(57)【要約】      （修正有）【課題】消費電力を抑制できる波長可変レーザ光源を提供する。【解決手段】複数のレーザダイオード１０のいずれか１つから放出されたレーザ光を２つの半導体光増幅器１８、２０に導く分配器１４と、２つの半導体光増幅器１８、２０の出射光の進行方向に設けられたコリメートレンズ３０と、コリメートレンズ３０の透過光の進行方向に設けられた集光レンズ３４と、集光レンズ３４の結像位置に設けらたファイバアレイ３６と、を備え、コリメートレンズ３０と集光レンズ３４の距離をＬ、２つの半導体光増幅器１８、２０の出射光の進行方向とコリメートレンズ３０の光軸とのなす角をθＬＤ、光軸から２つの半導体光増幅器１８、２０の出力位置までの距離をＸＬＤ、コリメートレンズ３０の焦点距離をｆ１、集光レンズ３４の焦点距離をｆ２としたときに、Ｌはｆ１＋ｆ２＋（ｆ１２ｔａｎθＬＤ）／ＸＬＤで得られる計算値から±３ｍｍの範囲内の値である。【選択図】図１
2016095459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレーザダイオードと、
２つの半導体光増幅器と、
前記複数のレーザダイオードのいずれか１つから放出されたレーザ光を前記２つの半導体光増幅器に導く分配器と、
前記２つの半導体光増幅器の出射光の進行方向に設けられ、前記２つの半導体光増幅器の２つの出力位置の中間に光軸があるコリメートレンズと、
前記コリメートレンズの透過光の進行方向に設けられた集光レンズと、
前記集光レンズの結像位置に設けられ、２つの入力端を有するファイバアレイと、を備え、
前記コリメートレンズと前記集光レンズの距離をＬとし、
前記２つの半導体光増幅器の出射光の進行方向と前記コリメートレンズの光軸とのなす角をθＬＤとし、
前記コリメートレンズの光軸から前記２つの半導体光増幅器の出力位置までの距離をＸＬＤとし、
前記コリメートレンズの焦点距離をｆ１とし、
前記集光レンズの焦点距離をｆ２としたときに、
前記Ｌは、ｆ１＋ｆ２＋（ｆ１２ｔａｎθＬＤ）／ＸＬＤで得られる計算値から３ｍｍを差し引いた最低値と、前記計算値に３ｍｍを加えた最高値の間の値であることを特徴とする波長可変レーザ光源。
【請求項２】
複数のレーザダイオードと、
電極を共有する２つの半導体光増幅器と、
前記複数のレーザダイオードのいずれか１つから放出されたレーザ光を前記２つの半導体光増幅器に導く分配器と、を備えることを特徴とする波長可変レーザ光源。
【請求項３】
前記２つの半導体光増幅器の長さが異なることを特徴とする請求項１又は２に記載の波長可変レーザ光源。
【請求項４】
前記２つの半導体光増幅器は、モノリシックに形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の波長可変レーザ光源。
【請求項５】
前記複数のレーザダイオードは、複数のＤＦＢ−ＬＤで構成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の波長可変レーザ光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばデジタルコヒーレント光通信システムなどに用いられる波長可変レーザ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の通信需要の飛躍的な増加に伴い、波長が異なる複数の信号光を多重化することによって１本の光ファイバで大容量伝送を可能とする波長分割多重通信システムが実現されている。波長分割多重通信システムに用いられる光源としては、少なくとも３０〜４０ｄＢ以上の高いサイドモード抑圧比（SMSR:Side Mode Suppression Ratio）が得られる単一モードのＬＤ（Laser Diode）（以下、単一モードＬＤ）が好適である。単一モードＬＤとしては、ＤＦＢ−ＬＤ又はＤＢＲ−ＬＤ等がある。また、波長分割多重通信システムを実現するためには、全波長帯域をカバーする波長可変レーザ光源が必要となる。そのような波長可変レーザ光源を実現するために、同一基板上に複数のＬＤ光源をモノリシック集積することがある。
【０００３】
特許文献１には、複数のＤＦＢ−ＬＤの出力側がＭＭＩ型（Multi Mode Interference型）の光合流器（分配器）に接続された波長可変レーザ光源が開示されている。通信方式としては、非特許文献１に開示されるデジタルコヒーレント光通信が主流となっている。デジタルコヒーレント光通信においては、光源として送信光のほかに、受信側で検波に使用する局発参照光が必要となり、１つの光送受信器が２つの光源を搭載することとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２５８３６８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】L.E.Nelson, et al.,“Performance of a 46-Gbps Dual-Polarization QPSK Transceiver With Real-Time Coherent Equalization Over High PMD Fiber” IEEE JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 27, NO.3, FEBRUARY 1, 2009.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の波長可変レーザ光源では消費電力が高い問題があった。特に、レーザ光のファイバアレイに対する光結合効率が低い場合、送信光と局発参照光の２つの光源が必要な場合、又は２本の半導体光増幅器を別々の電源で駆動させる場合には消費電力が嵩む問題があった。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、消費電力を抑制できる波長可変レーザ光源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願の発明に係る波長可変レーザ光源は、複数のレーザダイオードと、２つの半導体光増幅器と、該複数のレーザダイオードのいずれか１つから放出されたレーザ光を該２つの半導体光増幅器に導く分配器と、該２つの半導体光増幅器の出射光の進行方向に設けられ、該２つの半導体光増幅器の２つの出力位置の中間に光軸があるコリメートレンズと、該コリメートレンズの透過光の進行方向に設けられた集光レンズと、該集光レンズの結像位置に設けられ、２つの入力端を有するファイバアレイと、を備え、該コリメートレンズと該集光レンズの距離をＬとし、該２つの半導体光増幅器の出射光の進行方向と該コリメートレンズの光軸とのなす角をθＬＤとし、該コリメートレンズの光軸から該２つの半導体光増幅器の出力位置までの距離をＸＬＤとし、該コリメートレンズの焦点距離をｆ１とし、該集光レンズの焦点距離をｆ２としたときに、該Ｌは、ｆ１＋ｆ２＋（ｆ１２ｔａｎθＬＤ）／ＸＬＤで得られる計算値から３ｍｍを差し引いた最低値と、該計算値に３ｍｍを加えた最高値の間の値であることを特徴とする。
【０００９】
本願の発明に係る他の波長可変レーザ光源は、複数のレーザダイオードと、電極を共有する２つの半導体光増幅器と、該複数のレーザダイオードのいずれか１つから放出されたレーザ光を該２つの半導体光増幅器に導く分配器と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の波長可変レーザ光源によれば、コリメートレンズと集光レンズの距離を調整したり、２つの半導体光増幅器のアノード電極を共通化したりすることで消費電力を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る波長可変レーザ光源の平面図である。
【図２】波長可変レーザ光源の一部拡大図である。
【図３】波長可変レーザ光源の一部拡大図である。
【図４】実施の形態１の波長可変レーザ光源における、θＬＤと結合効率が最大となるＬとの関係を示すグラフである。
【図５】実施の形態２に係る波長可変レーザ光源の一部平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態に係る波長可変レーザ光源について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る波長可変レーザ光源の平面図である。この波長可変レーザ光源は発振波長の異なる複数のレーザダイオード１０を備えている。複数のレーザダイオード１０は例えば１６本のＤＦＢ−ＬＤ（Distributed feedback Lase Diode）で構成されている。複数のレーザダイオード１０の出力には導波路１２が接続されている。導波路１２の出力側には分配器１４が接続されている。分配器１４の出力側には半導体光増幅器（ＳＯＡ:Semiconductor Optical Amplifier）１８、２０が接続されている。２つの半導体光増幅器１８、２０はモノリシックに形成されている。すなわち、１枚の基板２２に２つの半導体光増幅器１８、２０が形成されている。
【００１４】
複数のレーザダイオード１０、導波路１２、分配器１４、及び半導体光増幅器１８、２０は、ＩｎＰで形成された基板２２にモノリシック集積されている。半導体光増幅器１８、２０は、共通のアノード電極２４を備えている。
【００１５】
前述した分配器１４は、複数のレーザダイオード１０のいずれか１つから放出されたレーザ光を２つの半導体光増幅器１８、２０に導くＭＭＩ（多モード干渉導波路）で構成されている。
【００１６】
アノード電極２４には、電線２６を介して電源２８が接続されている。この電源２８から２つの半導体光増幅器１８、２０に電流が供給され、半導体光増幅器１８、２０のレーザ光が増幅される。
【００１７】
２つの半導体光増幅器１８、２０の出射光の進行方向にコリメートレンズ３０が設けられている。一点鎖線で示されたコリメートレンズ３０の光軸は、２つの半導体光増幅器１８、２０の２つの出力位置の中間にある。コリメートレンズ３０を通ったレーザ光の進行方向にビームスプリッタ３２がある。ビームスプリッタ３２はレーザ光を透過光と反射光に分離する。ビームスプリッタ３２の反射率は例えば４％である。ビームスプリッタ３２で反射された光は、モニタＰＤ３３に入射する。これにより、半導体光増幅器１８、２０の合計光出力をモニタする。
【００１８】
コリメートレンズ３０の透過光の進行方向に集光レンズ３４が設けられている。集光レンズ３４の結像位置にファイバアレイ３６が設けられている。ファイバアレイ３６は２つの入力端３６ａ、３６ｂを有している。入力端３６ａ、３６ｂはそれぞれファイバ３６Ａ、３６Ｂの先端である。入力端３６ａと入力端３６ｂの距離は例えば１２５μｍである。
【００１９】
図２は、波長可変レーザ光源の一部拡大図である。基板２２からの２つの出射光の進行方向は矢印で示されている。２つの出射光は基板２２の端面に対して斜めに出射する。半導体光増幅器１８、２０の出射光の進行方向と、一点鎖線で示されたコリメートレンズ３０の光軸とのなす角をθＬＤとする。θＬＤは例えば２０°である。なお、２つの出射光の進行方向はコリメートレンズ３０の光軸を対称軸としてほぼ線対称である。
【００２０】
コリメートレンズ３０の光軸（一点鎖線）から半導体光増幅器１８の出力位置２４ａまでの距離はＸＬＤである。コリメートレンズ３０の光軸（一点鎖線）から半導体光増幅器２０の出力位置２４ｂまでの距離もＸＬＤである。ＸＬＤは例えば１９μｍである。
【００２１】
図３は、波長可変レーザ光源の一部拡大図である。コリメートレンズ３０と集光レンズ３４の距離はＬである。コリメートレンズ３０の焦点距離をｆ１、集光レンズ３４の焦点距離をｆ２とする。ｆ１は例えば０．７ｍｍであり、ｆ２は例えば２．３ｍｍである。Ｌの値は、ｆ１＋ｆ２＋（ｆ１２ｔａｎθＬＤ）／ＸＬＤで得られる計算値と一致させた。具体的には、ｆ１が０．７ｍｍであり、ｆ２が２．３ｍｍであり、θＬＤが２０°であり、ＸＬＤが１９μｍとすると、Ｌは１２．４ｍｍである。
【００２２】
図１を参照しつつ、実施の形態１に係る波長可変レーザ光源の動作について説明する。複数のレーザダイオード１０のうちの任意の１つのレーザダイオード１０に閾値電流以上の電流を注入するとそのレーザダイオードにレーザ発振が生じレーザ光が出力される。このレーザ光は導波路１２を経由して分配器１４の多モード領域に入力される。分配器１４に入射したレーザ光は、半導体光増幅器１８と半導体光増幅器２０に概ね等しい割合で結合される。なお、分配器１４のこの機能は全波長帯域において確保されている。
【００２３】
アノード電極２４に接続された電源２８から半導体光増幅器１８、２０に電流注入することで、半導体光増幅器１８、２０に入射したレーザ光が増幅される。半導体光増幅器１８、２０の単位長さ当たりの飽和出力は、半導体光増幅器１８、２０の電流密度によって決まる。
【００２４】
ここからは、図３を参照して説明する。半導体光増幅器１８、２０で増幅された光は出力位置２４ａ、２４ｂから±２０°の開き角で出射する。レーザ光はコリメートレンズ３０にて２本のコリメート光束となり、その９６％の光がビームスプリッタ３２を透過して透過光になると共に、その４％の光がビームスプリッタ３２に反射されて反射光となる。透過光は、集光レンズ３４にて集光され、ファイバアレイの２つのコア（入力端３６ａ、３６ｂ）へ入射する。
【００２５】
レンズ光学系の倍率（ｆ２／ｆ１）は３．２９倍であり、３８μｍの間隔がある出力位置２４ａ、２４ｂから出射したレーザ光を１２５μｍの間隔を設けて配置された入力端３６ａ、３６ｂに結像させることができる。
【００２６】
レーザ光のコリメートレンズ３０の光軸（一点鎖線）に対する角度は、レンズを透過する間に変化を繰り返す。ファイバアレイのコア（入力端３６ａ、３６ｂ）への入射直前のレーザ光の進行方向と、コリメートレンズ３０の光軸とのなす角はθｆである。ファイバアレイのシングルモードコアに対する結合効率ηcは、ｅｘｐ（−θｆ２）に比例する。従って、θf＝０°にて結合効率が最大となる。幾何光学的には、なす角θfは、コリメートレンズ３０と集光レンズ３４との間隔Ｌの関数である。そして、Ｌがｆ１＋ｆ２＋（ｆ１２ｔａｎθＬＤ）／ＸＬＤで得られる値をとるときθfは０°となり結合効率が最大となる。本発明の実施の形態１ではＬをｆ１＋ｆ２＋（ｆ１２ｔａｎθＬＤ）／ＸＬＤで得られる値（１２．４ｍｍ）とすることで、結合効率を最大とすることができる。結合効率が低い場合は高い光パワーが必要であるが、結合効率を高めることで光パワーを弱めることができる。よって、消費電力を抑制できる。
【００２７】
図４は、実施の形態１の波長可変レーザ光源における、θＬＤと、結合効率が最大となるＬとの関係を示すグラフである。実施の形態１ではθＬＤを２０°としたので、結合効率が最大となるＬは１２．４ｍｍである。しかしながら、θＬＤの値を適宜変化させて、そのθＬＤに対応するＬを選択することで結合効率を最大にできる。なお、基板２２の端面での反射光が複数のレーザダイオード１０にまで戻り線幅増大をおこさないようθＬＤは２０°以上とすることが好ましい。
【００２８】
１つの基板２２に半導体光増幅器１８、２０をモノリシック集積しているので、半導体光増幅器１８、２０を構成する半導体の物性を均等にすることができる。したがって、半導体光増幅器１８、２０のＩ−Ｖ特性を一致させることができる。また、２つの半導体光増幅器１８、２０は、１つのアノード電極２４を共有している。したがって、単一の電源２８によって半導体光増幅器１８、２０を並列駆動することができるので、別々の電源で半導体光増幅器１８、２０を制御する場合と比べて電源回路の規模を半減させることができる。電源回路規模を小さくすることで、それを制御する制御回路も小さくなるので消費電力を抑制できる。より詳しく言えば、Ｄ/Ａコンバータ又はＡ/Ｄコンバータの使用数を半減させることができ、マイコン又はファームウエアの規模を縮小できる。
【００２９】
本発明の実施の形態１では、Ｌはｆ１＋ｆ２＋（ｆ１２ｔａｎθＬＤ）／ＸＬＤで得られる計算値と一致させたが本発明はこれに限定されない。Ｌを、ｆ１＋ｆ２＋（ｆ１２ｔａｎθＬＤ）／ＸＬＤで得られる計算値から３ｍｍを差し引いた最低値と、この計算値に３ｍｍを加えた最高値の間の値とした場合でも、十分な消費電力抑制効果を得ることができる。なお、図４から分かるように、Ｌの誤差を±３ｍｍ許容することは、θＬＤの誤差を±５°程度許容することと等価である。
【００３０】
本発明の実施の形態１に係る波長可変レーザ光源はその特徴を失わない範囲で様々な変形が可能である。例えば、複数のレーザダイオード１０はＤＦＢ−ＬＤ以外のレーザダイオードで構成してもよい。また、Ｌの値を上述の計算値に一致させる光学系に関する特徴と、２つの半導体光増幅器１８、２０のアノード電極を共有とする電源系に関する特徴のいずれか一方を採用してもよい。なお、これらの変形は以下の実施の形態に係る波長可変レーザ光源にも適宜応用できる。
【００３１】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る波長可変レーザ光源は、実施の形態１の波長可変レーザ光源との共通点が多いので実施の形態１との相違点を中心に説明する。図５は、実施の形態２に係る波長可変レーザ光源の一部平面図である。この波長可変レーザ光源は、半導体光増幅器１８と、半導体光増幅器１８よりも短く形成された半導体光増幅器２０ａを備えている。すなわち、２つの半導体光増幅器１８、２０ａの長さが異なっている。分配器１４と半導体光増幅器２０aの間には、これらを低損失に接続する透明導波路６０が設けられている。
【００３２】
半導体光増幅器２０ａは半導体光増幅器１８よりも短い。そのため、共通の電源２８でこれらを駆動すると、半導体光増幅器２０ａの出力は半導体光増幅器１８の出力よりも低くなる。半導体光増幅器２０ａの出力と半導体光増幅器１８の出力の比率は、半導体光増幅器２０ａと半導体光増幅器１８の長さの差に応じて決まる。
【００３３】
ところで、デジタルコヒーレント光通信システム用の送受信装置では送信光と局発参照光が必要である。消費電力を低下させるためには、局発参照光の光パワーは送信光の光パワーよりも低くすることが好ましい。
【００３４】
そこで、本発明の実施の形態２では、半導体光増幅器１８により送信光を増幅し、半導体光増幅器１８よりも短い半導体光増幅器２０ａで局発参照光を増幅する。そのため、局発参照光の光パワーを送信光の光パワーよりも小さくして消費電力を抑制できる。このように、半導体光増幅器２０ａの長さを調整することで、システムの要求に合わせて出力比率を任意の値に設定することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１０  レーザダイオード、  １２  導波路、  １４  分配器、  １８  半導体光増幅器、  ２０，２０ａ  半導体光増幅器、  ２２  基板、  ２４  アノード電極、  ２４ａ，２４ｂ  出力位置、  ２６  電線、  ２８  電源、  ３０  コリメートレンズ、  ３４  集光レンズ、  ３６  ファイバアレイ、  ６０  透明導波路
【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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