(57)【要約】  半導体光増幅器（２）を含み外部から光をフィードバックさせてレーザ発振動作させる外部共振器（２０）を備えた外部共振器型波長可変レーザ装置において、レーザの波長可変範囲内において少なくとも単峰なピークの反射スペクトル特性を有する波長可変ミラー（７）を、外部共振器（２０）の一端に配置し、波長可変ミラー７の反射帯域半値全幅に対して、外部共振器（２０）の実効長で決定されるファブリーペローモード間隔が１／１０倍以上１０倍以下とする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体光増幅器を含み外部から光をフィードバックさせてレーザ発振動作させる外部共振器と、
この外部共振器の一端に配置され、レーザの波長可変範囲内において少なくとも単峰なピークの反射スペクトル特性を有する波長可変ミラーとを備え、
前記波長可変ミラーの反射帯域半値全幅に対して、前記外部共振器の実効長で決定されるファブリーペローモード間隔が１／１０倍以上１０倍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装置。
【請求項２】
半導体光増幅器と外部から光をフィードバックさせてレーザ発振動作させるための全反射ミラーとを含む外部共振器と、
前記半導体光増幅器と前記全反射ミラーとの間に配置され、レーザの波長可変範囲内において少なくとも単峰なピークの透過スペクトル特性を有する透過型の波長可変フィルタとを備え、
前記波長可変フィルタの透過帯域半値全幅に対して、前記外部共振器の実効長で決定されるファブリーペローモード間隔が１／１０倍以上１０倍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装置。
【請求項３】
請求項２に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
レーザ光が入出射する前記波長可変フィルタの表面は、光軸に対する垂直方向から傾いて配置されることを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項４】
請求項１に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
前記波長可変ミラーの反射帯域半値全幅に対して、前記外部共振器の実効長で決定されるファブリーペローモード間隔が、１／２倍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装置。
【請求項５】
請求項２に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
前記波長可変フィルタの透過帯域半値全幅に対して、前記外部共振器の実効長で決定されるファブリーペローモード間隔が、１／２倍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装置。
【請求項６】
請求項１に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
前記波長可変ミラーは、可動部品を有しない非機械型であることを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項７】
請求項２に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
前記波長可変フィルタは、可動部品を有しない非機械型であることを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項８】
請求項１に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
前記波長可変範囲は、光ファイバ通信におけるＣ帯、Ｌ帯、Ｓ帯のいずれか１つ、またはこれらの帯域のうち少なくとも２つの帯域の和であることを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項９】
請求項２に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
前記波長可変範囲は、光ファイバ通信におけるＣ帯、Ｌ帯、Ｓ帯のいずれか１つ、またはこれらの帯域のうち少なくとも２つの帯域の和であることを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
さらに、前記外部共振器内に、屈折率を変化させることによって光路長を実効的に変化させることが可能な位相調整領域を備えることを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項１１】
請求項２に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
さらに、前記外部共振器内に、屈折率を変化させることによって光路長を実効的に変化させることが可能な位相調整領域を備えることを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
前記位相調整領域は、前記半導体光増幅器と一体で形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装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
前記位相調整領域は、前記半導体光増幅器と一体で形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装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
前記外部共振器を構成する各構成要素を、光線が外部共振器内を直線的に進行するように配置することを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項１５】
請求項２に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
前記外部共振器を構成する各構成要素を、光線が外部共振器内を直線的に進行するように配置することを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項１６】
請求項１に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
さらに、前記波長可変ミラーと対向する前記半導体光増幅器の端面に、この端面と斜めに交差する光導波路を備えることを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項１７】
請求項２に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
さらに、前記波長可変フィルタと対向する前記半導体光増幅器の端面に、この端面と斜めに交差する光導波路を備えることを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項１８】
請求項１０に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
さらに、前記波長可変ミラーと対向する前記位相調整領域の端面に、この端面と斜めに交差する光導波路を備えることを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項１９】
請求項１１に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
さらに、前記波長可変フィルタと対向する前記位相調整領域の端面に、この端面と斜めに交差する光導波路を備えることを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項２０】
請求項１に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
さらに、前記半導体光増幅器において、前記波長可変ミラーと反対側にある光出射側端面の反射率が、１から１０％であることを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項２１】
請求項２に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
さらに、前記半導体光増幅器において、前記波長可変フィルタと反対側にある光出射側端面の反射率が、１から１０％であることを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項２２】
請求項１に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
さらに、前記波長可変ミラーに含まれる波長無依存の反射率は、前記波長可変ミラーの反射ピーク波長における反射率に比べて、１／１０倍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装置。
【請求項２３】
請求項１に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
さらに、前記外部共振器の外部に、レーザ発振波長をロックする波長ロッカ機構を備えることを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項２４】
請求項２に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
さらに、前記外部共振器の外部に、レーザ発振波長をロックする波長ロッカ機構を備えることを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項２５】
請求項１に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
さらに、前記外部共振器の外部に、レーザ光出力量を調整する調整機構を備えることを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項２６】
請求項２に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
さらに、前記外部共振器の外部に、レーザ光出力量を調整する調整機構を備えることを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項２７】
請求項１に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
前記波長可変ミラーは、周波数軸上で前記ファブリーペローモード間隔の整数倍がチャンネル間隔に等しくなるように配置されることを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項２８】
請求項２に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
前記全反射ミラーは、周波数軸上で前記ファブリーペローモード間隔の整数倍がチャンネル間隔に等しくなるように配置されることを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項２９】
請求項１に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
前記波長可変ミラーは、周波数軸上で前記ファブリーペローモード間隔の２のｍ（ｍは整数）乗倍がチャンネル間隔に等しくなるように配置されることを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項３０】
請求項２に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
前記全反射ミラーは、周波数軸上で前記ファブリーペローモード間隔の２のＭ（Ｍは整数）乗倍がチャンネル間隔に等しくなるように配置されることを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項３１】
請求項２７に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
さらに、前記外部共振器内に、屈折率を変化させることによって光路長を実効的に変化させることが可能な位相調整領域を備え、
この位相調整領域の位相設定値が、全波長可変範囲内において１値以上４値以内で設定されることを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項３２】
請求項２８に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
さらに、前記外部共振器内に、屈折率を変化させることによって光路長を実効的に変化させることが可能な位相調整領域を備え、
この位相調整領域の位相設定値が、全波長可変範囲内において１値以上４値以内で設定されることを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項３３】
請求項２９に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
さらに、前記外部共振器内に、屈折率を変化させることによって光路長を実効的に変化させることが可能な位相調整領域を備え、
この位相調整領域の位相設定値が、全波長可変範囲内において１値以上４値以内で設定されることを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項３４】
請求項３０に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
さらに、前記外部共振器内に、屈折率を変化させることによって光路長を実効的に変化させることが可能な位相調整領域を備え、
この位相調整領域の位相設定値が、全波長可変範囲内において１値以上４値以内で設定されることを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ装置。
【請求項３５】
少なくとも外部共振器型波長可変レーザ装置を有し、
この外部共振器型波長可変レーザ装置は、半導体光増幅器を含み外部から光をフィードバックさせてレーザ発振動作させる外部共振器と、この外部共振器の一端に配置され、レーザの波長可変範囲内において少なくとも単峰なピークの反射スペクトル特性を有する波長可変ミラーとを備え、
前記波長可変ミラーの反射帯域半値全幅に対して、前記外部共振器の実効長で決定されるファブリーペローモード間隔が１／１０倍以上１０倍以下であることを特徴とする光出力モジュール。
【請求項３６】
少なくとも外部共振器型波長可変レーザ装置を有し、
この外部共振器型波長可変レーザ装置は、半導体光増幅器と外部から光をフィードバックさせてレーザ発振動作させるための全反射ミラーとを含む外部共振器と、前記半導体光増幅器と前記全反射ミラーとの間に配置され、レーザの波長可変範囲内において少なくとも単峰なピークの透過スペクトル特性を有する透過型の波長可変フィルタとを備え、
前記波長可変フィルタの透過帯域半値全幅に対して、前記外部共振器の実効長で決定されるファブリーペローモード間隔が１／１０倍以上１０倍以下であることを特徴とする光出力モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長分割多重方式光通信システムにおける所望のレーザ発振波長を選択するための機構に係り、特にチューナブルフィルタを用いた外部共振器構造を有する波長可変レーザ装置、および外部共振器型波長可変レーザ装置を有する光出力モジュールに関するものである。
【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さらなる大容量化が求められ、システム単チャンネルあたりの伝送速度の向上、ならびに波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing、以下、ＷＤＭと略する）化によるチャンネル数の拡大が進んでいる。ＷＤＭは、異なる搬送波長（チャンネル）に割り当てられる複数の光信号を同時に伝送できる方式で、チャンネル数に応じて通信容量を増大させることができる。各チャンネル波長は、十分に隔てられており、例えば１チャンネルあたり１０ギガビット／秒で変調して、１００チャンネル分を１つの共通な光ファイバで伝送することによって、通信容量は１テラビット／秒に達する。【０００３】
近年の中長距離光通信で用いられる波長帯としては、光ファイバ増幅器（エルビウム・ドープ・ファイバ・アンプリファイヤ、以下、ＥＤＦＡと略する）で増幅することのできるＣ帯（１５３０〜１５７０ｎｍ）が広く用いられている。通常は、光通信で用いられる標準チャンネルに対して、それぞれの波長に応じたレーザ装置を用意しており、１００チャンネル分に対しては、１００品種のレーザ装置が必要であり、在庫管理と棚卸しのコストが増大するという問題点があった。以上のことから、中長距離通信においては、ＥＤＦＡで増幅できる波長帯であるＣ帯を１台のレーザ装置で全てカバーできる波長可変レーザ装置の実用化が求められている。１台のレーザ装置でＣ帯を全てカバーすることができれば、製造側も使用者側も、単一品種のみを取扱うだけで良くなり、在庫管理と棚卸しのコストを大幅に削減することができる。【０００４】
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の基盤整備が待望されている。このような大容量で高機能、高信頼性のフォトニックネットワークを構築するためには、波長を自在に制御する技術が必要不可欠であり、波長可変レーザ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。【０００５】
このような要求を満足する波長可変レーザとして、複数の分布帰還型（Distributed Feedback、以下、ＤＦＢと略する）レーザを並列に並べて、各ＤＦＢレーザの発振波長をあらかじめずらして設定しておき、レーザを切り替えることで波長を粗調整し、さらに温度による屈折率変化を利用して波長を微調整するという構造が、特開２００３−０２３２０８号公報（以下、文献１という）に記載されている。しかしながら、文献１に開示された波長可変レーザでは、出力ポートを１つにして光ファイバへ結合しなければならないため、各ＤＦＢレーザの出力ポートを１つにする光結合器が必要であり、ＤＦＢレーザの並列数を増加させると、光結合器での損失が増大するため、波長可変範囲と光出力とがトレードオフの関係にあるという問題があった。【０００６】
ただし、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ため、特開２００１−２５７４１９号公報（以下、文献２という）に記載の波長ロッカと組み合わせることができるという利点がある。波長ロッカは、周波数軸上で周期的な透過振幅を持つエタロン型フィルタである。振幅の中心付近ではエタロン型フィルタの透過光強度がレーザ周波数に応じて敏感に変化するため、透過光強度を光電変換素子のモニタ電流で検出することにより、所望のレーザ周波数にチューニングすることができる。このように、ＤＦＢレーザと波長ロッカの組み合わせは、標準チャンネル波長に対して高精度にレーザ波長をロックするのに有効な手段である。【０００７】
一方、前記のトレードオフから脱却して、波長を自在に制御するという要求を満たす波長可変レーザとして、半導体光増幅器（セミコンダクター・オプティカル・アンプリファイヤ）と外部反射鏡とを用いて外部共振器を形成し、外部共振器内に波長可変フィルタや波長可変ミラー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が提案されている。この外部共振器型波長可変レーザでは、比較的容易にＣ帯全てをカバーする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いる。【０００８】
外部共振器型波長可変レーザでは、共振器内に挿入される波長可変フィルタや波長可変ミラーにより、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フィルタや波長可変ミラーが開発されてきている。波長可変フィルタとしては、例えば特開平４−６９９８７号公報（以下、文献３という）に開示されたエタロンを回転させるフィルタ、特開平５−４８２２０号公報（以下、文献４という）に開示された回折格子を回転させるフィルタ、特開２０００−２６１０８６号公報（以下、文献５という）に開示された音響工学フィルタや誘電体フィルタなどがある。波長可変ミラーとしては、例えば米国特許第ＵＳ６２１５９２８Ｂ１号明細書（以下、文献６という）に開示された、外部鏡そのものが波長可変特性を持つ電気制御型波長可変ミラーなどがある。【０００９】
波長可変フィルタまたは波長可変ミラー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、特に文献５に開示されているように、半導体光増幅器等の利得媒質と周波数軸上で周期的な透過特性を有する波長選択フィルタ（以下、波長選択フィルタと略す）と波長可変フィルタと反射ミラーとを組み合わせた構成や、「K.Mizutani，et al.，“Over 15 dBm Fiber-Coupled Power Broadband External Cavity Tunable Laser using a Voltage-Controlled Tunable Mirror”，ECOC（European Conference on Optical Communication） Proceedings，Vol.4，Th2.4.5，2004,p.868-869」（以下、文献７という）に開示されているように、波長選択フィルタと波長可変ミラーとを組み合わせた構成が、高性能な光源を実現する上で有効である。波長選択フィルタとしては、周波数軸上で周期的な透過特性を有するエタロンが用いられ、波長可変フィルタとしては音響工学フィルタが用いられ、波長可変ミラーとしては電気制御型波長可変ミラーが用いられる。【００１０】
外部共振器型波長可変レーザによる波長選択動作の原理を図１３、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃ、図１４Ｄを用いて簡単に説明する。図１３は従来の外部共振器型波長可変レーザ装置の構成を示す側面図、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃ、図１４Ｄは図１３の外部共振器型波長可変レーザ装置のレーザ発振モードを説明するための図である。図１３において、５１は半導体素子、５２は半導体光増幅器、５３は低反射コート面、５４は無反射コート面、５５はコリメートレンズ、５６はエタロン、５７は波長可変フィルタ、５８は全反射ミラー、５９はサブキャリア、１０１は温度コントローラである。低反射コート面５３、半導体光増幅器５２、無反射コート面５４、コリメートレンズ５５、エタロン５６、波長可変フィルタ５７及び全反射ミラー５８から外部共振器が構成される。図１４Ａは波長可変フィルタ５７の透過特性を示す図、図１４Ｂはエタロン５６の透過特性を示す図、図１４Ｃは外部共振器のファブリーペローモードを示す図、図１４Ｄは外部共振器のレーザ発振モードを示す図である。【００１１】
まず、利得媒質である半導体光増幅器５２から出る光は、図１４Ｃに示すように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６３を含んでいるが、これらのモードのうち、波長選択フィルタであるエタロン５６の周期的な透過帯域６２（図１４Ｂ）の周期と一致する複数のモードのみが選択され、波長選択フィルタを通過する。この時、波長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ため、ファブリーペローモードの周波数間隔が比較的狭い構成、すなわち外部共振器全長が比較的長い構成においても、容易にチャンネル以外の副モードを抑圧できるのが利点である。【００１２】
次に、図１４Ａのような透過特性６１を示す波長可変フィルタ５７により、波長選択フィルタを透過した複数のモードのうちの１つだけが選ばれ、波長可変フィルタ５７を透過する。図１４Ｄの６４は波長可変フィルタ５７を透過するモードを示している。波長可変フィルタ５７を透過した光は全反射ミラー５８で反射されて、最終的に半導体光増幅器５２まで戻る。こうして、帰還ループが構成される。図１３の構成によれば、比較的容易にモード安定性の高い波長可変レーザを実現することができ、また比較的単純な制御で波長選択特性を実現することができる。【００１３】
図１３の構成においては、波長選択フィルタの周期的な波長は固定されており、その透過ピークの波長は光通信用の標準チャンネルに一致している。図１３の構成では外部共振器内部に波長選択フィルタを配置したため、波長可変ＤＦＢレーザにおいて必要であった波長ロッカを用いなくても、波長選択フィルタのチャンネル精度内で波長精度が得られる。
さらに、図１３の構成では、半導体光増幅器から出射される光線が直線的に進行するようにフィルタおよびミラー等を配置することで、外部共振器を小型化することができ、かつ実際の実装工程においても、所望のキャビティモード間隔を実現するための物理的配置が容易になるため、優れた構成といえる。このような配置を行った代表例としては、特開２００４−３５６５０４号公報（以下、文献８という）に開示されたレーザ装置がある。【００１４】
しかしながら、文献５や文献８に開示された外部共振器波長可変レーザにおいても、いくつかの課題が内在していた。
第１の問題点は、レーザの高出力化には不向きであるということである。レーザの高出力化に不向きな理由は、半導体光増幅器と全反射ミラーとの間に、波長選択フィルタが挿入されているため、光が波長選択フィルタを透過する際に光損失が生じ、レーザの高出力化が阻害されるからである。【００１５】
従来の外部共振器波長可変レーザが高出力化に不向きな理由をさらに詳細に説明する。前述のとおり、波長選択フィルタとして代表的な例はエタロンである。エタロンは、一般にファブリーペロー構造といって、対向する２つの反射ミラーが、ある固定された間隔で配置されているものであり、最も簡単な例としてガラスの立方体がある。ガラスと空気との界面が反射ミラーの役割を担っており、ガラスの立方体の厚みが固定された間隔となっている。これら２つの反射ミラーの間で繰り返し光が反射されるため、光の共振が生じる。ここで、光の周波数（波長）に対して、繰り返し透過ピークが現れ、その周期ＦＳＲ（Free Spectral Range）は以下の式で表すことができる。
ＦＳＲ＝Ｃ／（２ｎｄ）                                          ・・・（１）
式（１）において、Ｃは光速度（毎秒３０００００ｋｍ）である。例えばガラスの屈折率をｎ＝１．５とし、厚さをｄ＝２ｍｍとするならば、透過ピークの周期ＦＳＲはちょうど５０ＧＨｚとなって、標準チャンネル間隔と一致させることができる。【００１６】
このように、エタロンには、干渉により完全に透過するチャンネル波長が周期的に存在し、それ以外の波長の光がエタロンに入射した場合には干渉により一部または全ての光パワーが反射される。また、エタロンの反射面が光線に対して完全に垂直であれば、周期的なチャンネル波長の光はエタロンを完全透過する。一方、エタロンを透過しない光パワー分が反射されて半導体光増幅器に戻ってしまうと、レーザ発振モードの安定性を阻害するため、実際にはエタロンを光線に対して傾けて配置し、エタロンからの反射光が半導体光増幅器に戻らないようにしている。【００１７】
しかしながら、エタロンを光線に対して傾けて配置すると、エタロン内部の光線が反射の度に位置ずれを起こし、干渉効果が低減する。そのため、本来は完全に透過していた波長の光でさえも、一部の光は干渉に使われず、放射されてしまう。これが光損失が生じる理由である。また、エタロンに限らず、このような波長選択フィルタには、必ず損失が存在する。このため、外部共振器としては過剰な光損失を生じ、このことが要因となって、レーザの高光出力化を阻害していた。【００１８】
従来の外部共振器波長可変レーザの第２の問題点は、標準チャンネル波長に対して、得られる波長精度に限度があることである。波長精度に限度がある理由について以下に詳細に述べる。波長選択フィルタを用いた外部共振器波長可変レーザの場合には、何らかの方法でレーザ発振モードの位相調整を行う機構が付随している。例えば文献７に示されているように、半導体光増幅器に位相調整機構が集積化されている例がある。位相調整機構を用いると、レーザ発振波長を微調整することができる。通常は光通信で用いられる標準チャンネルに波長選択フィルタの透過ピーク波長を一致させているために、レーザ発振波長は、単純に波長選択フィルタで最も損失が無いように制御されている。つまり、実際にはレーザ発振光出力が、波長選択フィルタの透過ピーク波長近傍において最大になるように制御されている。【００１９】
しかしながら、波長選択フィルタの透過ピーク付近では光出力の変化量が小さいため、上記のように光出力が最大となるような制御では、レーザ発振波長を波長選択フィルタの透過ピークと完全に一致させる制御は困難であり、ある程度の誤差を生じてしまう。したがって、文献２に開示されたレーザ共振器外部に波長ロック機構を付加する構造と比較すると、標準チャンネルに対する波長精度には限度があり、通常の誤差は数ＧＨｚ程度発生する。この誤差は、文献２に開示されている波長ロック機構による波長精度に対して１桁以上悪い値である。【００２０】
従来の外部共振器波長可変レーザの第３の問題点は、周波数変調（ＦＭ変調）効率が低いことである。ＦＭ変調効率が低い理由は、レーザ発振波長が波長選択フィルタの周期的な透過ピーク波長にロックされているためである。ＦＭ変調効率が低い理由を以下に詳細に述べる。波長選択フィルタは、例えばエタロンのように内部で共振構造となっている。したがって、最も透過する波長近傍では、光がエタロン内で最も多く往復しており、実効光路長が何倍も長くなっているため、レーザの位相制御、すなわち光路長調整に対する波長の動きは鈍感になっている。【００２１】
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、波長選択フィルタを用いると、ＦＭ変調効率が低下し、ＳＢＳを抑制することができず、光ファイバ内における損失が増大し、長距離通信で問題となっていた。【００２２】
従来の外部共振器波長可変レーザの第４の問題点は、連続した波長可変動作ができないことである。連続した波長可変動作ができない理由は、波長選択フィルタの周期的な透過ピーク波長近傍でのみレーザ発振が可能だからである。これは、将来的に波長チャンネル間隔が狭くなって、密になっていった場合に、チャンネルの高密度化に対応できないことを意味している。【００２３】
従来の外部共振器波長可変レーザの第５の問題点は、コストが高いことである。前述のように、実際にＤＷＤＭ光通信システムへ応用することを考えると、その発振波長は必ず標準チャンネルに一致させる必要がある。このためには、基本コンポーネントに必ず位相調整機構を必要とし、チャンネル波長設定時には、位相調整機構を用いて波長を微調整する必要があった。このことは、外部共振器波長可変レーザの光学構成、制御回路構成が複雑化することを意味し、コストアップの要因、さらに、波長切り換え速度の低速化の要因となっていた。【００２４】
以上の問題を一部解決するものとして、「J.Berger，et al.，“Widely Tunable,Narrow Optical Bandpass Gaussian Filter Using a Silicon Microactuator”，OFC（Optical Fiber Communication Conference）2003，VOL.1，TuN2,2003,p.252-253」（以下、文献９という）に開示された外部共振器波長可変レーザがある。この外部共振器波長可変レーザの構成を図１５に示す。図１５の外部共振器波長可変レーザは、半導体光増幅器７１と、コリメートレンズ７２と、角度が可動式の回折格子型波長可変フィルタ７３と、同じく可動式の全反射ミラー７４とから構成されている。また、同様の構成として、角度が可動式のマイクロエタロン型波長可変フィルタを用いた外部共振器波長可変レーザが特開２００４−３４８１３６号公報（以下、文献１０という）に開示されている。文献９、文献１０に開示された外部共振器波長可変レーザでは、エタロン等の波長選択フィルタを使用していないので、前述の第１〜第５の問題点のうち、第１、第３、第４の問題点を解決することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
しかしながら、文献９、文献１０に開示された外部共振器波長可変レーザの構造では、所望のチャンネル波長近傍のファブリーペローモードを抑制しにくいという問題点があった。一般に、共振器長が長い程、ファブリーペローモード間隔は狭くなり、レーザ発振モードが安定しないことが知られており、文献９、文献１０に開示された外部共振器波長可変レーザでは、レーザ発振モードの高安定性は期待できない。【００２６】
また、文献９、文献１０に開示された外部共振器波長可変レーザでは、半導体光増幅器から出射された光線が直線的に進行せず、可動式の回折格子型波長可変フィルタで反射されて光線が折れ曲がる複雑な構造となっており、各要素の配置に十分配慮して、光線が各要素に蹴られるのを避けなければならず、外部共振器を小型化することが難しいという問題点があった。そのため、共振器長で決定されるファブリーペローモード間隔を十分広くするような構成がとれているか、物理的配置だけでは確認が難しく、マイクロマシン（ＭＥＭＳ）のような可動部品を用いて実装後調整しなければならないという問題点も有していた。【００２７】
本発明の目的は、上記の課題を解決し、高いレーザモード安定性、高光出力、高波長精度、高ＦＭ変調効率を実現することができ、低コストで小型化が可能な外部共振器型波長可変レーザ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明の外部共振器型波長可変レーザ装置は、半導体光増幅器を含み外部から光をフィードバックさせてレーザ発振動作させる外部共振器と、この外部共振器の一端に配置され、レーザの波長可変範囲内において少なくとも単峰なピークの反射スペクトル特性を有する波長可変ミラーとを備え、前記波長可変ミラーの反射帯域半値全幅に対して、前記外部共振器の実効長で決定されるファブリーペローモード間隔が１／１０倍以上１０倍以下であることを特徴とするものである。
また、本発明の外部共振器型波長可変レーザ装置は、半導体光増幅器と外部から光をフィードバックさせてレーザ発振動作させるための全反射ミラーとを含む外部共振器と、前記半導体光増幅器と前記全反射ミラーとの間に配置され、レーザの波長可変範囲内において少なくとも単峰なピークの透過スペクトル特性を有する透過型の波長可変フィルタとを備え、前記波長可変フィルタの透過帯域半値全幅に対して、前記外部共振器の実効長で決定されるファブリーペローモード間隔が１／１０倍以上１０倍以下であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、半導体光増幅器を含み外部から光をフィードバックさせてレーザ発振動作させる外部共振器を備えた外部共振器型波長可変レーザ装置において、レーザの波長可変範囲内において少なくとも単峰なピークの反射スペクトル特性を有する波長可変ミラーを、外部共振器の一端に配置し、波長可変ミラーの反射帯域半値全幅に対して、外部共振器の実効長で決定されるファブリーペローモード間隔が１／１０倍以上１０倍以下とすることにより、以下のような効果が得られる。第１の効果は、レーザのモード安定性が高く、高光出力動作の外部共振器型波長可変レーザを実現できることである。その理由は、外部共振器内の損失を極力低減し、かつレーザモードを考慮した構成になっているからである。従来の外部共振器型波長可変レーザと同じ光出力で比較すれば、駆動電流を削減することができる。第２の効果は、レーザ共振器外部に波長ロッカを搭載した分布帰還型半導体レーザで得られる波長精度と同等に高い波長精度を実現できることである。その理由は、本発明においてもレーザ共振器外部に波長ロッカを搭載することが可能になるからである。第３の効果は、周波数変調（ＦＭ変調）効率が高く得られることである。その理由は、波長選択フィルタのような狭帯域のフィルタを用いていないため、ＦＭ変調しやすいからである。これにより、光ファイバ中の誘導ブリルアン散乱を抑制し、長距離通信を実現することができる。第４の効果は、レーザ発振波長を連続的に可変することができ、将来、波長多重通信用チャンネル間隔が密になった場合にも容易に対応可能なことである。第５の効果は、レーザ部品点数を削減することができ、位相調整機構を簡略化できるため、低コストかつ制御容易な波長可変レーザを実現できることである。また、位相調整が不要になると、波長切り換え速度を高速化することができる。本発明は、以上の第１〜第５の効果により、消費電力を抑え、チャンネル波長精度が高く、長距離通信に向いた低コストな外部共振器型波長可変レーザ装置を実現することができる。【００３０】
また、本発明では、半導体光増幅器と外部から光をフィードバックさせてレーザ発振動作させるための全反射ミラーとを含む外部共振器を備えた外部共振器型波長可変レーザ装置において、レーザの波長可変範囲内において少なくとも単峰なピークの透過スペクトル特性を有する透過型の波長可変フィルタを、半導体光増幅器と全反射ミラーとの間に配置し、波長可変フィルタの透過帯域半値全幅に対して、外部共振器の実効長で決定されるファブリーペローモード間隔が１／１０倍以上１０倍以下とすることにより、前記第１〜第５の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明の第１実施例となる外部共振器型波長可変レーザ装置の構成を示す側面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１の外部共振器型波長可変レーザ装置のレーザ発振モードを説明するための図であり、波長可変ミラーの反射特性を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１の外部共振器型波長可変レーザ装置のレーザ発振モードを説明するための図であり、外部共振器のファブリーペローモードを示す図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図１の外部共振器型波長可変レーザ装置のレーザ発振モードを説明するための図であり、外部共振器のレーザ発振モードを示す図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施例において波長可変ミラーの反射帯域半値全幅と外部共振器のファブリーペローモード間隔との比に対する副モード抑圧比を示す図である。
【図４】図４は、本発明の第２実施例となる外部共振器型波長可変レーザ装置の構成を示す側面図である。
【図５】図５は、本発明の第２実施例において位相調整量に対する波長可変フィルタの透過帯域半値全幅と副モード抑圧比との関係を示す図である。
【図６】図６は、本発明の第３実施例となる外部共振器型波長可変レーザモジュールの構成を示す上面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の第３実施例における波長ロッカの動作原理を説明するための図であり、レーザ共振器の外部に波長ロッカを配置した場合の周波数と波長ロッカのモニタ電流との関係を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の第３実施例における波長ロッカの動作原理を説明するための図であり、外部共振器内に波長ロッカを配置した場合の周波数と波長ロッカのモニタ電流との関係を示す図である。
【図８】図８は、本発明の第４実施例となる外部共振器型波長可変レーザモジュールの構成を示す上面図である。
【図９】図９は、本発明の第５実施例となる外部共振器型波長可変レーザ装置の構成を示す側面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、図９の外部共振器型波長可変レーザ装置のレーザ発振モードを説明するための図であり、波長可変ミラーの反射特性を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図９の外部共振器型波長可変レーザ装置のレーザ発振モードを説明するための図であり、外部共振器のファブリーペローモードを示す図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、図９の外部共振器型波長可変レーザ装置のレーザ発振モードを説明するための図であり、外部共振器のレーザ発振モードを示す図である。
【図１０Ｄ】図１０Ｄは、図９の外部共振器型波長可変レーザ装置のレーザ発振モードを説明するための図であり、チャンネル間隔を示す図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、従来の外部共振器型波長可変レーザ装置のレーザ発振モードを説明するための図であり、波長可変ミラーの反射特性を示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、従来の外部共振器型波長可変レーザ装置のレーザ発振モードを説明するための図であり、外部共振器のファブリーペローモードを示す図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、従来の外部共振器型波長可変レーザ装置のレーザ発振モードを説明するための図であり、外部共振器のレーザ発振モードを示す図である。
【図１１Ｄ】図１１Ｄは、従来の外部共振器型波長可変レーザ装置のレーザ発振モードを説明するための図であり、チャンネル間隔を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の第５実施例となる外部共振器型波長可変レーザ装置において位相調整領域を省略した場合の構成を示す側面図である。
【図１３】図１３は、従来の外部共振器型波長可変レーザ装置の構成を示す側面図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、図１３の外部共振器型波長可変レーザ装置のレーザ発振モードを説明するための図であり、波長可変フィルタの透過特性を示す図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図１３の外部共振器型波長可変レーザ装置のレーザ発振モードを説明するための図であり、エタロンの透過特性を示す図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、図１３の外部共振器型波長可変レーザ装置のレーザ発振モードを説明するための図であり、外部共振器のファブリーペローモードを示す図である。
【図１４Ｄ】図１４Ｄは、図１３の外部共振器型波長可変レーザ装置のレーザ発振モードを説明するための図であり、外部共振器のレーザ発振モードを示す図である。
【図１５】図１５は、従来の外部共振器型波長可変レーザ装置の他の構成を示す上面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
［第１実施例］
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施例となる外部共振器型波長可変レーザ装置の構成を示す側面図である。本実施例では、波長選択フィルタを用いることによる光損失を除去するために、波長選択フィルタを用いない構成としている。本実施例の外部共振器型波長可変レーザ装置は、半導体光増幅器２を含む半導体素子１と、コリメートレンズ６と、使用する波長帯域内で反射特性が周期的でない波長可変ミラー７とから構成されている。【００３３】
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を集積したものである。本実施例では、半導体光増幅器２の左端面からレーザ光が出力される。この半導体光増幅器２の左端面には、反射率が１〜１０％の低反射コーティング４が施されている。一方、位相調整領域３の右端面には、反射率が１％以下の無反射コーティング５が施されている。これにより、低反射コーティング４と半導体光増幅器２と位相調整領域３と無反射コーティング５とコリメートレンズ６と波長可変ミラー７とが外部共振器２０を構成することになる。なお、本実施例では、位相調整領域３と反対側の半導体光増幅器２の端面を光出力側としているが、半導体光増幅器２と反対側の位相調整領域３の端面を光出力側としてもよい。【００３４】
能動素子である半導体光増幅器２は、多重量子井戸（Multiple Quantum Well:MQW ）で構成されており、電流の注入に応じて光を発生・増幅するものである。受動素子である位相調整領域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た領域であるが、電流の注入または電圧の印加に応じて領域の屈折率が変化するものである。半導体光増幅器２と位相調整領域３とを作製するには、公知のバットジョイント技術を用いてもよいし、公知の選択成長技術を用いてもよい。半導体光増幅器２と位相調整領域３とは、十分に電気的に離れており、１ｋΩ以上の分離抵抗があって、お互いに電流が干渉しない配慮がなされている。【００３５】
半導体素子１の光出力側と反対の側には、コリメートレンズ６が配置されている。コリメートレンズ６は、半導体素子１からの光ビームを平行光に変換する。そして、コリメートレンズ６で平行になったビームは次に波長可変ミラー７にあたって反射され、もとの半導体素子１にフィードバックされる。【００３６】
以上の外部共振器２０を構成する各要素は、光線が直線的に進行するように共通のサブキャリア８上に配置されている。さらに、サブキャリア８が温度コントローラ（Thermo-Electric Cooler:TEC）１００上に搭載されている。その他、図１には記載していないが、温度モニタ用のサーミスタや光出力モニタ用のＰＤ（Photo Detector）等が適切な位置に配置されている。【００３７】
次に、本実施例の外部共振器型波長可変レーザ装置のレーザモード選択原理について図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃを用いて説明する。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃは本実施例の外部共振器型波長可変レーザ装置のレーザ発振モードを説明するための図であり、図２Ａは波長可変ミラー７の反射特性を示す図、図２Ｂは外部共振器２０のファブリーペローモードを示す図、図２Ｃは外部共振器２０のレーザ発振モードを示す図である。なお、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃの横軸は周波数であるが、使用する範囲全てを示しているのではなく、周波数軸上で、ある一部分を拡大して示したものである。【００３８】
ここで、外部共振器２０の実効長ｎＬ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の積をすべて足しあわせたものが、実効長ｎＬであると定義する。すなわち、実効長ｎＬは以下の式で表される。
ｎＬ＝Σ（ｎｉ×Ｌｉ）                                          ・・・（２）【００３９】
これにより、外部共振器２０の実効長ｎＬで決定されるファブリーペローモード間隔Δνｃａｖは、次の式で決定される。
Δνｃａｖ＝Ｃ／（２ｎＬ）                                      ・・・（３）
ここで、λはレーザの波長である。光速度Ｃ＝ν×λ（νは光の周波数、λは光の波長）の関係がある。式（３）より、外部共振器２０の実効長ｎＬが長いほど、ファブリーペローモード間隔Δνｃａｖは狭くなるため、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。【００４０】
図２Ａは、波長可変ミラー７の反射スペクトル２１を示している。波長可変ミラー７は、反射ピークを示す周期が原理的に長く、例えば中長距離光通信で用いられるＣ帯の帯域内においてただ１つの反射ピークしか存在しないものである。例えば、波長可変ミラー７の反射ピークの１／２の強度におけるスペクトルの幅である反射帯域半値全幅（Full Width Half Maximum 、以下、ＦＷＨＭと略する）２２は１００ＧＨｚであり、使用波長帯域は４ＴＨｚである。【００４１】
本実施例では、外部共振器２０の実効長ｎＬで決定されるファブリーペローモード２３（図２Ｂ）の間隔を２０ＧＨｚとしている。したがって、実効長ｎＬは約５ｍｍである。この場合、従来の外部共振器型波長可変レーザのように波長選択フィルタを設けなくても、波長可変ミラー７のＦＷＨＭ２２に対して１／５程度のファブリーペローモード間隔Δνｃａｖを有するような外部共振器２０の実効長ｎＬであれば、十分な副モード抑圧比がとれ、図２Ｃに示すようなレーザ発振モード２４が得られる。【００４２】
ただし、波長可変ミラー７のＦＷＨＭ２２に対してファブリーペローモード間隔Δνｃａｖが狭すぎると、安定なレーザ発振に至らない。この安定なレーザ発振に至らない理由を図３を用いて説明する。図３の横軸は、波長可変ミラー７のＦＷＨＭ（Δν３ｄＢ）をファブリーペローモード間隔Δνｃａｖで割った値を示し、縦軸は横軸に対するレーザの副モード抑圧比（Sub-Mode Suppression Ratio:ＳＭＳＲ ）をシミュレーションした結果を示す。【００４３】
図３に示したように、波長可変ミラー７のＦＷＨＭに対してファブリーペローモード間隔Δνｃａｖが１／１０倍以上であれば、レーザの副モード抑圧比は４０ｄＢ以上が得られる。前述のように、波長可変ミラー７のＦＷＨＭが１００ＧＨｚで、ファブリーペローモード間隔Δνｃａｖが２０ＧＨｚであれば、ＦＷＨＭに対して、Δνｃａｖは１／５倍の関係になっており、図３から副モード抑圧比は４５ｄＢ以上が得られることが分かる。【００４４】
４０ｄＢというのは、長距離系光通信のキャリア用レーザとして求められるモード安定度の得られる必要最小限の値として一般的に知られている。また、図３では、横軸の値が小さいほど、副モード抑圧比は上昇する傾向にあるが、常識的に半導体素子やコリメートレンズといった長さが０にならない要素を含んでいるため、ファブリーペローモード間隔が無限大になることはない。例えば、半導体素子の長さは最低でも３００μｍ以上必要で、外部ミラーまでの距離が０よりも大きい値であるとすると、Δνｃａｖは１００ＧＨｚを超えることはない。一方、波長可変ミラー７のＦＷＨＭは、狭くすればするほど、損失が増大するため、最低でも１０ＧＨｚ以上である。したがって、波長可変ミラー７のＦＷＨＭとファブリーペローモード間隔Δνｃａｖとの比は最大でも１０以下とするのが妥当である。【００４５】
以上のように、本実施例では、従来のような波長選択フィルタを使用しないため、波長選択フィルタによる光損失を回避することができ、従来よりもレーザ光出力を向上させることができる。また、モード安定性の向上については、実効的な共振器長を短くして、ファブリーペローモード間隔を拡大することにより、実現する。すなわち、本実施例では、波長可変ミラー７のＦＷＨＭに対して、ファブリーペローモード間隔が１／１０倍以上１０倍以下とすることを特徴としている。これにより、本実施例では、４０〜６０ｄＢの副モード抑圧比を得ることができる。【００４６】
また、本実施例では、ファブリーペローモード間隔を、波長可変ミラー７のＦＷＨＭの１／２以上にすることにより、さらにレーザ発振モードを安定させることができる。この時には、波長可変ミラー７の反射ピーク波長における反射率に対し、副モードにおける波長可変ミラー７の反射率が１／２以下になる。これは、モード利得差として３ｄＢ以上が得られることを意味し、レーザのダイナミクスを考慮しても特にモードが安定する。【００４７】
また、本実施例では、波長可変ミラー７の反射ピーク波長における反射率は５０％以上であることが望ましい。また、波長可変ミラー７では、前記反射ピーク波長以外の波長において、波長無依存の反射が若干存在することがあり、それによって、波長可変動作を阻害し、レーザ発振モードを不安定にさせる要因となりうることがある。そこで、本実施例においては、その波長無依存の反射が十分影響の無い程度に小さいことが必要である。したがって、前記波長無依存の反射率は、前記反射ピーク波長における反射率に比べて、１／１０以下であることが望ましい。すなわち、本実施例においては、５％以下であることが望ましい。【００４８】
また、本実施例では、外部共振器２０の実効長ｎＬをできるだけ短くするために、外部共振器２０を構成する部分において光線が直線的に進行するように各要素を配置することができる。
また、本実施例では、波長選択フィルタのような狭帯域のフィルタを用いていないため、周波数変調しやすく、レーザＦＭ変調効率が高い。これにより、光ファイバ中の誘導ブリルアン散乱による損失を小さくできるレーザを実現することができる。【００４９】
なお、本実施例では、レーザ発振周波数（波長）を、波長可変ミラー７の最大反射ピーク周波数（波長）に完全に一致させることで、波長可変ミラー７における損失をより低減することができる。この周波数（波長）の一致を実現するための機構が外部共振器内に設けられた位相調整領域３である。【００５０】
また、本実施例において、光出力側の低反射コーティング４の反射率を１〜１０％とした理由は、反射率が１％未満になると、レーザしきい値が上昇して、高い光出力が得られなくなり、さらに反射率を１０％より高くした場合には、低反射コーティング４の透過率が９０％未満となって、光出力が減少してしまうためである。【００５１】
［第２実施例］
次に、本発明の第２実施例について説明する。図４は本発明の第２実施例となる外部共振器型波長可変レーザ装置の構成を示す側面図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の外部共振器型波長可変レーザ装置は、半導体光増幅器２を含む半導体素子１と、コリメートレンズ６と、使用する波長帯域内で透過特性が周期的でない波長可変フィルタ１０と、全反射ミラー１１とから構成されている。【００５２】
本実施例は、第１実施例の波長可変ミラー７の代わりに、波長可変フィルタ１０と全反射ミラー１１とを用いたものである。これにより、低反射コーティング４と半導体光増幅器２と位相調整領域３と無反射コーティング５とコリメートレンズ６と波長可変フィルタ１０と全反射ミラー１１とが外部共振器２０ａを構成することになる。図４における１２は、外部共振器２０ａを構成する各要素を搭載するサブキャリアである。【００５３】
第１実施例と同様に、半導体素子１で発生した光ビームは、コリメートレンズ６で平行光に変換される。コリメートレンズ６で平行になった光ビームは、波長可変フィルタ１０を透過し、次に全反射ミラー１１にあたって反射され、もとの半導体素子１にフィードバックされる。【００５４】
本実施例の基本原理は、第１実施例と同じく図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃを用いて説明できる。第１実施例では、図２Ａに示した２１を波長可変ミラーの反射スペクトルとしたが、本実施例では、図２Ａの縦軸が透過率となり、図２Ａの２１が波長可変フィルタ１０の透過スペクトルとなる。したがって、図２Ａの２２は透過ピークの１／２の強度におけるスペクトルの幅である透過帯域半値全幅（ＦＷＨＭ）となる。全反射ミラー１１には周波数依存性がないため、特に考える必要はない。【００５５】
したがって、本実施例のレーザモード選択原理は第１実施例と同様に説明できる。ただし、本実施例では、実効的な外部共振器長ｎＬは、半導体素子１の半導体光増幅器２の左端面から全反射ミラー１１までの距離において、式（２）を用いて計算することができる。その他の点においては第１実施例と全く同様に説明できるため、割愛する。波長可変フィルタ１０のＦＷＨＭを１００ＧＨｚ、外部共振器長を５ｍｍとすれば、ファブリーペローモード間隔は約２０ＧＨｚである。したがって、波長可変フィルタ１０のＦＷＨＭとファブリーペローモード間隔は１／５倍の関係になっており、図３から副モード抑圧比は４５ｄＢ以上が得られることが分かる。【００５６】
本実施例の場合、波長可変フィルタ１０を、透過する光線方向に対して完全に垂直に配置しない方が良い。その理由は、波長可変フィルタ１０の表面からの不要な反射光が半導体素子１に戻ることによって、外部共振器レーザ発振モードを擾乱するためである。この問題は、使用する波長帯域内で透過特性が周期的でない波長可変フィルタ１０を用いた場合、特に顕著に表れる。波長可変フィルタ１０は、使用する波長帯域内ではその透過ピークが周期的ではない。しかし、一般的に共振を利用した波長可変フィルタにおいては、使用する波長帯域外で同様な透過ピーク帯を有する。すなわち、波長可変フィルタ１０は、使用する波長帯域以上の周期で見ると、透過ピークが周期的に現れるフィルタとなっている。【００５７】
本実施例のように、波長可変フィルタ１０のＦＷＨＭに対してファブリーペローモード間隔が１／１０倍以上１０倍以下である場合には、波長可変フィルタ１０のＦＷＨＭに対して透過ピークの周期は数十倍になっている。例えば、波長可変フィルタ１０のＦＷＨＭは１００ＧＨｚで、透過ピークの周期は５ＴＨｚである。周期５ＴＨｚに対してＦＷＨＭ１００ＧＨｚの波長可変フィルタを実現するには、例えば文献１０に開示されたマイクロエタロンを用いることが考えられる。マイクロエタロンの表面反射率は９９％以上である。この表面反射率は、通常の波長選択フィルタとして用いられるエタロンの反射率、例えば５０％に比べて非常に高いため、表面反射光が半導体素子１に戻る問題がより顕著となる。【００５８】
そこで、本実施例では、このような問題を回避するため、波長可変フィルタ１０を光軸に対する垂直方向から傾けるようにする。波長可変フィルタ１０の表面を、光軸に対する垂直方向から傾けて配置することにより、波長可変フィルタ１０の表面からの不要な反射光が半導体光増幅器２に戻ることによって外部共振器レーザ発振モードが擾乱することを回避することができる。垂直方向からずらす角度としては、光が半導体素子１へ結合することを避けるために０．１度以上必要で、角度が大きすぎると損失が増大することから、最大角度は２度が妥当である。【００５９】
なお、波長可変フィルタ１０を、光軸に対する垂直方向から０．１〜２度ずらすと、特に調整をしない限り、角度ばらつきが発生する。この角度ばらつきの影響は大きく、レーザ発振モードが波長可変フィルタ１０の透過ピーク周波数（波長）と一致したりしなかったりする場合が発生する。【００６０】
これに対して、本実施例では、外部共振器内に設けられた位相調整領域３により、レーザ発振周波数を波長可変フィルタ１０の透過ピーク周波数に完全に一致させることができるので、波長可変フィルタ１０の角度のばらつきを吸収することができ、波長可変フィルタ１０の角度調整を高精度に行う必要がなくなる。これにより、組み立てコストを削減できるという利点がある。【００６１】
参考のために、図５に、外部共振器レーザのファブリーペローモード間隔が２２ＧＨｚの場合で、波長可変フィルタ１０のＦＷＨＭ（３ｄＢ帯域）に対して、位相調整によって副モード抑圧比（ＳＭＳＲ）がどのように変化するかを示す。図５において、Ａ１はＳＭＳＲが５０［ｄＢ］の領域、Ａ２はＳＭＳＲが４５［ｄＢ］の領域、Ａ３はＳＭＳＲが４０［ｄＢ］の領域、Ａ４はＳＭＳＲが３５［ｄＢ］の領域、Ａ５はＳＭＳＲが３０［ｄＢ］の領域、Ａ６はＳＭＳＲが２５［ｄＢ］の領域である。図５によれば、波長可変フィルタ１０のＦＷＨＭが狭いほど、容易に副モード抑圧比が高く得られることが分かる。これは、第１実施例の波長可変ミラー７の場合も同様である。【００６２】
［第３実施例］
次に、本発明の第３実施例について説明する。図６は本発明の第３実施例となる外部共振器型波長可変レーザモジュールの構成を示す側面図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。第１実施例においては、文献２で公知の波長ロッカ機構をレーザ共振器の外部に配置することができ、これにより標準チャンネル波長に対する波長精度を向上させることができる。本実施例は第１実施例の外部共振器型波長可変レーザをモジュールに組み込み、光出力側に波長ロッカを配置したものである。【００６３】
図６において、１は半導体素子、２は半導体光増幅器、３は位相調整領域、７は波長可変ミラー、２０は外部共振器、３１は外部共振器波長可変レーザモジュール、３２は第１のコリメートレンズ（図１のコリメートレンズ６）、３３は第２のコリメートレンズ、３４は部分反射ミラー、３５は第３のコリメートレンズ、３６はエタロンからなる波長ロッカ、３７は第１の光電変換素子、３８は第２の光電変換素子、３９は光ファイバ、４０は演算回路である。半導体光増幅器２の左端面には低反射コーティングが施され、位相調整領域３の右端面には無反射コーティングが施されているが、図６では記載を省略する。また、図６では温度コントローラ１００の記載を省略している。【００６４】
第１実施例と同様に、半導体素子１で発生した光ビームは、第１のコリメートレンズ３２で平行光に変換される。コリメートレンズ３２で平行になった光ビームは、次に波長可変ミラー７にあたって反射され、もとの半導体素子１にフィードバックされる。一方、半導体素子１の光出力側から出射した光ビームは、第２のコリメートレンズ３３で平行光に変換される。コリメートレンズ３３で平行になった光ビームは、その一部が部分反射ミラー３４により反射され、残りが透過する。部分反射ミラー３４を透過した光は、第３のコリメートレンズ３５を介して光ファイバ３９に導かれる。【００６５】
部分反射ミラー３４で反射された光の一部は第１の光電変換素子３７に入射し、残りは波長ロッカ３６を通過した後に第２の光電変換素子３８に入射する。波長ロッカ３６は、入射した光の波長に依存して透過率が変化した光を出射させる。第１、第２の光電変換素子３７，３８は、入射光をモニタ電流に変換する。第１の光電変換素子３７のモニタ電流は、レーザのその時点での光出力情報を担っており、第２の光電変換素子３８のモニタ電流は、レーザのその時点での光出力情報とその時点でレーザが発振している光の波長情報とが共に含まれた情報を担っている。【００６６】
演算回路４０は、第１の光電変換素子３７のモニタ電流と第２の光電変換素子３８のモニタ電流とから波長変動に依存する信号成分を取り出し、予め演算回路内に記憶されている波長に対する透過率のスペクトルデータを参照して、レーザが現在発振している光波長を求め、この現行波長と安定化の目標とする標準チャンネル波長との差を波長偏倚信号として生成する。レーザの発振波長は一般に注入電流と温度とに依存して変動するので、演算回路４０は、この波長偏倚信号を、レーザの注入電流調節手段（不図示）および温度コントローラ１００のいずれか一方または双方にフィードバックすることにより、レーザの発振波長を標準チャンネル波長に一致させることができる。【００６７】
参考のために、波長ロッカ３６の動作原理を図７Ａ、図７Ｂに示す。図７ＡにおけるＰ１は波長ロッカ動作ポイント、図７ＢにおけるＰ２は波長ロッキングポイント、図７Ａ、図７Ｂにおけるｆはレーザ発振周波数である。レーザ共振器の外部に波長ロッカ３６を配置すると、図７Ａのように、波長ロッカのモニタ電流（第２の光電変換素子３８のモニタ電流）Ｉａの振幅の中央で波長ロッカを動作させることができるため、変化量ｄＩａ／ｄλ（λは波長）が大きい。一方、波長ロッカが外部共振器内にある場合の波長ロッキングポイントは、図７Ｂに示すようにモニタ電流Ｉｂのピーク位置にあるため、変化量ｄＩｂ／ｄλは図７Ａの場合より小さい。
なお、本実施例では、第１実施例に波長ロッカを適用しているが、第２実施例に波長ロッカを適用することも可能である。【００６８】
［第４実施例］
次に、本発明の第４実施例について説明する。図８は本発明の第４実施例となる外部共振器型波長可変レーザモジュールの構成を示す側面図であり、図４、図６と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施例は第２実施例の外部共振器型波長可変レーザをモジュールに組み込み、光出力側に波長ロッカを配置し、さらに半導体素子１の右端面に公知の斜め端面導波路を設けたものである。【００６９】
図８において、１は半導体素子、２は半導体光増幅器、３は位相調整領域、１０は波長可変フィルタ、１１は全反射ミラー、１３は斜め端面導波路（光導波路）、２０ａは外部共振器、３１は外部共振器波長可変レーザモジュール、３２は第１のコリメートレンズ、３３は第２のコリメートレンズ、３４は部分反射ミラー、３５は第３のコリメートレンズ、３６はエタロンからなる波長ロッカ、３７は第１の光電変換素子、３８は第２の光電変換素子、３９は光ファイバ、４０は演算回路である。半導体光増幅器２の左端面には低反射コーティングが施され、斜め端面導波路１３の右端面には無反射コーティングが施されているが、図８では記載を省略する。また、図８では温度コントローラ１００の記載を省略している。【００７０】
本実施例の外部共振器型波長可変レーザモジュールの動作は第２実施例及び第３実施例と同様であるので、詳細な説明は省略する。
本実施例では、公知の斜め端面導波路１３を導入することにより、半導体素子１の右端面では垂直方向からずれた角度で光を出射させることができる。これにより、半導体素子１の右端面の低反射コーティングの反射率を実質的にさらに低減することができるので、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、モード安定性をさらに向上させることができる。なお、斜め端面導波路１３を第１実施例に適用してもよい。【００７１】
本実施例では、波長可変ミラー７又は波長可変フィルタ１０と対向する半導体光増幅器２の端面又は位相調整領域３の端面に、この端面と斜めに交差する斜め端面導波路１３を配置することにより、波長可変ミラー７又は波長可変フィルタ１０と対向する側にある半導体光増幅器２の端面又は位相調整領域３の端面の反射率を実質的にさらに低減することができるので、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、モード安定性をさらに向上させることができる。【００７２】
［第５実施例］
次に、本発明の第５実施例について説明する。図９は本発明の第５実施例となる外部共振器型波長可変レーザ装置の構成を示す側面図である。図９にあるように、外部共振器型波長可変レーザの共振器長ｎＬは、半導体光増幅器２の出射側端面と波長可変ミラー７との距離で定義される。したがって、前述のように、ファブリーペローモード間隔Δνｃａｖは、式（３）で表される。本実施例は、ファブリーペローモード間隔Δνｃａｖの整数倍が標準チャンネル間隔と等しくなる条件を満たす実効長ｎＬを構成するように、波長可変ミラー７を配置することが特徴であり、それ以外の部分については、前述の第１実施例から第４実施例に準ずる。【００７３】
ここでは一例として、チャンネル間隔５０ＧＨｚのシステムを考えた場合に、ファブリーペローモード間隔Δνｃａｖ＝１２．５ＧＨｚとすることができる。ファブリーペローモード間隔Δνｃａｖ＝１２．５ＧＨｚを実現するには、半導体素子１の屈折率をｎ１＝３．５、半導体素子１の長さをＬ１＝０．８ｍｍとし、半導体素子１からコリメートレンズ６までの空間の屈折率をｎ２＝１、この空間の長さをＬ２＝０．６ｍｍとし、コリメートレンズ６の屈折率をｎ３＝１．５、コリメートレンズ６の長さをＬ３＝１ｍｍとし、コリメートレンズ６から波長可変ミラー７までの空間の屈折率をｎ４＝１、この空間の長さをＬ４＝７．１ｍｍとすると、外部共振器２０の実効長ｎＬ＝１２ｍｍとなる。式（３）により、光速度Ｃを毎秒３０００００ｋｍとすると、ファブリーペローモード間隔Δνｃａｖ＝１２．５ＧＨｚとできる。【００７４】
この場合のレーザ発振モードを図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃ、図１０Ｄを用いて説明する。図１０Ａは波長可変ミラー７の反射特性を示す図、図１０Ｂは外部共振器２０のファブリーペローモードを示す図、図１０Ｃは外部共振器２０のレーザ発振モードを示す図、図１０Ｃはチャンネル間隔を示す図である。８０は波長可変ミラー７の反射スペクトル、８１は波長可変動作後の波長可変ミラー７の反射スペクトル、８２はファブリーペローモード、８４は標準チャンネル、８５はレーザ発振モード、８６は波長可変動作後のレーザ発振モード、８７，８８はチャンネル、ｆ１は波長可変ミラー７の反射ピーク周波数、ｆ２は波長可変動作後の波長可変ミラー７の反射ピーク周波数、ＣＩはチャンネル間隔である。【００７５】
一方、従来例の一例として、ファブリーペローモード間隔Δνｃａｖの整数倍が標準チャンネル間隔と等しくなるという条件を満たさない従来の外部共振器型波長可変レーザ装置の場合を図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃ、図１１Ｄに示す。図１１Ａは波長可変ミラー７の反射特性を示す図、図１１Ｂは外部共振器のファブリーペローモードを示す図、図１１Ｃは外部共振器のレーザ発振モードを示す図、図１１Ｃはチャンネル間隔を示す図である。９２はファブリーペローモード、９５はレーザ発振モード、９６は波長可変動作後のレーザ発振モードである。ここでは、コリメートレンズ６から波長可変ミラー７までの空間の長さをＬ４＝２．２４ｍｍとし、その他の空間の長さや屈折率については図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃ、図１０Ｄの場合と同じとする。図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃ、図１１Ｄの場合は、式（３）によりファブリーペローモード間隔Δνｃａｖ＝２１ＧＨｚになる。【００７６】
図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃ、図１０Ｄと図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃ、図１１Ｄを用いて本実施例の作用および効果を説明する。
ファブリーペローモード間隔Δνｃａｖ＝１２．５ＧＨｚの場合、ファブリーペローモード間隔Δνｃａｖはチャンネル間隔５０ＧＨｚのちょうど１／４になる。これは、全てのチャンネルにおいて位相条件が全て等しいことを意味する。したがって、初期設定としてどれか１つのチャンネルにおいて、チャンネル波長に位相調整をすることができれば、全てのチャンネルにおいて位相調整が不要となる。すなわち、図１０Ａに示す波長可変ミラー７の反射スペクトル８０において、ファブリーペローモード８２を位相調整して、図１０Ｄに示すチャンネル８７にどれか１つのファブリーペローモードを一致させれば、図１０Ｃに示すようなレーザ発振モード８５が得られる。さらに、波長可変ミラー７を波長可変動作させて、波長可変ミラー７の反射スペクトルを図１０Ａの８１に動かした時には、ファブリーペローモード８２をもはや調整する必要はなく、図１０Ｄに示すチャンネル８８に図１０Ｃに示すようなレーザ発振モード８６が得られることになる。【００７７】
一方、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃ、図１１Ｄの場合には、ファブリーペローモード間隔Δνｃａｖ＝２１ＧＨｚであり、ファブリーペローモード間隔Δνｃａｖの整数倍をチャンネル間隔５０ＧＨｚにすることはできない。従来の外部共振器型波長可変レーザ装置では、ファブリーペローモード間隔Δνｃａｖについて注意をすることはなかった。したがって、図１１Ａに示す波長可変ミラー７の反射スペクトル８０において、ファブリーペローモード９２を位相調整して、図１１Ｄに示すチャンネル８７にどれか１つのファブリーペローモードを一致させて、図１１Ｃに示すレーザ発振モード９５を得た後に、さらに波長可変ミラー７を波長可変動作させて、波長可変ミラー７の反射スペクトルを図１１Ａの８１に動かすと、図１１Ｃ、図１１Ｄに示すようにレーザ発振モード９６とチャンネル８８との間に波長のずれＤが生じるので、再度位相調整を行って、ファブリーペローモード９２のうちどれかを標準チャンネル波長に一致させる必要があった。【００７８】
なお、本実施例において、位相調整が不要ということは、位相調整はほとんど不要ではあるが、僅かな位相調整は許容することを意味する。これは、標準チャンネルに対する波長精度を高精度にするために、僅かに位相を調整する必要な場合がありうるからである。したがって、本実施例の位相調整不要の定義には、全チャンネルに渡って±π／４程度までの位相調整は含まれることとする。【００７９】
また、本実施例では、第１実施例の構成に適用した場合を説明しているが、波長可変ミラー７の代わりに、波長可変フィルタ１０と全反射ミラー１１とを用いた第２実施例の構成に適用することもできる。第２実施例に適用した場合は、全反射ミラー１１の配置により、ファブリーペローモード間隔Δνｃａｖの整数倍を標準チャンネル間隔と等しくすることができる。第２実施例に適用した場合にも、上記と同様の作用効果となるため、詳細な説明は省略する。【００８０】
また、本実施例において、ファブリーペローモード間隔Δνｃａｖ＝２５ＧＨｚとすることもできる。この場合、ファブリーペローモード間隔Δνｃａｖは標準チャンネル間隔５０ＧＨｚの１／２となり、ファブリーペローモード間隔Δνｃａｖ＝１２．５ＧＨｚの場合と同様の効果が得られる。すなわち、初期設定として、どれか１つの位相条件を合わせることができれば、全てのチャンネルにおいて位相調整が不要となる効果は前記と同様である。【００８１】
本実施例では、周波数軸上でファブリーペローモード間隔Δνｃａｖの整数倍がチャンネル間隔に等しくなるように全反射ミラー１１または波長可変ミラー７を配置することにより、波長可変範囲内における全チャンネルにおける位相の設定値を等しくすることができる。このため、初期設定において１度位相調整した後は、全チャンネルにおいて位相調整を不要とすることができる。【００８２】
このように、位相調整が不要となれば、半導体素子１についても、位相調整領域３を省略することができる。位相調整領域３を省略した場合の外部共振器型波長可変レーザ装置の構成を図１２に示す。位相調整領域３を省略することにより、半導体素子１のコストを削減する効果がある。また、位相調整が不要になれば、制御回路構成が簡易となるため、波長制御動作を簡易化することができる。これにより、制御回路を含めた装置のコストを削減する効果がある。さらに、位相調整が不要になれば、波長可変速度を高速にすることができる。【００８３】
なお、位相調整領域３を省略した場合にも、初期設定として一度は位相調整が必要で、その手法として、半導体素子１の温度を調整することにより、半導体素子１の屈折率ｎ１を調整することができる。この半導体素子１の屈折率ｎ１の調整は、標準チャンネルに対する波長精度を高精度化する際にも用いることができる。【００８４】
また、本実施例は、システムのチャンネル間隔が変更される場合にも、レーザ構成を変更することなく、用いることができる条件がある。この条件について以下に詳細に説明する。【００８５】
光通信で用いられる標準チャンネル間隔は、２００ＧＨｚ、１００ＧＨｚ、５０ＧＨｚ、２５ＧＨｚというように１／２ずつ狭くすることによって、同じ帯域内のチャンネル数を増大させることができる。これは、チャンネル数を増大するといったアップグレードがされて行っても、従来のチャンネルがそのまま使えるようにするためである。本実施例において、以下の式（４）の条件が満たされるファブリーペローモード間隔Δνｃａｖを構成すると、システムが狭間隔のチャンネルを用いるようにアップグレードされたとしても、レーザ構成を変更することなく、位相調整が不要となる効果を得ることができ、さらに、レーザ品種数は一品種で足りるため、棚卸しコスト削減の効果が得られる。
Δνｃａｖ×２＾Ｍ＝１００ＧＨｚ                                ・・・（４）【００８６】
式（４）において、Ｍは整数であり、２＾Ｍは２のＭ乗を意味する。一例として、Ｍ＝３の場合を説明する。Ｍ＝３の場合、ファブリーペローモード間隔Δνｃａｖ＝１２．５ＧＨとなる。この場合、Δνｃａｖ×８＝１００ＧＨｚ、Δνｃａｖ×４＝５０ＧＨｚ、Δνｃａｖ×２＝２５ＧＨｚというように、全てのチャンネル間隔のシステムに対して、ファブリーペローモード間隔Δνｃａｖの整数倍がチャンネル間隔と等しくなる。Ｍ＝２としてファブリーペローモード間隔Δνｃａｖ＝２５ＧＨｚとした場合も同様に、ファブリーペローモード間隔Δνｃａｖの整数倍がチャンネル間隔と等しくなる。したがって、式（４）を満たす場合には、狭間隔のチャンネルを用いたシステムに対して常に位相調整が不要となる。【００８７】
Ｍが４以上の場合についても同様に説明できる。Ｍが大きくなるにつれて、式（４）を満たしながら、ファブリーペローモード間隔Δνｃａｖは小さくなることが分かる。すなわち、大きなＭは、より狭間隔のチャンネルのシステム向けに用いることができる。
以上のように周波数軸上でファブリーペローモード間隔Δνｃａｖの２のＭ乗倍がチャンネル間隔に等しくなるように全反射ミラー１１または波長可変ミラー７を配置することにより、システムのチャンネル間隔幅が１／２や１／４にアップグレードされた場合でも、レーザ構成を変更することなく適用することができる。【００８８】
なお、Ｍ＝１の場合は、ファブリーペローモード間隔Δνｃａｖ＝５０ＧＨｚとなってしまい、チャンネル間隔が２５ＧＨｚのシステムには適用できなくなる。このような構成に対しては、以下の第６実施例によって問題を解決する。【００８９】
［第６実施例］
次に、本発明の第６実施例について説明する。本実施例の構成は、第５実施例に準ずるため、図９を用いて説明する。第５実施例では、位相調整が不要になる効果を述べた。これは、全チャンネルにおける位相設定値が一定であることを意味している。すなわち、位相設定値が１値であるということである。これに対して、本実施例では、位相設定値が全チャンネルにおいて２値、３値、４値という限られた数の位相設定値を用いる構成とする。【００９０】
一例として、式（４）において、Ｍ＝１とする。この場合、ファブリーペローモード間隔Δνｃａｖ＝５０ＧＨｚとなり、チャンネル間隔２５ＧＨｚのシステムにおいて、位相設定値が１値しかない場合には、チャンネル１つ飛びにしか位相条件を満足することができない。しかしながら、ここでファブリーペローモード間隔Δνｃａｖの半周期だけ位相調整を行うと、満足できないチャンネルの全てで位相条件を満たすことが分かる。なぜならば、ファブリーペローモード間隔Δνｃａｖ＝５０ＧＨｚに一致しないチャンネルは全て、Δνｃａｖ／２分ずれているからである。すなわち、式（４）においてＭ＝１の場合、位相設定値を２値用意するだけで、全てのチャンネルの波長に調整することができる。【００９１】
同様な例として、ファブリーペローモード間隔Δνｃａｖ＝２０ＧＨｚで、チャンネル間隔５０ＧＨｚのシステムに適用する場合がある。これも、１００ＧＨｚ間隔で、位相調整不要にすることができるから、５０ＧＨｚ間隔へ適用の場合には、位相調整の設定値は２値必要になる。同様な例として、ファブリーペローモード間隔Δνｃａｖ＝１６．６６６ＧＨｚ、チャンネル間隔２５ＧＨｚの場合が考えられる。この場合、Δνｃａｖ×３＝５０ＧＨｚのように、５０ＧＨｚ間隔で位相調整不要にすることができるから、２５ＧＨｚ間隔へ適用の場合には、位相調整の設定値は２値必要になる。【００９２】
このように、位相設定値を２値だけ用いることもできるし、以下に述べるように、３値や４値といった構成にすることもできる。一例として、ファブリーペローモード間隔Δνｃａｖ＝１４．２８６ＧＨｚ、チャンネル間隔２５ＧＨｚがある。この場合、Δνｃａｖ×７＝１００ＧＨｚであるため、１００ＧＨｚ毎には位相設定値が一致する。したがって、２５ＧＨｚ間隔のシステムに対しては位相調整値を４値用意することにより、全てのチャンネルを設定することができる。【００９３】
ただし、位相設定値の数が多すぎる場合には、制御回路を簡略化できる効果が減少してしまう。そこで、実用的な位相設定値の数として、４以下が妥当である。【００９４】
これにより、本実施例において、全チャンネルにおいて位相設定値の数は４以下に限られているため、制御回路の構成を従来に比べて簡略化できる効果は、第５実施例に準ずることができる。【００９５】
なお、第１実施例〜第６実施例では、波長可変ミラー７または波長可変フィルタ１０を、可動部品を有しない非機械型にすることにより、外部からの擾乱に対して外部共振器を安定動作させることができる。
また、第１実施例〜第６実施例では、外部共振器型波長可変レーザ装置の波長可変範囲を、光ファイバ通信におけるＣ帯、Ｌ帯、Ｓ帯のいずれか１つ、またはこれらの帯域のうち少なくとも２つの帯域の和とすることにより、光ファイバ増幅器の増幅できる帯域を用いることができるため、１００ｋｍを超える長距離通信を行うことができる。【００９６】
また、第１実施例〜第６実施例では、屈折率を変化させることによって光路長を実効的に変化させることが可能な位相調整領域３を、外部共振器２０内に配置することにより、レーザ発振周波数を、波長可変ミラー７の最大反射ピーク周波数に完全に一致させることができるので、波長可変ミラー７における損失をより低減することができる。また、第１実施例〜第６実施例では、位相調整領域３を外部共振器２０ａ内に配置することにより、レーザ発振周波数を波長可変フィルタ１０の透過ピーク周波数に完全に一致させることができるので、波長可変フィルタ１０の角度のばらつきを吸収することができ、波長可変フィルタ１０の角度調整を高精度に行う必要がなくなる。【００９７】
また、第１実施例〜第６実施例では、外部共振器２０，２０ａを構成する各構成要素を、光線が外部共振器内を直線的に進行するように配置することにより、外部共振器２０，２０ａを小型化することができ、かつ実際の実装工程においても、所望のキャビティモード間隔を実現するための物理的配置を容易にすることができる。
なお、第１実施例〜第６実施例において、外部共振器２０，２０ａの外部に、レーザ光出力量を調整する調整機構を設けるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は、幹線系、メトロ系、アクセス系に使用される波長多重通信用の中長距離光源に適用することができる。
【図１】
2007004509.tif 000002
【図２Ａ】
2007004509.tif 000003
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2007004509.tif 000009
【図７Ａ】
2007004509.tif 000010
【図７Ｂ】
2007004509.tif 000011
【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
2007004509.tif 000014
【図１０Ｂ】
2007004509.tif 000015
【図１０Ｃ】
2007004509.tif 000016
【図１０Ｄ】
2007004509.tif 000017
【図１１Ａ】
2007004509.tif 000018
【図１１Ｂ】
2007004509.tif 000019
【図１１Ｃ】
2007004509.tif 000020
【図１１Ｄ】
2007004509.tif 000021
【図１２】
2007004509.tif 000022
【図１３】
2007004509.tif 000023
【図１４Ａ】
2007004509.tif 000024
【図１４Ｂ】
2007004509.tif 000025
【図１４Ｃ】
2007004509.tif 000026
【図１４Ｄ】
2007004509.tif 000027
【図１５】
2007004509.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成19年12月7日(2007.12.7)
【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】請求項２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２９】
請求項１に記載の外部共振器型波長可変レーザ装置において、
前記波長可変ミラーは、周波数軸上で前記ファブリーペローモード間隔の２のＭ（Ｍは整数）乗倍がチャンネル間隔に等しくなるように配置されることを特徴とする外部共振器型波長可変レーザ装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
一方、前記のトレードオフから脱却して、波長を自在に制御するという要求を満たす波長可変レーザとして、半導体光増幅器（セミコンダクター・オプティカル・アンプリファイヤ）と外部反射鏡とを用いて外部共振器を形成し、外部共振器内に波長可変フィルタ等を挿入したり、外部反射鏡として波長可変ミラー等を用い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が提案されている。この外部共振器型波長可変レーザでは、比較的容易にＣ帯全てをカバーする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いる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
外部共振器型波長可変レーザでは、共振器内に挿入される波長可変フィルタや、外部反射鏡として用いられる波長可変ミラーにより、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フィルタや波長可変ミラーが開発されてきている。波長可変フィルタとしては、例えば特開平４−６９９８７号公報（以下、文献３という）に開示されたエタロンを回転させるフィルタ、特開平５−４８２２０号公報（以下、文献４という）に開示された回折格子を回転させるフィルタ、特開２０００−２６１０８６号公報（以下、文献５という）に開示された音響工学フィルタや誘電体フィルタなどがある。波長可変ミラーとしては、例えば米国特許第ＵＳ６２１５９２８Ｂ１号明細書（以下、文献６という）に開示された、外部反射鏡そのものが波長可変特性を持つ電気制御型波長可変ミラーなどがある。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
４０ｄＢというのは、長距離系光通信のキャリア用レーザとして求められるモード安定度の得られる必要最小限の値として一般的に知られている。また、図３では、横軸の値が小さいほど、副モード抑圧比は上昇する傾向にあるが、常識的に半導体素子やコリメートレンズといった長さが０にならない要素を含んでいるため、ファブリーペローモード間隔が無限大になることはない。例えば、半導体素子の長さは最低でも３００μｍ以上必要で、外部反射鏡までの距離が０よりも大きい値であるとすると、Δνｃａｖは１００ＧＨｚを超えることはない。一方、波長可変ミラー７のＦＷＨＭは、狭くすればするほど、損失が増大するため、最低でも１０ＧＨｚ以上である。したがって、波長可変ミラー７のＦＷＨＭとファブリーペローモード間隔Δνｃａｖとの比は最大でも１０以下とするのが妥当である。
【国際調査報告】
2007004509.tif 000029
2007004509.tif 000030
2007004509.tif 000031
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