(57)【要約】【課題】小型化が可能であると共に、出力波長が大きく変動するような状態であっても所望の出力波長を維持することが可能な波長固定レーザ及びその制御方法を提供する。【解決手段】波長固定レーザ１Ａは、波長可変レーザダイオード３と、波長モニタ５とを備える。波長モニタ５は、第１リングフィルタ５１Ｆと、第２リングフィルタ５２Ｆとを有する。所定の波長領域において、第１リングフィルタ５１Ｆの周期的光透過特性はＮ周期変化し、第２リングフィルタ５２Ｆの周期的光透過特性はＮ−０．５周期以上、Ｎ周期未満変化する。第１リングフィルタ５１Ｆと第２リングフィルタ５２Ｆの透過率は、一のグリッド波長において他のグリッド波長における組み合わせとことなる固有の一の組み合わせを示す。【選択図】図１
2013089961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長可変レーザダイオードと集積化された波長モニタであって、
前記波長可変レーザダイオードの生成する光を透過する第１光フィルタであって、波長分割多重通信システムで規定される波長領域内で周期的な第１透過スペクトルを示す第１光フィルタと、
前記波長可変レーザダイオードの生成する光を透過する第２光フィルタであって、前記波長分割多重通信システムで規定される波長領域内で周期的な第２透過スペクトルを示す第２光フィルタと、
を備え、
前記第１透過スペクトルと前記第２透過スペクトルは前記波長分割多重通信システムで規定する複数のグリッド波長それぞれにおいて固有の一組の透過率を示し、当該固有の一組の透過率は他のグリッド波長における組み合わせ全てと異なっている、ことを特徴とする波長モニタ。
【請求項２】
前記第１光フィルタ及び前記第２光フィルタの少なくともいずれか一方はマッハツェンダ型フィルタである、請求項１に記載の波長モニタ。
【請求項３】
前記第１光フィルタ及び前記第２光フィルタの少なくともいずれか一方はリングフィルタである、請求項１に記載の波長モニタ。
【請求項４】
前記第１透過スペクトルは、前記それぞれのグリッド波長において実質的に等しい透過率を有し、前記第２透過スペクトルは前記それぞれのグリッド波長において単調に変化する透過率を有している、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の波長モニタ。
【請求項５】
前記第１光フィルタは前記波長領域においてＮ回（Ｎは自然数）の周期的特性を有する透過スペクトルを示し、前記第２光フィルタは前記波長領域においてＮ回以下Ｎ−０．５回以上の周期的特性を有する透過スぺクトルを示す請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の波長モニタ。
【請求項６】
前記第２光フィルタは前記波長領域において、Ｎ−０．１回以下、Ｎ−０．５回以上の周期的特性を有する透過スペクトルを示す請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の波長モニタ。
【請求項７】
出射光波長を所定の波長に固定することが可能な波長固定レーザであって、
出射光の波長が波長分割多重通信システムのグリッド波長の一に実質的に一致する波長可変レーザダイオードと、
第１光フィルタと第２光フィルタを備える波長モニタと、
前記第１光フィルタと前記第２光フィルタが前記固有の一組の透過率を示す様に制御するコントローラと、
を備え、
前記第１光フィルタは前記波長分割多重通信システムで規定する波長領域内で周期的な第１光透過特性を示し、
前記第２光フィルタは前記波長領域内で周期的な第２光透過特性を示し、
前記第１光透過特性と前記第２光透過特性は、前記波長分割多重通信システムが規定する一のグリッド波長において当該一のグリッド波長に固有でかつ、当該一のグリッド波長を除く他のグリッド波長における組み合わせとは異なるの一組の透過率を示すことを特徴とする波長固定レーザ。
【請求項８】
前記第１光フィルタ及び前記第２光フィルタの少なくとも一方はマッハツェンダ型フィルタである請求項７に記載の波長固定レーザ。
【請求項９】
前記第１光フィルタ及び前記第２光フィルタの少なくとも一方はリングフィルタである請求項７に記載の波長固定レーザ。
【請求項１０】
前記第１光透過特性は前記波長領域内でＮ回の周期的特性を有し、前記第２光透過特性は、前記波長領域内でＮ回以下、Ｎ−０．５回以上の周期的特性を有する、請求項７に記載の波長固定レーザ。
【請求項１１】
前記第１光透過特性は前記波長領域内でＮ回の周期的特性を有し、前記第２光透過特性は、前記波長領域内でＮ−０．１回以下、Ｎ−０．５回以上の周期的特性を有する、請求項１０に記載の波長固定レーザ。
【請求項１２】
波長固定レーザの出射光波長を波長分割多重通信システムで規定されるグリッド波長の一に一致させる波長固定レーザの出射光波長の調整方法であって、
波長可変レーザダイオードの生成する光を、互いに異なる周期的透過スペクトルを示す第１光フィルタと第２光フィルタをそれぞれ通過させ、前記第１光フィルタの光出力及び前記第２光フィルタの光出力を検知する工程と、
前記第１光フィルタ及び前記第２光フィルタのうちいずれか一方の光出力が、対応する光フィルタの一のグリッド波長における透過率と一致する様に前記波長可変レーザダイオードを制御する工程と、
前記第１光フィルタ及び前記第２光フィルタのうち他方の光出力が、前記一のグリッド波長における透過率と一致しているか否かを検証する工程と、
を含み、
前記一のグリッド波長における前記一方の光フィルタの透過率と前記他方の光フィルタの透過率の組み合わせが、他のグリッド波長における前記一方の光フィルタの透過率と前記他方の光フィルタの透過率の組合わせ全てとは異なっている、ことを特徴とする波長固定レーザの出射光波長の調整方法。
【請求項１３】
前記検証する工程において、前記一のグリッド波長における前記他方の光フィルタの光出力が該他方の光フィルタの透過率と異なっている場合に、該他方の光フィルタの光出力を該他方の光フィルタの透過率と一致する様に前記波長可変レーザダイオードを制御する工程をさらに含む請求項１２に記載の波長固定レーザの出射光波長の調整方法。
【請求項１４】
前記波長可変レーザダイオードの制御は、該波長可変レーザダイオードの温度を変更することにより行われる請求項１２に記載の波長固定レーザの出射光波長の調整方法。
【請求項１５】
前記第１光フィルタ及び前記第２光フィルタのうち、前記一のグリッド波長における波長変化率の大きなフィルタを前記一方のフィルタとして選択する、請求項１２に記載の波長固定レーザの出射光波長の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長モニタ、当該波長モニタを搭載した出射光波長の選択、及び当該選択波長において波長を固定することが可能な半導体レーザ（ＬＤ：Laser Diode）に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には出射光波長の選択が可能なＤＦＢレーザと波長選択機構を一のパッケージに搭載した半導体レーザモジュールが記載されている。この半導体レーザモジュールは、一方が分布帰還レーザ（Distributed FeedBack Laser Diode：ＤＦＢ−ＬＤ）の背面光を直接検知し、他方はエタロンフィルタを介してこの背面光を検知する二つのフォトダイオード（Photodiode：ＰＤ）を備えており、出射光波長の選択、決定はこの二つのＰＤの検知結果を元にして行われる。
【０００３】
近年の波長分割多重通信（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）システムは１５５０ｎｍの波長に相当する１９２〜１９７ＴＨｚの帯域において隣接チャネルの波長間隔が５０ＧＨｚとする規定を設けている。かかるシステムにおいては、光源の出射光の波長を５０ＧＨ以下の精度で安定に制御することが求められる。ＬＤの出射光は、その波長及び強度が動作温度に依存し、また、ＬＤ自体の長期的な劣化により変化する。従い、波長制御デバイスはＷＤＭシステムにおいては必須のものとなる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】古河技報  １１２号、２００３年７月、１〜４頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の波長制御デバイスは、波長に対して周期的な透過率を有する光デバイスを採用していた。エタロンフィルタはその典型的なデバイスである。エタロンフィルタの透過率に現れる極大値を与える波長間隔をＷＤＭシステムで規定されるチャネル間の波長間隔に一致させることで波長制御を行う。が、かかる波長制御機構では、その波長制御可能な波長領域が狭いという問題がある。ＬＤの出射光波長がエタロンフィルタの周期的透過率における一周期以上シフトした場合には、波長制御機構は目的の波長ではなく、一周期シフトした波長に出射光波長を設定する。これはＷＤＭシステムにこの波長制御機構を適用しようとする場合に、根本的な課題として残ってしまう。
【０００６】
一方で、装置全体の小型化への要求は常に提起されており、波長制御機構もそれがＤＦＢ−ＬＤ、エタロンフィルタ、ＰＤ等、個別デバイスで与えられた場合には、デバイス間に集光レンズ等の他のデバイスを設けることも光結合効率を高める点から必然となり、筐体、パッケージの小型化への大きな妨げとなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面は波長可変レーザダイオードと一体に集積化された波長モニタに関する。この波長モニタは、波長可変レーザダイオードが生成する光を透過する第１光フィルタであって、波長分割多重通信（ＷＤＭ）システムで規定される波長領域内で周期的な第１透過スペクトルを示す第１光フィルタと、波長可変レーザダイオードの生成する光を透過する第２光フィルタであって、同波長領域内で周期的な第２透過スぺクトルを示す第２光フィルタとを備えており、第１透過スペクトルと第２透過スペクトルはＷＤＭシステムで規定される複数のグリッド波長それぞれにおいて固有の一組の透過率を示し、この固有の一組の透過率は他のグリッド波長における組み合わせ全てと異なっている。
【０００８】
このため、いずれか一方の光フィルタの透過率が、複数のグリッド波長に対して同じ透過率を示す場合であっても、他方の光フィルタの透過率がこれら複数のグリッド波長で異なっているので、複数のグリッド波長のうち絶対的に一つのグリッド波長をい選択することが可能となる。ここで、第１フィルタ及び第２光フィルタはマッハツェンダ型のフィルタ、あるいは、リングフィルタの構成とすることができる。
【０００９】
たとえば第１光フィルタはこの波長領域においてＮ回（Ｎは自然数）の周期的特性を有する透過スペクトルを有し、第２光フィルタは同領域においてＮ回以下Ｎ−０．５回以上の周期的特性を有する透過スぺクトルを有することが好ましい。あるいは第２光フィルタが同領域において、Ｎ−０．１回以下、Ｎ−０．５回以上の周期的特性を有する透過スペクトルを有するのがさらに好ましい。
【００１０】
本発明の第２の側面は、出射光波長をＷＤＭシステムの一のグリッド波長に固定することができる波長固定レーザに関する。この波長固定レーザは、波長可変レーザダイオードと、第１光フィルタと第２光フィルタを備える波長モニタと、コントローラを含む。第１光フィルタはＷＤＭシステムで規定する波長領域内で周期的な第１光透過特性を示し、第２光フィルタは同領域内で周期的な第２光透過特性を示す。そしてこの第１光透過特性と第２光透過特性は、ＷＤＭシステムが規定する一のグリッド波長においてこのグリッド波長に固有でかつ、このグリッド波長を除く他のグリッド波長全てにおける二つの透過率の組み合わせとは異なるの一組の透過率を示す。コントローラは、第１光フィルタと第２光フィルタがこの固有の一組の透過率を示す様に波長可変レーザを制御する。
【００１１】
本発明のさらに別の側面は、波長固定レーザの出射光波長を波長分割多重通信システムで規定されるグリッド波長の一に一致させる方法に関する。この方法は、波長可変レーザダイオードの生成する光を、互いに異なる周期的透過スペクトルを示す第１光フィルタと第２光フィルタをそれぞれ通過させ、第１光フィルタの光出力及び第２光フィルタの光出力を検知し、第１光フィルタもしくは第２光フィルタのいずれか一方の光出力が、これに対応する光フィルタのこの一のグリッド波長における透過率と一致する様に波長可変レーザダイオードを制御し、第１光フィルタもしくは第２光フィルタの他方の光出力が、この一のグリッド波長における透過率と一致しているか否かを検証する工程を含んでおり、この一のグリッド波長における一方の光フィルタの透過率と他方の光フィルタの透過率の組み合わせが、他のグリッド波長における二つの光フィルタの透過率の組み合わせ全てと異なっている。
【００１２】
さらに、検証工程において、この一のグリッド波長における他方の光フィルタの光出力がこの光フィルタの透過率と異なっている場合に、この光フィルタの光出力をその透過率と一致する様に波長可変レーザダイオードをさらに制御する工程を含むことができる。また、波長可変レーザダイオードの制御は、このレーザダイオードの温度を制御することにより行ってもよい。また、二つの光フィルタのうちの一方の選択は、この一のグリッド波長におけるそれぞれの透過率について、波長に対する変化率の大きい透過率を示す光フィルタを選択してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、小型化が可能で出射光波長が精密に制御でき、当該波長で安定化することのできる波長モニタを実装した波長固定レーザが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は第１実施形態に係る波長固定レーザの平面図である。
【図２】図２は図１に示す波長固定レーザに実装されている波長モニタの拡大図である。
【図３】図３は図１に示す波長固定レーザの出射光波長を調整する制御回路の機能ブロック図である。
【図４】図４は出射光波長を目標波長に一致させるための制御に対応するフローチャートである。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は図２に示す波長モニタに実装されている二つのリングフィルタの透過スペクトルを示す図である。
【図６】図６は第２実施形態に係る波長固定レーザの平面図である。
【図７】図７は第３実施形態に係る波長固定レーザの平面図であり、本例に係る波長固定レーザは二つのマッハツェンダ型フィルタを実装している。
【図８】図８は図７の波長固定レーザに実装されている波長モニタの拡大図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は図８に示すマッハツェンダ型フィルタの透過スペクトルを示す図である。
【図１０】図１０は第４実施形態に係る波長固定レーザの平面図である。
【図１１】図１１は本発明に係る波長モニタと集積化可能な他の波長可変レーザの断面図である。
【図１２】図１２は第５実施形態に係る波長固定レーザの平面図であり、この波長固定レーザは図１１に示す波長可変レーザダイオードを実装している。
【図１３】図１３は図１２に示す波長固定レーザの出射光波長を調整する制御回路の機能ブロック図である。
【図１４】図１４は、本発明に係る波長モニタと集積化可能なさらに異なる波長可変レーザダイオードの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ本発明の幾つかの実施形態を説明する。図面の説明においては、同一／類似の要素については同一／類似の記号を付与することで重複する説明省略する。また、個々の要素の図面中の縦横比の関係は必ずしも実際のデバイス、要素における寸法に対応するものではなく、説明のため一部強調して示す場合もある。
【００１６】
［第１実施形態］
第１実施形態に係る波長固定レーザを説明する。図１は波長固定レーザ１Ａの平面図である。この波長固定レーザ１Ａは波長可変レーザダイオード３、波長モニタ５、半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier：ＳＯＡ）７、そして光変調器９を備えている。
【００１７】
まず、波長モニタ５を説明する。図２は波長モニタの主要部を拡大したものである。本実施形態に係る波長モニタ５は、基本ＰＤ６０、第１ＰＤ６１、第２ＰＤ６２、及びそれらを光学的に結合する複数の導波路５０〜５２を含んでいる。主導波路５０はこの基本ＰＤ６０を挟む二つの枝導波路５０ａ，５０ｂを含む。一方の枝導波路５０ａは、前方導波路であり、波長可変レーザダイオード３の活性層導波路３１１と光結合している。他方の枝導波路５０ｂは、後方導波路であり、光カプラ６９と光結合している。この光カプラ６９は、いわゆる、マルチモードカプラ（Multi-mode Intereference Coupler：ＭＭＩ）であり、後方導波路５０ｂから入射した光を、それぞれ第１導波路５１、第２導波路５２を伝播する二つの光に分離する。
【００１８】
第１導波路５１は、図２においては水平方向に伸びる主直線導波路５１Ｌと、一対の直線導波路５１Ｒ１及び一対の半円導波路５１Ｒ２を含む第１リングフィルタ５１Ｆ（第１光フィルタ）と、を含んで構成される。第１リングフィルタ５１Ｆに含まれる導波路５１Ｒ１，５１Ｒ２は長円を形成し、一方の直線導波路５１Ｒ１が主直線導波路５１Ｌと光結合している。第１導波路５１は、第１リングフィルタ５１Ｆの光学長でその特性が決定される周期的な光透過特性を示す。すなわち、第１リングフィルタ５１Ｆを構成する材料の屈折率とその幾何学的寸法を調整することで、光透過特性の周期を調整することが可能である。
【００１９】
第２導波路５２も、一対の直線導波路５２Ｒ１と一対の半円導波路５２Ｒ２で構成される第２リングフィルタ５２Ｆ（第２光フィルタ）を含む。これら導波路５２Ｒ１，５２Ｒ２により長円が形成されている。一方の直線導波路５２Ｒ１はＭＭＩカプラ６９により分離された光の一方を伝播する主直線導波路５２Ｌと光結合している。この第２導波路５２も周期的な光透過特性を有し、その周期は第２リングフィルタ５２Ｆの光学長を制御することで変更することができる。図２に示す実施形態では、この第２リングフィルタ５２Ｆの光学長は第１リングフィルタ５１Ｆの光学長と僅かに異なって設定される。これらリングフィルタ５１Ｆ，５２Ｆの光学長についての詳細は後に説明する。
【００２０】
第１ＰＤ６１は第１導波路５１を伝播した光を受け、他方、第２ＰＤ６２は第２導波路５２を伝播した光を受ける。波長モニタ５内の導波路５９は波長可変レーザダイオード３が出射する光の一部をこれらのＰＤ６０〜６２に導き、それぞれ当該ＰＤ６０〜６２において受信される。具体的には、前方導波路５０ａについては、まず波長可変レーザダイオード３で生成された光の一部を基本ＰＤ６０に向け伝播する。基本ＰＤ６０は入射した光の一部を検知し残余を透過する。後方導波路５０ｂはこの残余の光をＭＭＩカプラ６９に向けて伝播する。ＭＭＩカプラ６９は入射した残余の光を二つの光に分離し、一方は第１導波路５１を伝播し第１リングフィルタ５１Ｆで変更され、第１ＰＤ６１でその強度がモニタされる。ＭＭＩカプラ６９で分離された他方の光は第２導波路５２を伝播し第２リングフィルタ５２Ｆで変更された後、第２ＰＤ６２で検知される。
【００２１】
次に光変調器９について説明する。本実施形態の光変調器９は、二つのＭＭＩカプラ８１，８２の間で互いに平行に伸びる一対の変調導波路９１を有する。ＭＭＩカプラ８１，８２はいわゆる二入力二出力（２×２）のカプラである。変調導波路９１は、ＳＯＡ７を介して活性層導波路３１１と光結合している第１ＭＭＩカプラ８１で分離された光を伝播し、それぞれの光は、波長固定レーザ１Ａの光出力端子である出力端１Ｐと光結合する第２ＭＭＩカプラ８２で結合される。第２ＭＭＩカプラ８２は予備導波路９８と接続されている。この予備導波路９８は波長固定レーザ１Ａ内で終端されている。以上の様に、波長可変レーザダイオード３で生成され、ＳＯＡ７で増幅された光は第１ＭＭＩカプラ８１で二つの光に分離され、それぞれ変調導波路９１を伝播し、第２ＭＭＩカプラ８２で結合された後、出力端１Ｐから出力される。そして、変調導波路９１を伝播する間にそれぞれ異なる電界の影響を受けその位相状態が変調を受ける。そして、再度第２ＭＭＩカプラ８２で合波された光が変調光となる。より具体的には、変調導波路９１の二つの電極９５間に変調信号を印加すると、一方の変調導波路９１を伝搬する光の位相が、他方の変調導波路９１を伝搬する光の位相に対しπ（１８０°）だけ進行もしくは遅延する。すなわち、合波光は二つの光の位相がπシフトしている時に実質的に消滅し、位相が一致している場合には何らの影響も受けず出力端１Ｐから有意の強度の光が出力される。この様に、波長可変レーザダイオード３が出射する光は、光変調器９の電極９５に印加された電気信号により変調される。変調導波路９１に設けられている他の電極９６はそれぞれの変調導波路９１を伝搬する光に前もって位相差を与えるためのものである。
【００２２】
次に一実施形態に係る波長固定レーザ１Ａを制御する方法、具体的には、波長可変レーザダイオード３の出射光波長を調整する方法について説明する。波長固定レーザ１Ａの出射光波長は、既述の様にＷＤＭシステム（波長分割多重通信システム）で規定されているグリッド波長の一つに一致する様に制御される。以下の説明においては、この一のグリッド波長を「目標波長」と呼ぶこととする。
【００２３】
図３は波長固定レーザ１Ａの制御システムを示す機能ブロック図である。制御システムはマイクロ制御装置（Micro Control Unit：ＭＣＵ）１２１を備えている。ＭＣＵ１２１は、複数のＰＤ６０〜６２の出力信号を受信し波長可変レーザダイオード３、具体的にはその利得領域３１、熱電冷却器（Thermo-Electric Cooler：ＴＥＣ）２、ＳＯＡ７、光変調器９で構成される波長固定レーザ１Ａが出射する光の波長を目標波長に一致する様に動作する。そのため、ＭＣＵ１２１はそれぞれのデバイスに向けてバイアス信号Ｖ３１〜Ｖ２を出力する。
【００２４】
次に波長固定レーザ１Ａにおいてその波長を制御する方法（出射光波長の調整方法）について説明する。図４は出射光波長を調整するフローチャートである。本実施形態に係る方法は次の工程を含んでいる。：
（工程Ｓ１）  波長可変レーザダイオード３を準備しその波長調整のための初期動作条件を測定する。
（工程Ｓ３）  波長可変レーザダイオード３の出射した光を波長モニタ５に搭載されている複数のＰＤ６０〜６２に導きその強度を測定する。
（工程Ｓ５）  基本ＰＤ６０の出力及び第１ＰＤ６１の出力に基づき出射光波長を制御する。
（工程Ｓ７）  出射光波長が目標波長に一致しているか否かを基本ＰＤ６０の出力及び第２ＰＤ６２の出力に基づいて確認する。
（工程Ｓ９）  出射光波長が目標波長に一致していない時には、基本ＰＤ６０の出力及び第１ＰＤ６１の出力を再度観測して出射光波長を調整する。
以下、それぞれの工程について具体的に説明する。
【００２５】
（工程Ｓ１）
工程Ｓ１において波長固定レーザ１Ａ及びその初期動作条件を準備する。具体的には、まず、ＴＥＣ２を調整して波長固定レーザ１Ａを所定の温度に設定し、次いで、波長可変レーザダイオード３の利得領域３１を、電極３１５を介してバイアス信号Ｖ３１でバイアスした状態で、波長検知器を用いて波長可変レーザダイオード３の出射光波長をモニタする。次いで、波長可変レーザダイオード３の出射光波長がＷＤＭシステムの一のグリッド波長（目標波長）に一致する様に波長固定レーザ１Ａの温度を、ＴＥＣ２を調整してシフトする。ここで、出射光波長がまさに目標波長に一致した時の波長固定レーザ１Ａの動作パラメータを記録する。パラメータとしては例えば、第１リングフィルタ５１Ｆの透過率、第２リングフィルタ５２Ｆの透過率、ＴＥＣ２の温度、利得領域３１へのバイアス信号Ｖ３１の値、ＳＯＡへのバイアス信号Ｖ７の値、等がある。リングフィルタ５１Ｆ，５２Ｆの透過率は、それぞれＰＤ６０〜６２の出力値から計算により求める。この初期動作条件をそれぞれのＷＤＭシステムにおけるグリッド波長全てにおいて求め、例えばルックアップテーブル（ＬＵＴ）としてＭＣＵ１２１内に保持しておく。
【００２６】
（工程Ｓ３）
工程Ｓ３では一つのグリッド波長（目標波長）を選択し、ＴＥＣ２の温度、バイアス信号Ｖ３１、バイアス信号Ｖ７をそれぞれのデバイスに対して設定する。この工程ではＳＯＡ７へのバイアス信号Ｖ７と光変調器９に与えるバイアス信号Ｖ９は、光変調器９の出力端１Ｐから光が出射されない条件に設定することが好ましい。波長可変レーザダイオード３で生成された光の一部が三つのＰＤ６０〜６２に導波路５９を介して入射し検知される。第１ＰＤ６１は第１リングフィルタ５１Ｆでフィルタリングされた光を検知する一方、第２ＰＤ６２は第２リングフィルタ５２Ｆでフィルタリングされた光を検知する。
【００２７】
（第１制御工程Ｓ５）
第１制御工程Ｓ５では基本ＰＤ６０及び第２ＰＤ６２の出力に基づき出射光波長を制御する。第１リングフィルタ５１Ｆ及び第２リングフィルタ５２Ｆの透過率をまず説明する。図５（ａ）〜（ｃ）は、第１リングフィルタ５１Ｆ及び第２リングフィルタ５２Ｆの透過率を示している。横軸が波長に対応し、縦軸が透過率に対応する。太線は第１リングフィルタ５１Ｆの透過率であり、細線が第２リングフィルタ５２Ｆの透過率である。ＷＤＭシステムのグリッド波長は「Ｇ」で示されており、その間隔は５０ＧＨｚ（約０．４ｎｍ）で一定である。
【００２８】
図５（ｂ）、（ｃ）で明瞭になる様に、第１リングフィルタ５１Ｆの透過率は第２リングフィルタ５２Ｆの透過率とは異なっている。本実施形態では、第２リングフィルタ５２Ｆの透過率が第１リングフィルタ５１Ｆの透過率に対しやや大きな周期を示している。また、第１リングフィルタ５１Ｆの透過率の周期はＷＤＭシステムのグリッド波長の周期にほぼ一致している。故に、第１リングフィルタ５１Ｆの透過スペクトル（第１透過スペクトル、第１光透過特性）においてＷＤＭシステムのグリッド波長における透過率（図５（ａ）では白丸で示されている）はほぼ一定となり、その値は０．８１７程度である。
【００２９】
波長可変レーザダイオード３が発光可能な波長領域であって、本実施形態では１５２０〜１５７０ｎｍに相当する波長領域において、第１リングフィルタ５１Ｆと第２リングフィルタ５２Ｆとは次の条件を満足する。すなわち、第１リングフィルタ５１Ｆの透過スペクトルはＮ回の周期（Ｎは２以上の自然数）を、第２リングフィルタ５２Ｆの透過スペクトル（第２透過スペクトル、第２光透過特性）はＮ回以下かつＮ−０．５回以上の周期、好ましくはＮ−０．１回以下でＮ−０．５回以上の周期を、上記波長領域において示す。本実施形態においてはＮ＝１２５である。すなわち、第１リングフィルタ５１Ｆは１２５回の周期を１５２０〜１５７０ｎｍの波長領域で示し、第２リングフィルタ５２Ｆは第１リングフィルタ５１Ｆの透過スペクトルよりも小さい１２４．５周期をこの波長領域で示す。
【００３０】
さらに、グリッド波長Ｇにおける第２リングフィルタ５２Ｆの透過率は、最も短いグリッド波長から最長のグリッド波長に向けて単調に変化している。本実施形態では単調に減少している。このことは、二つのリングフィルタ５１Ｆ，５２Ｆの各グリッド波長における透過率の組み合わせが、上記波長領域においては常に他のグリッド波長における透過率の組み合わせと区別可能なことを示している。すなわち、二つのリングフィルタ５１Ｆ，５２Ｆのグリッド波長における透過率の組み合わせは、当該グリッド波長において固有で唯一のものとなる。
【００３１】
この様な透過率を示す第１リングフィルタ５１Ｆは、その直線導波路５１Ｒ１を４９６μｍとし、半円導波路５１Ｒ２の直径を５０μｍとし、その構成材料の屈折率を１５２０ｎｍの波長において３．８３００５とすることで実現可能である。一方、第２リングフィルタ５２Ｆについては、その直線導波路５２Ｒ１を４９５μｍとし、半円導波路５２Ｒ２の直径を５０μｍとし、構成材料の屈折率を１５２０ｎｍの波長において３．８３００５と設定することで実現可能である。
【００３２】
第１制御工程Ｓ５では、基本ＰＤ６０の出力及び第１ＰＤ６１の出力に基づいて波長可変レーザダイオード３の出射光波長をさらに調整する。例えば、波長可変レーザダイオード３の出射光波長があるグリッド波長の一つに非常に近いか、実質的には一致している場合を説明する。この波長は図５（ｂ）で「ＧＰ１」として記載されている。この時、ＭＣＵ１２１は自身で保持しているＬＵＴを参照し、ＴＥＣ２に向けてバイアス信号Ｖ２を出力することによってＴＥＣ２の温度を調整する。この調整は、基本ＰＤ６０の出力に対する第１ＰＤ６１の出力の割合によって求めることのできる第１リングフィルタ５１Ｆの透過率が、図５（ｂ）に示すグリッド波長ＧＰ１での値０．８１７に一致するように行われる。
【００３３】
第１制御工程Ｓ５の詳細制御は以上の様に行われる。しかし、第１リングフィルタ５１Ｆの透過率の周期がグリッド波長Ｇの間隔に実質的に一致していて、かつ、波長可変レーザダイオード３の出射光波長が第１リングフィルタ５１Ｆの透過率の一周期以上も変動した場合には、ＭＣＵ１２１は、図５（ｃ）で「ＧＰ２」と記されている別のグリッド波長に出射光波長を設定する場合が生ずる。言い換えると、第１リングフィルタ５１Ｆはその透過率に対して多数の等価的な波長を有し、ＭＣＵ１２１は、出射光波長をこの多数の等価的な波長のうちの一の波長に設定する。この設定された波長は目標波長「ＧＰ１」と一致しない場合がある。
【００３４】
（確認工程Ｓ７）
確認工程Ｓ７は第１制御工程Ｓ５の後に実行される。既に説明した様に、第１制御工程Ｓ５で出射光波長が目標のグリッド波長とは異なるグリッド波長に設定された場合であっても、この確認工程Ｓ７において、基本ＰＤ６０の出力及び第２ＰＤ６２の出力によりその事実を確認することができる。
【００３５】
具体的には、図５（ａ）、（ｃ）に示す様に、所定の波長領域において、グリッド波長Ｇにおける第２リングフィルタ５２Ｆの透過率が他のグリッド波長における値とは異なることを利用する。すなわち、出射光波長が目標グリッド波長ＧＰ１以外のグリッド波長ＧＰ２にシフトされている場合に基本ＰＤの出力及び第２ＰＤの出力から得られる第２リングフィルタ５２Ｆの透過率は、出射光波長が目標グリッド波長ＧＰ１に設定されている場合の透過率とは異なっている。たとえば、不適当なグリッド波長ＧＰ２における第２リングフィルタ５２Ｆの透過率は約０．２２０と与えられるのに対し、目標グリッド波長ＧＰ１におけるその値は０．５９５である。
【００３６】
結局、ＭＣＵ１２１は第２リングフィルタ５２Ｆの透過率に基づき、出射光波長が多数のグリッド波長Ｇのうち目標グリッド波長ＧＰ１に適正に設定されているかを確認できる。出射光波長が適正に目標グリッド波長ＧＰ１に設定されているとＭＣＵ１２１が確認した場合には、波長可変レーザダイオード３の波長制御プロセスは終了する。が、不適当に設定されていると確認された場合、ＭＣＵ１２１は第２制御工程Ｓ９にその制御を移行する。
【００３７】
（第２制御工程Ｓ９）
第２制御工程Ｓ９では、出射光波長をまず、基本ＰＤ６０の出力及び第２ＰＤ６２の出力を基に調整し、その後基本ＰＤ６０の出力及び第１ＰＤ６１の出力を基に調整する。具体的には、ＭＣＵ１２１はまず、基本ＰＤ６０の出力に対する第２ＰＤ６２の出力の割合から得られる第２リングフィルタ５２Ｆの透過率が目標グリッド波長ＧＰ１における透過率、本実施形態では０．５９５、に近い値になる様にＴＥＣ２を制御する。その時、出射光波長は目標グリッド波長ＧＰ１を含む透過率の一周期の範囲内に入る。
【００３８】
次いで、ＭＣＵ１２１は、基本ＰＤ６０の出力及び第１ＰＤ６１の出力から計算される第１リングフィルタ５１Ｆの透過率が目標グリッド波長ＧＰ１におけるその値、本実施形態では０．８１７、になる様にＴＥＣ２を微細制御する。波長可変レーザダイオード３の出射光波長は上記精密制御が行われる前に既に目標グリッド波長ＧＰ１に十分近い波長に設定されているので、ＭＣＵ１２１は波長可変レーザダイオード３の出射光波長を目標グリッド波長ＧＰ１に適切に設定することができる。
【００３９】
これらの制御を行った後、ＭＣＵ１２１は波長固定レーザ１Ａの出射光強度を、ＳＯＡ７に与えるバイアス信号Ｖ７を調整して、所定の値に設定する。さらに、光変調器９に与えるバイアス信号Ｖ９を調整して、光変調器９からの変調光強度を所定の値に設定する。この様に、波長が精密に制御され、所定の強度を有し、所定の変調度を有する信号光を、出力端１Ｐから得ることができる。
【００４０】
［第２実施形態］
次に、本発明に係る波長固定レーザの第２実施形態につき説明する。図６は、この第２実施形態に係る波長固定レーザ１Ｂの平面図である。波長固定レーザ１Ｂは、波長可変レーザダイオード３が半導体光増幅器を備えていない点、及び異なる形態の波長モニタ５Ｂを備えている点において、先の波長固定レーザ１Ａとは異なる。
【００４１】
本実施形態に係る波長モニタ５Ｂは光変調器９の下流側に設けられている。すなわち、波長モニタ５Ｂは、その主導波路１５０が光変調器９中の予備導波路９８、変調導波路９１、及びＭＭＩカプラ８１を介して、波長可変レーザダイオード３の活性層導波路３１１の端に光結合している。活性層導波路３１１の他方の端は波長固定レーザ１Ｂの端面１Ｅ２で終端されている。
【００４２】
本実施形態の波長モニタ５Ｂも、基本ＰＤ１６０、第１ＰＤ１６１、及び第２ＰＤ１６２を含んでいる。ＭＭＩカプラ８２で分岐され主導波路１５０に入射した光は、基本ＰＤ１６０でその一部が吸収されるが、大部分はこの基本ＰＤ１６０を透過し二分される。一方は第１リングフィルタ１５１Ｆ（第１光フィルタ）に、他方は第２リングフィルタ１５２Ｆ（第２光フィルタ）に光結合する。第１導波路１５１、第２導波路１５２を伝搬する二つの光はそれぞれ、第１ＰＤ１６１、第２ＰＤ１６２を透過したのち終端される。
【００４３】
波長モニタ５Ｂは、波長可変レーザダイオード３の出射光波長が目標波長から大幅にシフトしている場合であっても、第１実施形態に係る波長モニタ５Ａについて既に説明したものと同じ機能により、そのズレを修正することができる。
【００４４】
［第３実施形態］
図７は、本発明の第３実施形態に係る波長固定レーザ１Ｃの平面図である。波長固定レーザ１Ｃは波長可変レーザダイオード３、ＳＯＡ７、光変調器９、及び新たな形態の波長モニタ５Ｃを含んでいる。
【００４５】
本実施形態の波長モニタ５Ｃを説明する。図８は波長モニタ５Ｃの拡大平面図である。波長モニタ５Ｃは三つのＰＤ（基本ＰＤ２６０、第１ＰＤ２６１、及び第２ＰＤ２６２）と、主導波路２５０、第１導波路２５１及び第２導波路２５２を含む導波路２５９と、を含んでいる。第１導波路２５１及び第２導波路２５２は主導波路２５０から分岐している。主導波路２５０は基本ＰＤ２６０の前方に配置される前方導波路２５０ｂと、基本ＰＤ２６０の後方に配置される後方導波路２５０ａと、から構成されている。
【００４６】
図７に示す様に、前方導波路２５０ｂは波長可変レーザダイオード３の活性層導波路３１１と光結合している。前方導波路２５０ｂと後方導波路２５０ａとの間に配置される基本ＰＤ２６０は波長可変レーザダイオード３の生の光、すなわち波長可変レーザダイオード３からの直接光で光フィルタを通過していない光、を受信する。
【００４７】
後方導波路２５０ａは１×２構成のマルチモードカプラであるカプラ２６９と光結合している。このカプラ２６９は基本ＰＤ２６０を通過した光を二分岐し、その一方を第１導波路２５１に他方を第２導波路２５２に導く。
【００４８】
本実施形態の波長モニタ５Ｃの特徴の一つは、第１導波路２５１が第１マッハツェンダ型フィルタ（ＭＺフィルタ）２５１Ｆ（第１光フィルタ）の構成を有している点にある。具体的には、この第１導波路２５１は一旦、二つの導波路２５１Ｒ１，２５１Ｒ２に分岐され、再び結合して第１ＭＺフィルタ２５１Ｆを構成する。そして、二つの導波路２５１Ｒ１，２５１Ｒ２の分岐から結合までの光路長が互いに異なっている。
【００４９】
第１ＭＺフィルタ２５１Ｆも、その波長について周期的な光透過スペクトルを示す。上記分岐から結合までの光路長の相違、及び分岐導波路に使用されている材料の屈折率の値が透過スペクトルの周期を左右する。
【００５０】
第２ＭＺフィルタ２５２Ｆ（第２光フィルタ）も第１ＭＺフィルタ２５１Ｆと同様の機能、特性を備えている。が、分岐から結合までの光路長の差が第１ＭＺフィルタ２５１Ｆのそれとは異なっている。その結果、第１ＭＺフィルタ２５１Ｆの透過スペクトル（第１透過スペクトル、第１光透過特性）が示す周期と、第２ＭＺフィルタ２５２Ｆの透過スペクトル（第２透過スペクトル、第２光透過特性）が示す周期とが異なってくる。
【００５１】
図８に示す様に、第１ＭＺフィルタ２５１Ｆは基本ＰＤ２６０と第１ＰＤ２６１との間に配置されている。この配置において、基本ＰＤ２６０を透過し、かつ第１ＭＺフィルタを通過した光を第１ＰＤ２６１は受信する。他方、第２ＭＺフィルタ２５２Ｆは基本ＰＤ２６０と第２ＰＤ２６２との間に配置されており、基本ＰＤ２６０を透過し、かつ第２ＭＺフィルタ２５２Ｆを通過した光をこの第２ＰＤ２６２は受信する。第１ＭＺフィルタ２５１Ｆ、第２ＭＺフィルタ２５２Ｆ、及びこれら二つのＭＺフィルタを用いて波長可変レーザダイオード３の現在の発振波長を制御する方法を説明する。
【００５２】
図９（ａ）〜（ｃ）はＭＺフィルタ２５１Ｆ，２５２Ｆの１５２５ｎｍ〜１５７０ｎｍの波長領域の光透過スペクトルを示している。また図９（ａ）〜（ｃ）にはＷＤＭシステムで設定されている当該波長領域におけるグリッド波長Ｇも合わせて示している。この場合、最近接グリッドの波長間隔は５０ＧＨｚ（約０．４ｎｍ）に相当する。
【００５３】
光透過スペクトル２５１Ｔ及び２５２ＴはそれぞれＭＺフィルタ２５１Ｆ，２５２Ｆに対応し、図５（ａ）〜（ｃ）に示すリングフィルタ５１Ｆ，５２Ｆの透過スペクトルとは異なり、概略正弦波状のスペクトル形状を有している。が、リングフィルタ５１Ｆ，５２Ｆの透過スペクトルと同様に、二つのＭＺフィルタ２５１Ｆ，２５２Ｆの透過スペクトルの周期はわずかに異なる。
【００５４】
第１ＭＺフィルタ２５１Ｆの周期は、グリッド波長の間隔とは相当に異なる。さらに、第２ＭＺフィルタ２５２Ｆの周期もグリッド波長の間隔とは相当に異なる。図９（ａ）〜（ｃ）で、黒丸は各グリッド波長における第１ＭＺフィルタ２５１Ｆの透過率を示し、黒角は各グリッド波長における第２ＭＺフィルタ２５２Ｆの透過率を示す。
【００５５】
第１ＭＺフィルタ２５１Ｆの光透過スぺクトルにおけるピークを与える波長は第１ＭＺフィルタ２５１Ｆを構成する材料の屈折率と二つの導波路２５１Ｒ１，２５１Ｒ２の光路長差とにより決定される。同様な考えは第２ＭＺフィルタ２５２Ｆの透過率のピークを与える波長についても該当する。
【００５６】
ＭＣＵ１２１はまず第１ＭＺフィルタ２５１Ｆ及び第２ＭＺフィルタ２５２Ｆのいずれかを、その光透過スペクトルにおける目標波長での変化率の大きさ、すなわち、透過スペクトルの傾きが急峻かどうかにより選択する。次いで、ＭＣＵ１２１はここで選択されたＭＺフィルタと光結合しているＰＤの出力を受ける。
【００５７】
一例として、図９（ｂ）において目標波長がグリッド波長ＧＰ１であるとする。この場合、この目標グリッド波長ＧＰ１での第１ＭＺフィルタ２５１Ｆの光透過スペクトル２５１Ｔの傾きが、第２ＭＺフィルタ２５２Ｆの光透過スペクトル２５２Ｔの傾きよりも大きいので、ＭＣＵ１２１は第１ＭＺフィルタ２５１Ｆと第１ＰＤ２６１を波長制御のために選択する。
【００５８】
他の例として、目標波長がグリッド波長ＧＰ２の場合には、第１ＭＺフィルタ２５１Ｆの光透過スペクトル２５１Ｔの傾きは、このグリッド波長で実質ゼロとなるが、他方、第２ＭＺフィルタ２５２Ｆの光透過スペクトル２５２Ｔの傾きは最大となる。故に、ＭＣＵ１２１は第２ＭＺフィルタ２５２Ｆと、この第２ＭＺフィルタ２５２Ｆと光結合する第２ＰＤ６２と、を波長制御のために選択する。
【００５９】
次いで、ＭＣＵ１２１は第１ＰＤ２６１の出力の基本ＰＤ２６０の出力に対する割合が、第１ＭＺフィルタ２５１Ｆの透過率に一致する様に、波長可変レーザダイオード３の温度を調整する。この場合、透過率は０．２６６程度である。
【００６０】
同様に、波長可変レーザダイオード３の出射光波長を図９（ｂ）に示される他のグリッド波長ＧＰ２に設定する場合に、ＭＣＵ１２１は、第２ＭＺフィルタ２５２Ｆの透過率が０．３０５に近づく様に波長可変レーザダイオード３の温度を制御する。この第２ＭＺフィルタ２５２Ｆの透過率は、基本ＰＤ２６０の出力に対する第２ＰＤ２６２の出力の割合に相当する。
【００６１】
波長可変レーザダイオード３の出射光波長を設定するときには、出力端１Ｐから出射される光の出力ではなく、ＳＯＡ７による光吸収が増加する様に、ＳＯＡ７に与えるバイアス信号Ｖ７を調整する。さらに、光変調器９がその光出力を減ずるようにバイアス信号Ｖ９を調整する。波長設定後、ＳＯＡ７に光増幅機能を発揮させる様なバイアス信号Ｖ７を与え、光変調器９には、ＳＯＡ７からの光を変調する様なバイアス信号Ｖ９を与える。この様に、波長固定レーザ１Ｃはその出力端１Ｐから変調光を出力する。
【００６２】
波長固定レーザ１Ｃは波長可変レーザダイオード３が出射する光の波長を、基本ＰＤ２６０、第１ＰＤ２６１及び第２ＰＤ２６２によりモニタする。第１ＰＤ２６１は第１ＭＺフィルタ２５１Ｆを透過した光をモニタし、第２ＰＤ２６２は第２ＭＺフィルタ２５２Ｆを透過した光をモニタする。これら二つのＭＺフィルタ２５１Ｆ，２５２Ｆの光透過スペクトルは相違しているため、波長モニタ５Ｃは広い範囲の領域で波長を特定することが可能となる。さらに、二つのＭＺフィルタ２５１Ｆ，２５２Ｆは、所定の波長領域においてそれぞれのグリッド波長における光透過率について、当該グリッド波長に固有の一組の値を与える。その結果、一つのＭＺフィルタの光透過率が周期的であったとしても、これはすなわち多数の特定波長においてその光透過率が同じ値になることを意味するが、特定の波長において、この波長に固有の二つの光透過率の組合せを設定することが可能となる。
【００６３】
この様に、波長固定レーザ１Ｃは、その出射光波長について上記アルゴリズムを適用することにより、所定のグリッド波長に精密に制御、固定することが可能である。
【００６４】
すなわち、グリッド波長ＧＰ１やグリッド波長ＧＰ２で与えられる目的のグリッド波長における光透過率の傾きが他方に対して大きい値を示すいずれか一方のＭＺフィルタがまず選択される。これは、二つのＰＤ２６１，２６２のうち一方のＰＤが選択されることを意味する。次いで、選択されたＰＤの出力と基本ＰＤ２６０の出力とから計算される透過率の値が、選択されたＭＺフィルタのこの選択波長での透過率の値に近づく様に、波長可変レーザダイオード３の温度が調整されることによって、波長可変レーザダイオード３の出射光波長が制御される。この過程において、選択されたＭＺフィルタの光透過スペクトルが示す傾きが他方のＭＺフィルタの光透過スペクトルが示す傾きよりも大きな値を示しているため、出射光波長の精密な検知が可能となる。これはすなわち、出射光波長の精密制御が可能となることを意味している。
【００６５】
本実施形態の波長固定レーザ１Ｃは、その出力端１Ｐが活性層導波路３１１の波長モニタ５Ｃと光結合している端とは反対の端に光結合している。この系では、出力端１Ｐが光を出力しない場合であっても、所望のグリッド波長に波長可変レーザダイオード３の出射光波長を設定することができる。
【００６６】
さらに、本例の波長モニタ５Ｃにおいては、二つのＭＺフィルタ２５１Ｆ，２５２Ｆを備えており、グリッド波長における透過率の組み合わせは所定の波長領域で固有、唯一のものである。故に、ＭＺフィルタが波長に対して周期的な透過スペクトルを示す場合、一の透過率について複数（多数）の等価な波長が存在するが、このような場合であっても、本例に係る波長モニタ５Ｃは所定の波長領域において特定の、唯一の波長を決定することができる。波長可変レーザダイオード３の出射光波長が、ＭＺフィルタ２５１Ｆ，２５２Ｆの周期的な透過スペクトルにおいて、一周期以上シフトしてしまった場合であっても、本例の波長モニタ５Ｃは確実にそのシフトを検知した上で、波長固定レーザ１Ｃの目標出射光波長を回復することができる。
【００６７】
［第４実施形態］
次に、第４実施形態に係る波長固定レーザ１Ｄを説明する。図１０は波長固定レーザ１Ｄの平面図であり、波長モニタ５Ｄの形態以外は図７において既に説明した波長固定レーザ１Ｃと同様の系を有する。
【００６８】
本例に係る波長モニタ５Ｄは波長可変レーザダイオード３の活性層導波路３１１の前方端と光結合する点において、活性層導波路３１１の後端と光結合する先の実施形態と異なっている。具体的には、波長モニタ５Ｄの主導波路３５０は活性層導波路３１１とは、光変調器９に実装されているＭＭＩカプラ８２、変調導波路９１及び他方のＭＭＩカプラ８１と、ＳＯＡ７と、を介して光結合している。活性層導波路３１１の後端は、従前の実施形態における波長固定レーザの端面１Ｅ１，１Ｅ２と直交する端面で終端されている。
【００６９】
本例における波長モニタ５Ｄは、光変調器９の変調導波路９１と直交している活性層導波路３１１の方向に延びる二本の導波路３５１，３５２を含む。二つの導波路３５１，３５２はそれぞれ、第１ＭＺフィルタ３５１Ｆ（第１光フィルタ），第２ＭＺフィルタ３５２Ｆ（第２光フィルタ）、及び二つのＰＤ３６１，３６２と光結合している。
【００７０】
本例の波長固定レーザ１Ｄは、既述の波長固定レーザ１Ｃと同様の方法に従って制御することで、その出射光波長が何らかの理由により大きくシフトした場合であっても、最終的にはその出射光波長を目標グリッド波長に精密に制御、固定することができる。さらに、本例の波長固定レーザ１Ｄでは、活性層導波路３１１及び波長モニタ５Ｄ内の二つの導波路３５１，３５２が光変調器９の変調導波路９１が延びる方向と直交して延びているので、波長固定レーザ１Ｄの全長を短縮することができる。これはこの波長固定レーザ１Ｄについて先の実施形態に係る波長固定レーザと比較して、その実装を容易にすることを意味する。先の例においては、その平面形状がアスペクト比の大きい長方形であったものが、本例では正方形に近い値となっている。
【００７１】
本例に係る波長モニタは種々変形が可能である。たとえば、既述の波長モニタ５Ａ〜５Ｄは、基本ＰＤを間に挟む二つの導波路を備えているが、波長モニタ５Ａについて言えば、主導波路５０が二分され、その一方が基本ＰＤ６０に光結合し他方がさらに二分されそれぞれ第１ＰＤ６１、第２ＰＤに光結合する系であってもよい。
【００７２】
また、第３実施形態に係る波長モニタ５Ｃは、活性層導波路３１１の後端、すなわち、ＳＯＡ７、光変調器９、出力端１Ｐとは逆の端部と光結合している。しかしながら、波長モニタ５Ｃは、第４実施形態に係る波長モニタ５Ｄと同様に、光変調器９、ＳＯＡ７を介して活性層導波路３１１の前端と光結合することもできる。逆に、波長モニタ５Ｄについては、活性層導波路３１１の後端と光結合することができる。
【００７３】
［第５実施形態］
最後に、波長可変レーザダイオード３の構造について詳しく説明する。図１１は波長可変レーザダイオード３Ａの光軸に沿った方向の断面図であり、図１２はこの波長可変レーザダイオード３Ａを実装する波長固定レーザ１Ｅの平面図である。
【００７４】
波長可変レーザダイオード３Ａは利得領域５３１、位相調整領域５３３、第１標本化格子分布ブラッグ反射器（Sampled Grating Distributed Bragg Reflector：ＳＧ−ＤＢＲ）領域５３５及び第２ＳＧ−ＤＢＲ領域５３７、を含んでいる。利得領域５３１は既述の実施形態において採用されている利得領域３１と同様の系を有する。これら領域５３１〜５３７は共通の半導体基板５１１で光軸に沿って配置されている。
【００７５】
利得領域５３１は活性層導波路５３１ａ、当該活性層導波路５３１ａ上の上部クラッド層５１２、当該上部クラッド層５１２上のコンタクト層５３１ｃ、及び当該コンタクト層５３１ｃ上のアノード電極５３１ｄを有している。活性層導波路５３１ａは相対的に長いバンドギャップ波長、これは等価的には小さい禁制帯幅を意味する、を有する半導体材料で、光軸に沿って例えば５００μｍの長さで設けられている。活性層導波路５３１ａは下部分離閉じ込めヘテロ構造層（Separate Confinement Hetero-structure：ＳＣＨ）、上部ＳＣＨ層、及びこれら二つのＳＣＨ層に挟まれた活性層を有する。ＳＣＨ層はバンドギャップ波長１．２５μｍで厚さ５０ｎｍのＧａＩｎＡｓＰで構成されている。
【００７６】
活性層導波路５３１ａの活性層は、それぞれ厚さ５ｎｍのＧａＩｎＡｓＰで構成される複数の井戸層と、厚さ１０ｎｍで組成がこの井戸層とは異なるＧａＩｎＡｓＰで構成される複数の障壁層が交互に積み重なった多重量子井戸（Multiple-Quantum Well：ＭＱＷ）構造を含む。この活性層のバンドギャップ波長はフォトルミネッセンススペクトルのピーク波長として与えられ、本例では１５５０ｎｍである。活性層導波路５３１ａの全厚は０．２μｍである。
【００７７】
上部クラッド層５１２は、例えば厚さ１５００ｎｍのｐ型ＩｎＰで構成される。上部クラッド層５１２は利得領域５３１、位相調整領域５３３、第１ＳＧ−ＤＢＲ領域５３５、及び第２ＳＧ−ＤＢＲ領域５３７全てに渡って共通である。
【００７８】
コンタクト層５３１ｃは、例えば厚さ２００ｎｍのｐ型ＩｎＧａＡｓで構成される。アノード電極５３１ｄはＡｕＺｎ等の共晶合金で構成され、コンタクト層５３１ｃとの間でオーミック接触を実現する。アノード電極５３１ｄと半導体基板５１１の裏面のカソード電極５１５からは、活性層導波路５３１ａにキャリアが注入され、その結果、活性層中で光子が生成される。この光子が活性層導波路５３１ａを伝搬することによりレーザ光に変換される。
【００７９】
位相調整領域５３３は利得領域５３１の外側、正確には利得領域５３１と第１ＳＧ−ＤＢＲ領域５３５との間に位置する。この位相調整領域５３３は第１ＳＧ−ＤＢＲ領域５３５からの導波路５３５ａの一部と、コンタクト層５３３ｃとアノード電極５３３ｄを含む。導波路５３５ａはそのバンドギャップ波長が活性層導波路５３１ａのバンドギャップ波長よりも短い材料、すなわち、禁制帯幅が活性層導波路５３１ａの禁制帯幅より広い材料で構成されている。これは、導波路５３５ａは、利得領域５３１で生成された光に対して実質的に透明であることを意味する。位相調整領域５３３の全長は２００μｍであり、フォトルミネッセンスにおけるピーク波長が１３５０ｎｍで厚さ０．３５μｍのアンドープＩｎＧａＡｓＰで構成されている。
【００８０】
コンタクト層５３３ｃとアノード電極５３３ｄは、それぞれ利得領域５３１の対応する構造、コンタクト層５３１ｃ及びアノード電極５３１ｄと同一の材料で構成されている。位相調整領域５３３は、導波路中を伝搬する光の位相を調整する機能を有する。具体的には、導波路５３５ａにキャリアをアノード電極５３３ｄとカソード電極５１５から注入すると、導波路５３５ａの屈折率が変化する。これはその導波路５３５ａを伝搬する光の位相も変化することを意味する。この様に、波長可変レーザダイオード３の側波帯抑圧比を向上させることが可能となる。
【００８１】
第１ＳＧ−ＤＢＲ領域５３５は位相調整領域５３３の外側に位置し、他方、第２ＳＧ−ＤＢＲ領域５３７は利得領域５３１の外側に位置する。これら二つのＳＧ−ＤＢＲ領域５３５，５３７はそれぞれ光軸に沿っての長さとして約６００μｍを有する。
【００８２】
第１ＳＧ−ＤＢＲ領域５３５は位相調整領域５３３にまで伸びる導波路５３５ａの一部と、上部クラッド層５１２と、コンタクト層５３５ｃと、アノード電極５３５ｄと、を有し、これら層がこの順で半導体基板５１１上に積み重ねされている。他方、第２ＳＧ−ＤＢＲ領域５３７は、導波路５３７ａと、上部クラッド層５１２と、コンタクト層５３７ｃと、アノード電極５３７ｄと、を有し、この順で半導体基板５１１上に積み重ねられている。
【００８３】
上部クラッド層５１２のうちコンタクト層５３１ｃ〜５３７ｃ、及びアノード電極５３１ｄ〜５３７ｄに覆われていない部分は、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ２）といった絶縁膜５１７に覆われている。この絶縁膜５１７は個々のコンタクト層５３１ｃ〜５３７ｃ間、及びアノード電極５３１ｄ〜５３７ｄ間を確実に電気的に絶縁している。
【００８４】
第１ＳＧ−ＤＢＲ領域５３５及び第２ＳＧ−ＤＢＲ領域５３７の二つのコンタクト層５３５ｃ，５３７ｃと二つのアノード電極５３５ｄ，５３７ｄとはそれぞれ利得領域５３１のコンタクト層５３１ｃとアノード電極５３１ｄと同じ材料で構成されている。
【００８５】
さらに、第１ＳＧ−ＤＢＲ領域５３５と第２ＳＧ−ＤＢＲ領域５３７において、それぞれの導波路５３５ａ，５３７ａと上部クラッド層５１２との間の境界に標本化格子（ＳＧ）を含んでいる。標本化格子は、複数の格子領域と複数のスペース領域とが光軸に沿って交互に配置されている構造を指す。この構造により標本化格子は周期的な反射スペクトルを示す。
【００８６】
二つのＳＧ−ＤＢＲ領域５３５，５３７は波長可変レーザダイオード３Ａの出射光波長を調整することができる。具体的には、二つのＳＧ−ＤＢＲ領域５３５，５３７は利得領域５３１で生成された光子に対して共振器を構成し、その周期的な反射スペクトルがそこに注入されたキャリアに影響される。各ＳＧ−ＤＢＲ領域５３５，５３７の反射スペクトルの周期が僅かに異なる値に設定されており、レーザ発振は、二つのＳＧ−ＤＢＲ領域５３５，５３７の反射スペクトルのピークが一致した波長で生ずる。言い換えると、注入するキャリアを変化させると、目標とする波長で波長可変レーザダイオード３Ａを発振させることが可能となる。
【００８７】
図１３は波長固定レーザ１Ｅの出射光波長を制御する機能ブロック図である。図１３は同様の機能ブロック図である図３に変更を加えたものである。既述の機能ブロックは温度を変えることで波長可変レーザダイオードの出射光波長を変更する点に主眼を置いていた。が、本例の波長可変レーザダイオード３Ａはバイアス条件を変更することで出射光波長を可変とするため、ＭＣＵ１２１はまずＴＥＣ２に予め決められたバイアス信号Ｖ２を設定し、波長可変レーザダイオード３Ａの動作中はこのバイアスを維持する。
【００８８】
次いで、バイアス信号Ｖ３１〜Ｖ３７を所定の条件にセットし、出射光波長をグリッド波長の一つに大まかに一致させる。このグリッド波長の一つを以後目標波長と呼ぶ。バイアス信号Ｖ３１〜Ｖ３７は波長固定レーザ１Ｅの実際の運用の前に予め測定しておき、たとえばＭＣＵ１２１中のメモリにルックアップテーブルとして保持しておく。この工程では、ＳＯＡ７へのバイアス信号Ｖ７と光変調器９に与えるバイアス信号Ｖ９は、光変調器９の出力端１Ｐから光が出射されない条件に設定するのが好ましい。この操作が終了した段階で、出射光波長は目標波長におおよそ一致しているが、正確に一致している保障はない。従い、ＭＣＵ１２１は次いで、第１ＰＤ６１の出力をモニタし、このモニタ値から計算される第１リングフィルタ５１Ｆの透過率を設計透過率と比較することによって、出射光波長の精密制御を行う。そして、ＭＣＵ１２１はバイアス信号Ｖ３３〜Ｖ３７を調整して、モニタ値から計算される第１リングフィルタ５１Ｆの透過率を設計値に一致させる。
【００８９】
次いで、ＭＣＵ１２１は第２ＰＤ６２の出力を元に出射光波長を確認する。すなわち、第２リングフィルタ５２Ｆも周期的な透過スペクトルを示すがその周期は第１リングフィルタ５１Ｆの周期とは異なっている。その場合、第２リングフィルタ５２Ｆの目標波長における透過率は単調増加あるいは単調減少の特性を示すので、ＭＣＵ１２１は第１ＰＤ６１の出力から計算される第１リングフィルタ５１Ｆの透過率が目標とする透過率に一致している場合であっても、現在の出射光波長が目標波長に一致しているか否かを判断できることになる。
【００９０】
出射光波長が目標波長とは異なる波長に設定されている場合、ＭＣＵ１２１はバイアス信号Ｖ３３〜Ｖ３７を調整して、第２リングフィルタ５２Ｆの透過率を設計値に一致させる。この様に、波長可変レーザダイオード３Ａの出射光波長が目標波長に精密に一致する。この調整後にＭＣＵ１２１は他のバイアス信号Ｖ７，Ｖ９をそれぞれの初期条件に設定する。ＳＯＡ７に印加するバイアス信号Ｖ７は波長固定レーザ１Ｅの出力を調整し、他方、光変調器９に印加されるバイアス信号Ｖ９は最適値に設定される。
【００９１】
［第６実施形態］
本例の波長可変レーザダイオードの構造は図１１に示すものに限定されない。図１４はさらに他の構造を有する波長可変レーザダイオード３Ｂの断面図である。この波長固定レーザダイオード３Ｂは、標本化回折格子分布帰還構造（Sampled Grating Distributed FeedBack：ＳＧ−ＤＢＲ）を有する利得領域６３１と、チャープＳＧ−ＤＢＲ（ＣＳＧ−ＤＢＲ）領域６３５と、を備える。具体的にはＳＧ−ＤＢＲ領域６３１は半導体基板６１１上に、下部クラッド層６３１ｅと、活性層６３１ａと、上部クラッド層６３１ｂと、コンタクト層６３１ｃと、アノード電極６３１ｄと、を有する。さらに、複数の回折格子領域６３１Ａと複数のスぺース領域６３１Ｂとが光軸に沿って交互に配置されている。一つの回折格子領域６３１Ａと、この領域に連続する一つのスペース領域６３１Ｂとで一つのセグメントを構成し、ＳＧ−ＤＦＢ領域６３１には複数のセグメントが存在する。下部クラッド層６３１ｅとは異なる材料で形成された回折格子領域６３１Ａの回折格子はこの下部クラッド層６３１ｅ中に埋められている。下部クラッド層６３１ｅがＩｎＰで形成されている場合に、回折格子は例えばＧａ０．２２Ｉｎ０．７８Ａｓ０．４７Ｐ０．５３とすることができる。
【００９２】
他方、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域６３５は、半導体基板６１１上に、下部クラッド層６３１ｅ、導波路層６３５ａ、上部クラッド層６３１ｂ、絶縁膜６３５ｃ、及び複数のヒータ６３５Ａｈ〜６３５Ｃｈを有している。導波路層６３５ａの材料はＧａ０．２２Ｉｎ０．７８Ａｓ０．４７Ｐ０．５３であり、これはＳＧ−ＤＦＢ領域６３１の活性層６３１ａを構成する材料に対し、そのバンドギャップ波長が短い（すなわち禁制帯幅が広い）材料である。導波路層６３５ａはＳＧ−ＤＦＢ領域６３１で生成された光に対して実質的に透明である。それぞれのヒータ６３５Ａｈ〜６３５Ｃｈは電極６３５Ａｅ〜６３５Ｃｅを有している。ＳＧ−ＤＦＢ領域の下部クラッド層６３１ｅと上部クラッド層６３１ｂは、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域６３５にまで広がっている。すなわち、下部クラッド層６３１ｅ及び上部クラッド層６３１ｂは、ＳＧ−ＤＦＢ領域６３１及びＣＳＧ−ＤＢＲ領域６３５で共通である。ＣＳＧ−ＤＢＲ領域６３５は三つのブロック６３５Ａ〜６３５Ｃに分割される。それぞれのブロックは複数のセグメントから構成され、各セグメントはＳＧ−ＤＦＢ領域６３１と同様に回折格子領域６３１Ａとこれに隣接するスペース領域６３１Ｂで構成される。ただし、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域６３５のセグメントの特徴として、少なくともそのうちの一のセグメントのスペース領域６３１Ｂの光学長が他のセグメントと異なっている点、及びそれぞれのブロック６３５Ａ〜６３５Ｃがモノリシックに形成されたヒータ６３５Ａｈ〜６３５Ｃｈを備えている点がある。
【００９３】
一方、既述した様に、ＳＧ−ＤＦＢ領域６３１のセグメントは全て同一光学長を有している。そのため、ＳＧ−ＤＦＢ領域６３１は一定の間隔を有する複数の利得ピーク特性を示し、他方、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域６３５には三つのブロック６３５Ａ〜６３５Ｃが存在し、少なくともそのうちの一つのブロックのスペース領域６３１Ｂが当該領域に固有の光学長を有している。この光学長はヒータ６３５Ａｈ〜６３５Ｃｈで制御される温度を変更することで変えることができる。その結果、ＳＧ−ＤＦＢ領域６３１に依拠するある一つの利得ピークの波長がＣＳＧ−ＤＢＲ領域６３５に依拠するある一つの反射ピークの波長に一致するという厳密な条件を満足する波長でレーザ発振が誘起される。さらに、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域６３５の反射ピークは各ブロック６３５Ａ〜６３５Ｃの温度を調整し、そのうちの一つのブロックが波長決定に支配的となる様に調整することができる。このことは、出射光波長を微細に調整することを可能とするばかりでなく、波長可変領域を拡大できることとなる。
【００９４】
波長可変レーザダイオード３Ｂはさらに光吸収領域６３９を、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域６３５を挟んでＳＧ−ＤＢＲ領域６３１とは反対側に設けている。光吸収領域６３９は、半導体基板６１１上に、下部クラッド層６３１ｅと、光吸収層６３９ａと、上部クラッド層６３１ｂと、コンタクト層６３９ｃと、電極６３９ｄと、を含んでいる。光吸収層６３９ａはＳＧ−ＤＦＢ領域６３１で生成された光を吸収する材料で構成される。好ましくは、そのバンドギャップ波長が波長可変レーザダイオード３Ｂの出射光波長よりも長い波長（等価的に禁制帯幅が狭い）を示す材料で構成される。さらに好ましくは、波長可変レーザダイオード３Ｂの最も長い出射光波長よりもさらに長いバンドギャップ波長を有する材料で構成される。例えば、光吸収層６３９ａはＭＱＷ構造を備えており、井戸層が厚さ５ｎｍのＧａ０．４７Ｉｎ０．５３Ａｓで、障壁層が厚さ１０ｎｍのＧａ０．２８Ｉｎ０．７２Ａｓ０．６１Ｐ０．３９でそれぞれ構成されている。光吸収層６３９ａは、バルクのＧａ０．４６Ｉｎ０．５４Ａｓ０．９８Ｐ０．０２とすることもできる。本例の光吸収層６３９ａは、ＳＧ−ＤＦＢ領域６３１の活性層６３１ａと同様の構成を採用している。光吸収領域６３９はＳＧ−ＤＦＢ領域６３１で生成され、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域６３５を透過した光を吸収する。透過する光の量が増加すると、光吸収領域６３９の端面で反射された光がＳＧ−ＤＦＢ領域６３１に戻り、これは光雑音となって波長可変レーザダイオード３Ｂの特性を劣化させる。電極６３９ｄに印加するバイアス条件を変えると、光吸収領域６３９の吸収特性を大きく変更することができる。波長可変レーザダイオード３Ｂがこの光吸収領域６３９を備えている場合、本発明に係る波長モニタはＳＧ−ＤＦＢ領域６３１（或いは既述の例では利得領域）の前端に光結合する必要がある。
【００９５】
以上、本発明に係る幾つかの実施形態を、発明を分かり易くするために説明した。が、その実施形態について多くの変更、修正が存在することは当業者にとってみれば明らかである。従い、特許請求の範囲の請求項はかかる変更、修正のすべてを包含するものである。
【符号の説明】
【００９６】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ…波長固定レーザ、３，３Ａ，３Ｂ…波長可変レーザダイオード、５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ…波長モニタ、５１Ｆ，１５１Ｆ…第１リングフィルタ（第１光フィルタ）、５２Ｆ，１５２Ｆ…第２リングフィルタ（第２光フィルタ）、２５１Ｆ，３５１Ｆ…第１ＭＺフィルタ（第１光フィルタ）、２５２Ｆ，３５２Ｆ…第２ＭＺフィルタ（第２光フィルタ）。
【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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