリッド１１に一致させる。
この場合、取りうるエタロンの角度θｑは２度以下となり、エタロンの全挿入損失が２ｄＢ以下の低損失が実現できる。【００５２】
また、ＩＴＵグリッド間隔１２として、前記５０ＧＨｚの他に、２５ＧＨｚを想定し、ＦＳＲ（０）は、２４．９９７±０．００３ＧＨｚであるＦＰエタロンを用いれば、さらにチャンネル間隔を狭くすることにより、波長多重通信の大容量化を実現することができる。【００５３】
また、ＩＴＵグリッド間隔１２として、前記５０ＧＨｚの他に、１００ＧＨｚを想定し、ＦＳＲ（０）は、９９．９８８±０．０１２ＧＨｚであるＦＰエタロンを用いれば、チャンネル間隔は５０ＧＨｚよりも広くすることにより、従来の波長多重通信に用いることができる。【００５４】
（３）エタロンの固定
次に、ＦＰエタロンを固定する（ステップＳ０３）。
（４）温度調整等による微調
最後に、ＩＴＵグリッド１１とＦＰエタロン透過帯域９の絶対周波数のずれを温度などにより微調整して一致させる（ステップＳ０４）。【００５５】
以上のステップにより、完全にＩＴＵグリッド間隔１２とＦＰエタロンのＦＳＲが一致するため、波長精度はＦＰエタロン３ａの材質特有の波長分散の影響でのずれ以下に抑えることが可能となり、０．５ＧＨｚ以下の波長精度が可能となる。すなわち、ＦＰエタロンのＦＳＲの精度は、ＩＴＵチャネル間隔の８０００（５０ＧＨｚ／約０．００６ＧＨｚ）分の１以内にすることが望ましい。【００５６】
また、ＦＰエタロンのＦＳＲ精度をＩＴＵチャネル間隔の２００００分の１以内にすることで、エタロンのＦＳＲを、温度のみの調整で実装が可能となり、実装方法が容易となる。以下に、図５を参照して、１度のエタロン角度において、５０ＧＨｚ±０．００２５ＧＨｚのＦＰエタロンを用いた場合の実装方法について説明する。【００５７】
（１）ＦＰエタロンの仮配置
ＦＰエタロンの角度を１度に仮固定する（ステップＳ０５）。
（２）ＦＰエタロンの固定
（１）における角度を維持したままＦＰエタロンを固定する（ステップＳ０６）。
（３）温度調整によるＦＳＲ調整
±０．００２５ＧＨｚの波長精度のため、エタロン透過帯域のＩＴＵチャネル１１からのずれは１０ＧＨｚ（０．００２５ＧＨｚ×４０００）以下となる。通常のＦＰエタロンに用いられるガラスや石英の温度特性は１ＧＨｚ／度であり、±１０度の温度調整を行い、エタロン透過帯域をＩＴＵチャネルと一致させる（ステップＳ０７）。半導体素子は±１０度の温度変化で大きな差は無く、十分なレーザ特性を実現できる。
すなわち、一度の簡易なＦＳＲの調整により、完全にＩＴＵグリッド間隔１２とＦＰエタロンのＦＳＲを一致できる。【００５８】
また、ＦＰエタロンに、更に低分散の材質を用いることも可能である。そして、従来の図１４に示すような実装方法に比べて、容易に、且つ短時間に、且つ高い波長精度でＦＰエタロン３ａの実装が可能となる。【００５９】
その他の実装方法として、波長可変フィルタ４や反射手段である外部反射ミラー５を実装後に、実際にレーザ発振αをさせて、発振波長精度を確認しながら行う方法も考えられる。しかし、この場合も、ＦＰエタロン３ａの角度を発振波長がＩＴＵグリッド１１に合うチャネルにあう最初の角度で固定することで対応できる。【００６０】
（第２の実施例）
本実施例にかかる外部共振器型波長可変レーザは、第１の実施例にかかる外部共振器型波長可変レーザにおいてさらに（ａ）外部共振器内に位相調整機構を有すること、（ｂ）波長選択フィルタとしてＦＰエタロンを用い、エタロン表面の法線が半導体増幅器からの出射光の光軸に対し、角度が０度より大きく２度より小さい範囲で配置された、ＦＰエタロンであること、及び（ｃ）波長可変ミラーにより波長可変フィルタと反射手段とが一体的に形成されている、という３つの特徴を加えたものである。
以下に、本実施例にかかる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。【００６１】
本実施例にかかる外部共振器型波長可変レーザの基本的構成は、半導体光増幅器と、コリメートレンズと、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、及び、外部反射ミラーとを備えている。具体的構成としては、周期的な周波数特性を有する波長選択フィルタは、光の干渉を利用した石英系のＦＰエタロンを使用することができ、フィネス８のＦＰエタロンを用いた。石英系ＦＰエタロンは大きな温度依存性があり、後から温度による透過帯域の調整が可能である。ＦＰエタロンの透過帯域の間隔は、ＩＴＵグリッド間隔である２５ＧＨｚ、５０ＧＨｚまたは１００ＧＨｚ等の波長可変レーザの選択波長間隔に応じて決める。例えば、ＩＴＵグリッド間隔が５０ＧＨｚである波長可変レーザ実現のためには、ＦＳＲが４９．９９４約±０．００６ＧＨｚと５０ＧＨｚよりもわずかに小さいＦＰエタロンを波長選択フィルタとして用いることが望ましい。その場合、エタロン表面の法線が半導体増幅器からの出射光の光軸に対し角度が０度より大きく２度より小さい範囲で配置する。【００６２】
４ＴＨｚ以上の波長可変幅を有する波長可変フィルタには、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、波長可変フィルタと外部反射ミラーの機能を有する電気制御型波長可変ミラーである。電気制御型波長可変ミラーは、文献（米国特許第ＵＳ６２１５９２８Ｂ１号明細書）に記載されているように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。電気制御型波長可変ミラーの光入射面に垂直な方向は、光の入射角度に対して約±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約±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。
図７は、上述した具体的構成にかかる外部共振器型波長可変レーザの一例を示すものである。【００６３】
半導体光増幅器１の光出射端面１ａａは、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し１０％の反射率とした。そして、半導体光増幅器１の利得領域１ａの長さを５００μｍとした。外部共振器型波長可変レーザでは、外部共振器のＦＰモードとエタロン透過帯域との位相調整を行うことで、モード安定性の高い発振を得ることができる。その為、半導体光増幅器に位相調整領域を集積することが望ましい。今回、半導体光増幅器の共振器側に１００μｍの位相調整領域を集積した。もう一方の端面１ｂｂ（共振器側端面と称する）にはＡＲ（Ａｎｔｉ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コートを行い、反射率０．１％とした。【００６４】
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８を参照して説明する。図８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８において、２電極半導体増幅器１は、金合金等の薄膜による電極２１及び２２と、ｐ−ＩｎＰクラッド層２３と、ＩｎＧａＡｓＰ系の多重量子井戸（Multi Quantum Well：ＭＱＷ）活性層２４と、ＭＱＷ活性層２４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２５と、ｎ―ＩｎＰクラッド層２６と、ｎ―ＩｎＰ基板２７とで構成されている。【００６５】
ここで、ＭＱＷ活性層２４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、電極２２への注入電流を制御することによりＩｎＧａＡｓＰ位相調整層２５の屈折率が変化し、外部共振器と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。よって、位相調整領域１ｂは、位相調整機構として作用する。【００６６】
次に、外部共振器型波長可変レーザの実装方法を図９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１５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１４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１４の上に半導体光増幅器１を配置する。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コリメートレンズ２ａと２ｂを配置する。そして、本発明である簡易な実装方法で、ＦＰエタロンの透過帯域とＩＴＵグリッドが一致するように配置する。その後、電気制御型波長可変ミラー４ａを配置する。【００６７】
図９は、本実施例にかかる波長可変レーザに関して、横軸を波長（wavelength）、縦軸をＩＴＵグリッドからのずれとして、異なるＩＴＵグリッドで得られる典型的な発振波長のＩＴＵグリッドからのずれを示すグラフである。なお、参考として従来波長ロッカ等で用いられてきたフィネス３のエタロンでの結果も載せている。各チャネルにおいてほぼランダムにずれが生じており、これは主として共振器内エタロンの影響による。従来のフィネスが３のＦＰエタロンでは、波長精度は約±２ＧＨｚと十分な波長精度が得られていなかったが、本実施例にかかる波長可変レーザでは約±１ＧＨｚ以内と十分な波長精度が得られる。また、サイドモード抑圧比（ＳＭＳＲ）も５０ｄＢ以上と良好な値となった。【００６８】
また、光ファイバ内においては、入射光と媒質中を通過する音波（結晶格子の音響的振動）との相互作用により発生する誘導ブリルアン散乱があり、線幅の狭い光パワーが透過しにくい性質がある。レーザ光を周波数変調（ＦＭ変調）することにより、前記誘導ブリルアン散乱の影響を低減できることが知られている。本発明においては、前記位相調整領域１ｂの電流値を変調することにより、レーザ光をＦＭ変調することができる。【００６９】
しかしながら、ＦＭ変調時にはレーザ発振波長が前記ＦＰエタロンの透過ピーク波長を中心に動く。透過ピーク波長からずれた波長にとっては、ＦＰエタロン透過時の光損失が増大することなるため、共振器損失が増大し、レーザ光出力パワー値が減少してしまう。光ファイバ通信において、伝送特性に影響がないパワー変動値としては、一般的に１ｄＢとされている。したがって、本実施例においては、波長精度約±１．５ＧＨｚ以内で許容される最大のＦＭ変調度±１ＧＨｚで、レーザ光出力変動を１ｄＢ以内にしなければならない。それを実現するには、前記ＦＰエタロンの１ｄＢ透過帯域幅が２ＧＨｚ以上あることが必要である。これは、エタロンの透過特性から、３ｄＢ透過帯域幅（ＦＷＨＭ）に換算して、４ＧＨｚ以上が必要であることを意味する。【００７０】
本実施例によれば、外部共振器型波長可変レーザにかかる外部共振器内に位相調整機構を有することで、波長選択（可変）フィルタの透過帯中心周波数調整や外部共振器モードの位相調整を行うことができる。
また、波長選択フィルタとしてＦＰエタロンを用い、エタロン表面の法線が半導体増幅器からの出射光の光軸に対し、角度が０度より大きく２度より小さい範囲で配置された、ＦＰエタロンであることで、低挿入損失変化が可能となり、外部共振器型波長可変レーザの高出力化も可能となる。
またさらに、波長可変ミラーにより波長可変フィルタと反射手段とが一体的に形成されていることで、より小型の波長可変レーザを容易に実現することができる。【００７１】
（第３の実施例）
本実施例にかかる外部共振器型波長可変レーザは、第１の実施例の特徴にさらに（ａ）外部共振器内に位相調整機構を有すること、（ｂ）波長選択フィルタとしてＦＰエタロンを用い、エタロン表面の法線が半導体増幅器からの出射光の光軸に対し、角度が０度より大きく２度より小さい範囲で配置されたＦＰエタロンである、という２つの特徴を加えたものである。
本実施例にかかる外部共振器型波長可変レーザを、図１０を参照して説明する。【００７２】
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、光出射端面１ａａの反射率はレーザしきい値を低減し安定動作できるために１２％、低反射端面の反射率０．０１％とする。そして、波長選択フィルタ３として、フィネスを１５、ＦＳＲを９９．９８８ＧＨｚ約±０．０１２ＧＨｚのエアギャップ式のＦＰエタロン３ｂを用いる。そして、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４ａを用いる。
本実施例にかかる外部共振器型の波長可変レーザの実装方法は、第２の実施例において説明した通りであるので、ここでは省略する。【００７３】
この場合、エアギャップ式のＦＰエタロン３ｂのＦＳＲの温度特性は０．１ｎｍ／度と小さいため、ＦＰエタロン３ｂの透過帯域をほぼ完全にＩＴＵグリッドに合わせることが重要となる。その場合、エタロン表面の法線が半導体増幅器からの出射光の光軸に対し角度が０度より大きく２度より小さい範囲で配置する。
ただし、温度制御器のペルチェ素子１３を用いて、ステージ１４の温度を変えることで半導体光増幅器１の位相調整が可能である。【００７４】
本実施例にかかる外部共振器型波長可変レーザの駆動方法は、次のようなものである。
まず、電気制御型波長可変ミラー４ａ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よる温度調整で半導体光増幅器１の位相の調整を行う。本実施例においても約±０．５ＧＨｚ以内と十分な波長精度が得られる。【００７５】
本実施例によれば、外部共振器型波長可変レーザにかかる外部共振器内に位相調整機構を有することで、波長選択（可変）フィルタの透過帯中心周波数調整や外部共振器モードの位相調整を行うことができる。
また、波長選択フィルタとしてＦＰエタロンを用い、エタロン表面の法線が半導体増幅器からの出射光の光軸に対し、角度が０度より大きく２度より小さい範囲で配置された、ＦＰエタロンであることで、低挿入損失変化が可能となり、外部共振器型波長可変レーザの高出力化も可能となる。【００７６】
（第４の実施例）
本実施例にかかる外部共振器型波長可変レーザは、第１の実施例の特徴にさらに（ａ）外部共振器内に位相調整機構を有すること、及び（ｂ）リング共振器により波長選択フィルタと波長可変フィルタと反射手段とが一体的に形成されているということ、及び（ｃ）外部共振器は半導体光増幅器と反射率９０％以上の反射手段により構成される、という３つの特徴を加えたものである。
本実施例にかかる外部共振器型波長可変レーザを、図１１を参照して説明する。【００７７】
半導体光増幅器１として、例えば長さ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５％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、フィネスの値１５、ＦＳＲとして５０約±０．００２ＧＨｚのリング共振器３ｂを用いる。そして、波長可変ミラー４として４ＴＨｚ以上の波長可変幅で透過帯域を変更可能なラダー型フィルタ４ｂをリング共振器３ｂと同一基板上に搭載する。更に、このリング共振器３ｂ上と、導波路上の一部に位相調整領域１６とを設け、電流注入により位相調整可能とする。そして、反射率９０％以上の高反射コート１７を用いることで外部ミラーの代わりとする。【００７８】
本実施例にかかる外部共振器型波長可変レーザの実装方法を説明する。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つの基板１４を配置する。その後、ＣｕＷの基板１４の上に半導体光増幅器１を配置する。次に、非球面レンズと波長選択フィルタとを半導体光増幅器１からの光と結合するようにレンズ２ｃを配置する。今回レンズ１つで半導体光増幅器１と波長選択フィルタ３を結合しているが、レンズは２つ以上用いても良い。更に、光出力用のレンズ２ｂを配置する。【００７９】
本実施例にかかる外部共振器型波長可変レーザの駆動方法は、次のようなものである。
まず、ラダー型フィルタ４ｂに電圧／電流を引加し透過する波長を変える。その後、ラダー型フィルタにより選択されたリング共振器３ｂの透過帯域の位相調整をフィルタ上の位相調整領域１６や外部共振器に依存するファブリペロモード８を半導体光増幅器１の位相調整電流で調整を行う。今回、半導体光増幅器の外側にも位相調整領域を有することで波長選択方法は複雑になるが、更に高い精度約±０．１ＧＨｚの波長精度が実現できる。【００８０】
本実施例によれば外部共振器型波長可変レーザにかかる外部共振器内に位相調整機構を有することで、波長選択（可変）フィルタの透過帯中心周波数調整や外部共振器モードの位相調整を行うことができる。
また、リング共振器により波長選択フィルタと波長可変フィルタと反射手段とが一体的に形成されているので、より小型の外部共振器型波長可変レーザを容易に実現できる。またさらに、外部共振器は半導体光増幅器と反射率９０％以上の反射手段により構成されることで、波長可変レーザの高出力化が可能となる。
【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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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年11月7日(2006.11.7)
【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】請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】請求の範囲
【請求項１】  半導体光増幅器と、
この半導体光増幅器の一端面と対向配置され外部共振器を構成する反射手段と、
前記半導体光増幅器と前記反射手段との間に配置され周波数に対して周期的な透過特性を有する波長選択フィルタと、
この波長選択フィルタにより選択された複数の周波数のうち任意の周波数の光を選択的に透過させる波長可変フィルタとを備え、
前記半導体光増幅器の前記一端面の反射率は、高々０．１％であり、前記波長選択フィルタの透過特性の周期を透過特性の半値幅で除したフィネスの値は４以上２５以下である
ことを特徽とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項２】  請求項１に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長選択フィルタのフィネスは１０以下である
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】  請求項１に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長選択フィルタの自由スペクトル領域の精度は、波長可変レーザが使われるシステムで用いられるＩＴＵチャネル間隔の１／８０００以内である
ことを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項４】  請求項１に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長選択フィルタの自由スペクトル領域の精度は、波長可変レーザが使われるシステムで用いられるＩＴＵチャネル間隔の１／２００００以内である
ことを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項５】  請求項１に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長選択フィルタの自由スペクトル領域が、５０ＧＨｚ近傍である
ことを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項６】  請求項１に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長選択フィルタの自由スペクトル領域が、２５ＧＨｚ近傍である
ことを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項７】  請求項１に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長選択フィルタの自由スペクトル領域が、１００ＧＨｚ近傍である
ことを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項８】  請求項１に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記外部共振器内に、位相を調整する機構をさらに備える
ことを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項９】  請求項１に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長選択フィルタは、波長に対する屈折率分散によるＦＳＲの変動が４ＴＨｚ以上の波長可変範囲にわたり、高々０．５ＧＨｚ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１０】  請求項９に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長選択フィルタは、エタロン表面の法線が前記半導体増幅器からの出射光の光軸に対し、角度が０度より大きく２度より小さい範囲で配置された、ファブリペローエタロンである
ことを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項１１】  請求項９に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長選択フィルタの透過帯域の半値全幅が４ＧＨｚ以上である
ことを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項１２】  請求項９に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長選択フィルタが、水晶ファブリペローエタロンである
ことを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項１３】  請求項９に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長選択フィルタが、シリカファブリペローエタロンである
ことを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項１４】  請求項９に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長可変フィルタは、音響光学フィルタである
ことを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項１５】  請求項１に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長可変フィルタにおける光損失は、３ｄＢ以下である
ことを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項１６】  請求項１に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長可変フィルタと前記反射手段は、波長可変ミラーから構成される
ことを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項１７】  請求項１６に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長可変ミラーの反射率は、５０％以上である
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】  請求項１に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記反射手段の反射率は、９０％以上である
ことを特徴とする前記外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項１９】  請求項１に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記波長選択フィルタと前記波長可変フィルタは、リング共振器フィルタから構成される
ことを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ。
【請求項２０】  請求項１に記載された外部共振器型波長可変レーザにおいて、
前記半導体光増幅器の前記一端面の反対側端面の反射率は２％から１２％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２１】  半導体光増幅器と、この半導体光増幅器の一端面と対向配置され外部共振器を構成する反射手段と、前記半導体光増幅器と前記反射手段との間に配置され周波数に対して周期的な透過特性を有する波長選択フィルタと、この波長選択フィルタにより選択された複数の周波数のうち任意の周波数の光を選択的に透過させる波長可変フィルタとを備え、前記半導体光増幅器の前記一端面の反射率は高々０．１％であり、前記波長選択フィルタの透過特性の周期を透過特性の半値幅で除したフィネスの値は４以上２５以下である外部共振器型波長可変レーザにおける波長選沢フィルタの実装方法において、
前記波長選択フィルタを任意の角度に仮配置する工程と、
ＩＴＵにて規格化された特定の周波数であるＩＴＵグリッドと前記波長選択フィルタの透過帯域を一致させる工程と、
前記波長選択フィルタを固定する工程と、
最後に前記波長選択フィルタの透過帯域の絶対周波数をＩＴＵグリッドに微調整する工程と
を備えることを特徴とする実装方法。
【請求項２２】  半導体光増幅器と、この半導体光増幅器の一端面と対向配置され外部共振器を構成する反射手段と、前記半導体光増幅器と前記反射手段との間に配置され周波数に対して周期的な透過特性を有する波長選択フィルタと、この波長選択フィルタにより選択された複数の周波数のうち任意の周波数の光を選択的に透過させる波長可変フィルタとを備え、前記半導体光増幅器の前記一端面の反射率は高々０．１％であり、前記波長選択フィルタの透過特性の周期を透過特性の半値幅で除したフィネスの値は４以上２５以下である外部共振器型波長可変レーザにおける波長選択フィルタの実装方法において、
前記波長選択フィルタを任意の角度に仮配置する工程と、
前記波長選択フィルタを固定する工程と、
最後に前期波長選択フィルタの透過帯域の絶対周波数をＩＴＵグリッドに微調整する工程と
を備えることを特徴とする実装方法。
【国際調査報告】
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