(57)【要約】【課題】製造が容易で、全光波長スペクトルにわたって、狭い線幅を可能にする、広範囲に調整可能なレーザを提供する。【解決手段】マルチチャネル波長可変レーザは、周波数選択性光マルチプレクサと、複数のチャネル経路と、複数の光学的調整器とを備える。周波数選択性光マルチプレクサは、光を送受信するための複数のチャネル端末と、各チャネル導波路ブロックが少なくとも1つの反射型で終端されたチャネル導波路を含む、複数のチャネル導波路ブロックと、複数のチャネル端末を複数のチャネル導波路ブロックに光学的に結合する光学的結合要素であって、複数のチャネル導波路ブロックのチャネル導波路の各々が異なる長さを有する、光学的結合要素とを備える。各チャネル経路は、各チャネル端末に結合され、利得要素、位相要素、および反射要素を含む。各光学的調整器は、各チャネル導波路ブロックのチャネル導波路を調整するように構成される。【選択図】図１
2016111361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数選択性光マルチプレクサと、
複数のチャネル経路と、
複数の光学的調整器と
を備え、
前記周波数選択性光マルチプレクサは、
光を送受信するための複数のチャネル端末と、
複数のチャネル導波路ブロックであって、各チャネル導波路ブロックが少なくとも1つの反射型で終端されたチャネル導波路を備える、複数のチャネル導波路ブロックと、
前記複数のチャネル端末を前記複数のチャネル導波路ブロックに光学的に結合する光学的結合要素であって、前記複数のチャネル導波路ブロックの前記チャネル導波路の各々が異なる長さを有する、光学的結合要素と
を備え、
各チャネル経路は、前記複数のチャネル端末のそれぞれのチャネル端末に結合され、利得要素、位相要素、および反射要素を含み、
前記複数の光学的調整器の各々は、前記複数のチャネル導波路ブロックのそれぞれのチャネル導波路ブロックの前記チャネル導波路を調整するように構成される、マルチチャネル波長可変レーザ。
【請求項２】
前記周波数選択性光マルチプレクサが、アレイ導波路格子マルチプレクサの半分の区画を含む、請求項1に記載のマルチチャネル波長可変レーザ。
【請求項３】
前記少なくとも1つの反射型で終端されたチャネル導波路の反射型終端が、前記光学的結合要素の外側にある、請求項1または2に記載のマルチチャネル波長可変レーザ。
【請求項４】
前記少なくとも1つの反射型で終端されたチャネル導波路の反射型終端が、反射コーティング、広帯域格子、および鏡のうちの1つを含む、請求項1から3のいずれか一項に記載のマルチチャネル波長可変レーザ。
【請求項５】
前記複数の光学的調整器が、
熱的調整と、
電流注入と、
電圧と、
圧力と
のうちの少なくとも1つに基づいて、前記チャネル導波路の屈折率を変更するように構成される、請求項1から4のいずれか一項に記載のマルチチャネル波長可変レーザ。
【請求項６】
前記複数の光学的調整器が、独立して調整可能である、請求項1から5のいずれか一項に記載のマルチチャネル波長可変レーザ。
【請求項７】
前記光学的結合要素が、自由伝播領域を含み、
前記自由伝播領域中では、前記複数のチャネル導波路ブロックを通って進む光線が強め合ったり弱め合ったりするように干渉する、請求項1から6のいずれか一項に記載のマルチチャネル波長可変レーザ。
【請求項８】
前記複数の光学的調整器のうちの少なくとも1つによって調整される光線が、前記複数の光学的調整器のうちの別の1つによって調整される光線と干渉することなく、前記自由伝播領域を通って伝播するように、前記自由伝播領域が設計される、請求項7に記載のマルチチャネル波長可変レーザ。
【請求項９】
前記光学的結合要素が、マルチスターカプラを含む、請求項1から8のいずれか一項に記載のマルチチャネル波長可変レーザ。
【請求項１０】
前記マルチスターカプラが、前記チャネル導波路のそれぞれの部分を、前記複数のチャネル端末のそれぞれのチャネル端末に結合するように設計される、請求項9に記載のマルチチャネル波長可変レーザ。
【請求項１１】
前記マルチスターカプラが、ローランド円に基づいて設計される、請求項9または10に記載のマルチチャネル波長可変レーザ。
【請求項１２】
前記複数のチャネル端末の様々なチャネル端末を通って伝播する光線が干渉しないように、前記ローランド円の角度が設計される、請求項11に記載のマルチチャネル波長可変レーザ。
【請求項１３】
前記光学的調整器が、
前記複数のチャネル経路の各々で単一周波数の光を生成するよう、前記チャネル導波路を調整するように、または
前記複数のチャネル経路の各々で完全に予め定められた範囲の周波数の光を生成するよう、前記チャネル導波路を調整するように
構成される、請求項1から12のいずれか一項に記載のマルチチャネル波長可変レーザ。
【請求項１４】
前記光学的調整器が、前記複数のチャネル経路の各々で、異なる単一周波数を生成するよう、または同一の単一周波数を生成するよう、前記チャネル導波路を調整するように構成される、請求項13に記載のマルチチャネル波長可変レーザ。
【請求項１５】
レーザ光のマルチチャネル調整のための方法であって、
周波数選択性光マルチプレクサの複数のチャネル端末により、光線を送受信するステップと、
複数の光学的調整器により、複数のチャネル導波路ブロックのそれぞれのチャネル導波路ブロックのチャネル導波路を調整するステップと
を有し、
各チャネル端末は、複数のチャネル経路のそれぞれのチャネル経路に結合され、
各チャネル経路は、利得要素、位相要素、および反射要素を含み、
前記周波数選択性光マルチプレクサは、
前記複数のチャネル導波路ブロックと、
前記複数のチャネル端末を前記複数のチャネル導波路ブロックに光学的に結合する光学的結合要素と
を備え、
各チャネル導波路ブロックは、少なくとも1つの反射型で終端されたチャネル導波路を備え、
前記複数のチャネル導波路ブロックの前記チャネル導波路の各々は、異なる長さを有し、
前記複数の光学的調整器の各々は、前記複数のチャネル導波路ブロックのそれぞれのチャネル導波路ブロックに結合される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、マルチチャネル波長可変レーザに関し、詳細には、複数の光チャネルを調整するため、半分のアレイ導波路格子(Arrayed Waveguide Grating，AWG)を使用する、広範囲に調整可能なマルチチャネルレーザ、およびレーザ光のマルチチャネル調整のための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長アジャイル単一周波数レーザダイオードは、様々な通信用途で重要な構成要素と見なされている。そのようなレーザダイオードは、固定波長送信機のバックアップとして使用することができる。多数の光波長チャネル上で動作する、波長分割多重(Wavelength Division Multiplexing，WDM)通信システムでは、多数の固定波長送信機が予備として保持されなければならず、このことが、高い追加費用を生み出す。しかし、利用可能な光チャネルのいずれかで動作することが可能な、広範囲に調整可能なレーザでは、費用を著しく削減することができる。調整可能なレーザは、光通信にとって、実現化のキー構成要素になっている。調整可能なレーザは、パケット交換、波長変換、および光変調などの機能性のために使用し、それによって、光ネットワークをよりフレキシブルにすることができる。これらの用途以外に、調整可能なレーザまたはレーザダイオードは、検知用途ならびにファイバブラッググレーティング(Fiber Bragg Grating，FBG)ベースのセンサデバイスのための、魅力的な光源でもある。
【０００３】
通信では、調整可能なレーザ、特に、デバイスの全波長範囲にわたって狭い線幅を維持することを可能にする調整のために最適化された、一体型でマルチチャネルの広範囲に調整可能な(すなわち、フルCバンド)レーザに対するニーズがある。現在の業界の企業は、調整可能なレーザを実現するために、例えば、電子線露光、分布スーパーモード分布ブラッグ反射(Distributed Supermode Distributed Bragg Reflection，DSDBR)、または複数の半導体光増幅器(Semiconductor Optical Amplifiers，SOA)の使用などといった、異なる方法を使用する。現在利用可能な、調整可能なレーザは、要求が厳しいプロセスを有し、または広い面積を占める。両方とも、チップスペースの浪費、または製造プロセスの複雑さに起因する、高い費用をもたらす。
【０００４】
製造が容易なマルチチャネル波長可変レーザ、特に、小さいチップスペースしか必要とせず、チップ製造プロセスで容易に製造することができる、マルチチャネル波長可変レーザを提供するニーズがある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
製造が容易であり、全光波長スペクトルにわたって、狭い線幅を可能にする、広範囲に調整可能なレーザを提供することが本発明の目的である。
【０００６】
この目的は、独立請求項の特徴によって達成される。さらなる実施形態は、従属請求項、説明、および図面から明らかである。
【０００７】
本発明を詳細に記載するために、以下の用語、略語、および表記法が使用される。
AWG: Arrayed Waveguide Grating、アレイ導波路格子
FBG: Fiber Bragg Grating、ファイバブラッググレーティング
DSDBR: Distributed Supermode Distributed Bragg Reflection、分布スーパーモード分布ブラッグ反射
SOA: Semiconductor Optical Amplifier、半導体光増幅器
Cバンド: 1つの特定の通信窓として標準化された、1530nmと1565nmとの間の波長範囲
【０００８】
第1の態様によれば、本発明は、マルチチャネル波長可変レーザに関し、マルチチャネル波長可変レーザは、周波数選択性光マルチプレクサと、複数のチャネル経路と、複数の光学的調整器とを備える。周波数選択性光マルチプレクサは、光を送受信するための複数のチャネル端末と、複数のチャネル導波路ブロックであって、各チャネル導波路ブロックが少なくとも1つの反射型で終端されたチャネル導波路を備える、複数のチャネル導波路ブロックと、複数のチャネル端末を複数のチャネル導波路ブロックに光学的に結合する光学的結合要素であって、複数のチャネル導波路ブロックのチャネル導波路の各々が異なる長さを有する、光学的結合要素とを備える。各チャネル経路は、複数のチャネル端末のそれぞれのチャネル端末に結合され、利得要素、位相要素、および反射要素を含む。複数の光学的調整器の各々は、複数のチャネル導波路ブロックのそれぞれのチャネル導波路ブロックのチャネル導波路を調整するように構成される。
【０００９】
そのようなマルチチャネル波長可変レーザは、光線がチャネル導波路の少なくとも1つのブロックを通って進むことによって様々なレーザ発振モードを可能にするので、幅広い調整を可能にする。光マルチプレクサは、周波数選択性であり、各々が異なる長さを有するチャネル導波路の構造によって、複数のチャネルについて、全光波長スペクトルにわたって、狭い線幅のレーザ発振モードが可能になる。チャネル導波路のブロックは、チャネル導波路を通って進む光線を反射するために反射型で終端され、光学的結合要素に結合されて、様々な波長が重畳されて様々な光チャネルのレーザ発振モードを生成するので、アレイ導波路格子に基づく従来型(単一チャネル)の調整可能なレーザと比較して、チャネル導波路の長さを減らすことができる。
【００１０】
第1の態様によるマルチチャネル波長可変レーザの第1の可能な実施形態では、周波数選択性光マルチプレクサは、アレイ導波路格子マルチプレクサの半分の区画を含む。
【００１１】
アレイ導波路格子マルチプレクサの半分の区画を使用することによって、チップスペースを減らすことができ、それによって、調整可能なレーザを簡単かつコスト的に効率的に製造することができる。さらに、光線が半分の距離を通って進むことに起因して、エネルギー損失を減らすことができる。したがって、光増幅器を節約することができる。
【００１２】
第1の態様自体による、または第1の態様の第1の実施形態による、マルチチャネル波長可変レーザの第2の可能な実施形態では、少なくとも1つの反射型で終端されたチャネル導波路の反射型終端は、光学的結合要素の外側にある。
【００１３】
少なくとも1つの反射型で終端されたチャネル導波路の反射型終端が、光学的結合要素の外側にあるとき、反射型終端の製造は、光学的結合要素の製造から分離することができる。このことは、製造公差を改善することができ、より単純な製造をもたらすことができる。
【００１４】
第1の態様自体による、または第1の態様の上記の実施形態のいずれかによる、マルチチャネル波長可変レーザの第3の可能な実施形態では、少なくとも1つの反射型で終端されたチャネル導波路の反射型終端は、反射コーティング、広帯域格子、および鏡のうちの1つを含む。
【００１５】
反射型終端は、多くの反射手段によって実装することができる。したがって、反射型終端の製造は、多くの様々な要件に関して、マルチチャネル波長可変レーザの用途をフレキシブルにする、特定の使用法に適合することができる。
【００１６】
第1の態様自体による、または第1の態様の上記の実施形態のいずれかによる、マルチチャネル波長可変レーザの第4の可能な実施形態では、複数の光学的調整器は、以下のもの、すなわち、熱的調整と、電流注入と、電圧と、圧力とのうちの少なくとも1つに基づいて、チャネル導波路の屈折率を変更するように構成される。
【００１７】
マルチチャネル波長可変レーザの設計は、非常にフレキシブルである。レーザが適用される要件および環境に依存して、光学的調整のための様々な技法を、上に示したように適用することができる。
【００１８】
第1の態様自体による、または第1の態様の上記の実施形態のいずれかによる、マルチチャネル波長可変レーザの第5の可能な実施形態では、複数の光学的調整器は、独立して調整可能である。
【００１９】
複数の光学的調整器が独立して調整可能であるとき、バーニア効果を使用する不連続な調整ならびに全てのキャビティモードにアクセスするスーパーモード間の連続した調整の両方の技法を適用することができ、それによって、高い程度の調整のフレキシビリティを提供することができる。
【００２０】
第1の態様自体による、または第1の態様の上記の実施形態のいずれかによる、マルチチャネル波長可変レーザの第6の可能な実施形態では、光学的結合要素は、複数のチャネル導波路ブロックを通って進む光線が、自由伝播領域中で強め合ったり弱め合ったりするように干渉するように、複数のチャネル端末を複数のチャネル導波路ブロックに結合する自由伝播領域を備える。
【００２１】
そのような自由伝播領域は、光を、チャネル端末から回折させ、自由伝播領域を通って伝播させ、例えば、ガウス分布でチャネル導波路を明るくする。各導波路から回折された光は、自由伝播領域中で、強め合ったり弱め合ったりするように干渉することができる。
【００２２】
第1の態様の第6の実施形態によるマルチチャネル波長可変レーザの第7の可能な実施形態では、自由伝播領域は、複数の光学的調整器のうちの少なくとも1つによって調整される光線が、複数の光学的調整器のうちの別の1つによって調整される光線と干渉することなく、自由伝播領域を通って伝播するように、設計される。
【００２３】
複数の光学的調整器のうちの少なくとも1つによって調整される光線が、複数の光学的調整器のうちの別の1つによって調整される光線と干渉することなく、自由伝播領域を通って伝播するとき、レーザの様々な光チャネルは、光学的調整器によって独立して調整可能である。
【００２４】
第1の態様自体による、または第1の態様の上記の実施形態のいずれかによる、マルチチャネル波長可変レーザの第8の可能な実施形態では、光学的結合要素は、マルチスターカプラを備える。
【００２５】
1つの光学的カプラとして実装される複数の並列スターカプラに対応するそのようなマルチスターカプラは、電力的に効率的な様式で、チャネル導波路のブロックの様々な分岐を通って進む光線を光学的に連結することが可能である。マルチスターカプラの各スターカプラの結合比を選択することによって、最小量の入力電流における最大量の出力電力を、レーザによって提供することができる。
【００２６】
第1の態様の第8の実施形態によるマルチチャネル波長可変レーザの第9の可能な実施形態では、マルチスターカプラは、チャネル導波路のそれぞれの部分を、複数のチャネル端末のそれぞれのチャネル端末に結合するように設計される。
【００２７】
そのようなマルチスターカプラを使用することによって、各光チャネルが光学的カプラの複数のチャネル端末のうちの1つと関連する、複数の独立した光チャネルを実現することができる。
【００２８】
第1の態様の第8の実施形態または第9の実施形態によるマルチチャネル波長可変レーザの第10の可能な実施形態では、マルチスターカプラは、ローランド円に基づいて設計される。
【００２９】
ローランド円は、直径として、凹状の回折格子の曲率半径を有する円である。ローランド円は、ローランド円の円周上の任意の場所にスリットが配置されると、様々な順位のスペクトルが、やはりローランド円の円周の周りに正確に焦点を合わせて形成される特性を有する。したがって、マルチチャネルレーザは、非常に効果的かつ正確に、光チャネルの外で結合することができる。
【００３０】
第1の態様の第10の実施形態によるマルチチャネル波長可変レーザの第11の可能な実施形態では、ローランド円の角度は、複数のチャネル端末の様々なチャネル端末を通って伝播する光線が干渉しないように設計される。
【００３１】
複数のチャネル端末の様々なチャネル端末を通って伝播する光線が干渉しないと、レーザの様々なチャネルは、第2の光学的調整器によって独立して調整可能である。
【００３２】
第1の態様自体による、または第1の態様の上記の実施形態のいずれかによる、マルチチャネル波長可変レーザの第12の可能な実施形態では、光学的調整器は、複数のチャネル経路の各々で単一周波数の光を生成するよう、チャネル導波路を調整するように、またはチャネル経路の各々で完全に予め定められた範囲の周波数の光を生成するよう、チャネル導波路を調整するように構成される。
【００３３】
そのような光学的調整器によって、マルチチャネル波長可変レーザは、単一周波数または全周波数帯の光チャネルを、フレキシブルに生成することができる。
【００３４】
第1の態様の第12の実施形態によるマルチチャネル波長可変レーザの第13の可能な実施形態では、光学的調整器は、複数のチャネル経路の各々で、異なる単一周波数を生成するよう、または同一の単一周波数を生成するよう、チャネル導波路を調整するように構成される。
【００３５】
そのような光学的調整器によって、マルチチャネル波長可変レーザは、各々が異なる単一周波数を有するか、または各々が同一の単一周波数を有する、複数の光チャネルをフレキシブルに生成することができる。
【００３６】
第2の態様によれば、本発明は、レーザ光のマルチチャネル調整のための方法に関し、この方法は、周波数選択性光マルチプレクサの複数のチャネル端末により、光線を送受信するステップと、複数の光学的調整器により、複数のチャネル導波路ブロックのそれぞれのチャネル導波路ブロックのチャネル導波路を調整するステップとを有する。各チャネル端末は、複数のチャネル経路のそれぞれのチャネル経路に結合され、各チャネル経路は、利得要素、位相要素、および反射要素を含み、周波数選択性光マルチプレクサは、複数のチャネル導波路ブロックと、複数のチャネル端末を複数のチャネル導波路ブロックに光学的に結合する光学的結合要素とを備え、各チャネル導波路ブロックは、少なくとも1つの反射型で終端されたチャネル導波路を備え、複数のチャネル導波路ブロックのチャネル導波路の各々は、異なる長さを有し、複数の光学的調整器の各々は、複数のチャネル導波路ブロックのそれぞれのチャネル導波路ブロックに結合される。
【００３７】
そのような方法は、光線がチャネル導波路の少なくとも1つのブロックを通って進むことによって様々なレーザ発振モードを可能にすることができるので、幅広い調整を可能にする。光マルチプレクサは、周波数選択性であり、各々が異なる長さを有するチャネル導波路の構造によって、複数のチャネルについて、全光波長スペクトルにわたって、狭い線幅のレーザ発振モードが可能になる。
【００３８】
第3の態様によれば、本発明は、マルチチャネル波長可変レーザに関し、マルチチャネル波長可変レーザは、高反射率コーティングを有する半分のアレイ導波路格子(AWG)、および、半分のAWGから2つのAWGを生成するように、半分のAWG分岐を熱的に調整する2つの調整要素を使用する。
【００３９】
マルチチャネル波長可変レーザは、高反射率(HR)コーティングを有する半分のアレイ導波路格子、および、半分のAWGから2つのAWGを生成するように、半分のAWG分岐を熱的に調整する調整要素を使用することができる。これらの2つのAWGは、同一のマルチスターカプラまたは他の連結方法を共有してもしなくてもよい。AWGは、レーザにとって外部キャビティとして働き、半分のAWGは、チップの占有面積、製造プロセスの複雑さを減らし、それによって、チップ費用を減らす。受動チャープ格子は、他の構成要素との一体化のための広帯域導波路反射器として働く。他の反射手段が、同一の目的を果たすことができる。
【００４０】
この新規のアーキテクチャは、他の相当する既存の解決策に対して、サイズを半減する。
【００４１】
本発明のさらなる実施形態は、以下の図に関して記載される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】一実施形態による、マルチチャネル波長可変レーザ100のアーキテクチャを図示する概略図である。
【図２】第1の実施形態による、半分のAWGとして形成された、周波数選択性光マルチプレクサ200を図示する概略図である。
【図３】第2の実施形態による、半分のAWGとして形成された、周波数選択性光マルチプレクサ300を図示する概略図である。
【図４】第3の実施形態による、半分のAWGとして形成された、周波数選択性光マルチプレクサ400を図示する概略図である。
【図５】一実施形態による周波数選択性光マルチプレクサの2つの調整可能なコーム中の強め合ったり弱め合ったりする干渉を図示する伝送図500である。
【図６】図5に描かれたスペクトルの強め合ったり弱め合ったりする干渉の結果を図示する伝送図600である。
【図７】一実施形態による、ローランド円に基づく光学的カプラ設計物を含む、マルチチャネル波長可変レーザ700のアーキテクチャを図示する概略図である。
【図８ａ】一実施形態による、各チャネル経路が限られた波長範囲をカバーする、マルチチャネル波長可変レーザ800のアーキテクチャを図示する概略図である。
【図８ｂ】8つのチャネルについて、図8aのマルチチャネル波長可変レーザ800の限られた波長範囲を図示する概略図800bである。
【図８ｃ】図8bに描かれた8つのチャネル中の、スーパーモードの発生を図示する概略図800cである。
【図９ａ】一実施形態による、各チャネル経路が全波長範囲をカバーする、マルチチャネル波長可変レーザ900のアーキテクチャを図示する概略図である。
【図９ｂ】8つのチャネルについて、図9aのマルチチャネル波長可変レーザ900の全波長範囲を図示する概略図である。
【図１０ａ】第1の実施形態による、分岐ごとの単一の周波数のためのローランド円に基づく光学的カプラ設計物1000aを図示する概略図である。
【図１０ｂ】第2の実施形態による、分岐ごとの単一の周波数のためのローランド円に基づく光学的カプラ設計物1000bを図示する概略図である。
【図１１ａ】第1の実施形態による、分岐ごとのCバンド周波数のためのローランド円に基づく光学的カプラ設計物1100aを図示する概略図である。
【図１１ｂ】第2の実施形態による、分岐ごとのCバンド周波数のためのローランド円に基づく光学的カプラ設計物1100bを図示する概略図である。
【図１２】一実施形態による、2つの整合したモード間の強め合う干渉からスーパーモードを生成する調整器を有する、半分のAWGの周波数選択性を図示する概略図1200である。
【図１３】一実施形態による、マルチチャネル波長可変レーザのチャネル導波路の反射型終端として使用される、受動チャープ格子1300を示す図である。
【図１４】一実施形態による、マルチチャネル波長可変レーザの光学的調整器によるスーパーモードの調整を図示する概略図1400である。
【図１５】一実施形態による、マルチチャネル波長可変レーザの光学的調整器による準連続調整を図示する概略図1500である。
【図１６】一実施形態による、マルチチャネル波長可変レーザの光学的調整器による不連続調整を図示する概略図1600である。
【図１７】一実施形態による、マルチチャネル波長可変レーザの光学的調整器によるスーパーモード間の連続調整を図示する概略図1700である。
【図１８】一実施形態による、マルチチャネル波長可変レーザのコーム反射スペクトル中のバーニア効果を図示する概略図1800である。
【図１９ａ】一実施形態による、マルチチャネル波長可変レーザの、第1の光学的調整器を使用することによる粗調整を図示する概略図1900aである。
【図１９ｂ】一実施形態による、マルチチャネル波長可変レーザの、複数の第2の光学的調整器を使用することによる微調整を図示する概略図1900bである。
【図２０】一実施形態による、レーザ光のマルチチャネル調整のための方法2000を図示する概略図である。
【図２１ａ】一実施形態による、複数の単一チャネル波長可変レーザ2101を備える、マルチチャネル波長可変レーザ2100のアーキテクチャを図示する概略図である。
【図２１ｂ】図21aのマルチチャネル波長可変レーザ2100中で使用される1つの単一チャネル波長可変レーザ2101を図示する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下の詳細な記載では、明細書の一部分を形成し、説明のために、本開示を実施することができる特定の態様が示される添付図面への参照がなされる。本開示の範囲から逸脱することなく、他の態様を利用することができること、および構造的または論理的な変更をすることができることが理解されよう。したがって、以下の詳細な記載は、限定的な意味で考えられるべきでなく、本開示の範囲は、添付の請求項により規定される。
【００４４】
記載される方法に関してなされるコメントが、方法を実施するように構成される対応するデバイスまたはシステムについても当てはまること、またその逆も同様であることが理解されよう。例えば、特定の方法ステップが記載される場合、対応するデバイスは、ユニットが明示的に記載されない、または図中に図示されない場合でさえ、記載された方法ステップを実施するためのそのようなユニットを含むことができる。さらに、本明細書に記載される様々な例示的な態様の特徴は、別段の指示がない限り、互いに組み合わせることができることが理解されよう。
【００４５】
本明細書に記載されるデバイスおよび方法は、マルチチャネル波長可変レーザ、およびレーザ発振モードを調整するための方法に基づくことができる。波長可変レーザは、制御された様式でその動作波長を変えることができるレーザである。全てのレーザ利得媒体は、出力波長の小さい偏移が可能であるが、少しのタイプのレーザだけは、かなりの波長範囲にわたる連続調整が可能である。広範囲に調整可能なレーザは、フルCバンドにわたる連続調整が可能である。マルチチャネル波長可変レーザは、複数の光チャネルの調整、特に、複数の独立した光チャネルの調整が可能である。
【００４６】
本明細書に記載の方法およびデバイスは、一体型光学チップを製造するために実装することができる。記載されたデバイスおよびシステムは、集積回路および/または受動素子を含むことができ、様々な技術に従って製造することができる。例えば、回路としては、論理集積回路、アナログ集積回路、混成信号集積回路、光回路、メモリ回路、および/または集積化受動素子が挙げられる。
【００４７】
以下の記載では、(光)導波路を使用する方法およびデバイスが記載される。光導波路は、光学スペクトル中の電磁波を導く物理構造である。普通のタイプの光導波路は、光ファイバおよび矩形の導波路を含む。光導波路は、光導波路の、例えば、平面、縞、またはファイバ導波路といった、幾何形状、例えば単一モードまたはマルチモードといったモード構造、例えば、ステップ状または勾配状屈折率分布といった屈折率分布、および例えばガラス、ポリマ、または半導体といった材料に従って分類することができる。
【００４８】
以下の記載では、光マルチプレクサおよび光デマルチプレクサを使用する方法およびデバイスが記載される。光マルチプレクサは、光マルチプレクサの端末またはチャネル端末とも表される、1つまたは複数の出力ファイバ上に、波長チャネルを多重化する。光デマルチプレクサは、例えばチャネル導波路といったポート上へと、デマルチプレクサの例えば端末といった1つまたは複数の入力ファイバ中で波長を分離する。以下のセクションで記載されるように周波数選択性光マルチプレクサは、光多重化ならびに光多重分離の両方を含む。
【００４９】
以下の詳細な記載では、レーザ構造物を使用する方法およびデバイスが記載される。レーザ構造物は、何らかの中心周波数の周りの帯域にわたる自然放出によって光線を生成し前記光線を導く、両側の活性セクション/領域を備え、活性セクションが光増幅作用を実施し、2つの不活性または受動セクション/領域が反射器として働く。活性セクションは、2つの反射器により境界を画定される。不活性または受動反射セクション/領域に加えて、伝送特性を有するセクションも存在する。
【００５０】
以下の詳細な記載では、反射要素、反射型終端または反射器、および導波路などの伝送特性を有するセクションを使用する方法およびデバイスが記載される。反射器および伝送特性を有するセクションは、通常、共振器と表される。反射および伝送セクションは、通常、共振ピークと表される複数の反射または伝送ピークを有する、反射または伝送特性を有すると、機能的に特徴付けられる。反射または伝送特性は、関連する波長の最大反射または伝送をもたらす、離間した反射または伝送最大点を有する。したがって、共振器特性は、複数のスペクトル共振ピークを有する。共振器特性は、その共振周波数が全て同一の値だけ離間することを意味し、周期性である、規則的であってよく、その共振周波数間に固定した間隔がないことを意味する、不規則的であってもよい。不規則とは、共振周波数のランダムなパターン、または何らかの構造化されたパターンであってよい。そのような特性は、櫛形の反射もしくは伝送スペクトルを呈する標本化格子、またはいわゆる超格子を介して獲得することができる。格子または超格子は、分散型反射器または伝送セクションとしても特徴付けることができる。
【００５１】
以下の詳細な記載では、格子および標本化格子または構造化格子を使用する方法およびデバイスが記載される。標本化格子または構造化格子は、非剥離領域と交番する短い周期の剥離領域を含む、周期的に途切れている短周期構造を有する、導波路システム中の構造として記載することができる。超格子は、各々が一定の長さを有し、すなわち変調周期を形成して、レーザ中の光伝送の方向にそった繰返しユニット領域の各々の中の、回折格子の位置に依存して変化する回折格子の光反射率または伝送を決定する少なくとも1つのパラメータを有する、複数の繰返しユニット領域を有する回折格子を有し、回折格子が少なくとも2つの変調周期だけ延在する、導波路システム中の構造として記載することができる。
【００５２】
以下の詳細な記載では、格子およびチャープ格子構造物を使用する方法およびデバイスが記載される。格子は、本質的に同一で、平行な、細長い要素の、任意の規則的に離間される集合である。格子は、通常、細長い要素の単一の組からなるが、2つの組からなることができ、その場合、第2の組は、通常、第1の組に垂直である。チャープ格子は、チャープされる間隔、すなわち、光の変化する波長を反射するように設計される変化する厚みの間隔を有する構造である。通常の誘電体鏡よりも広い範囲の光の波長を反射するため、または、いくつかの光学的要素により生成される可能性がある波長の分散を補償するため、チャープ格子鏡がレーザ中に使用される。
【００５３】
以下の記載では、AWGを使用する方法およびデバイスが記載される。アレイ導波路格子は、波長分割多重(WDM)システムなどの光学的システム中の、光マルチプレクサまたはデマルチプレクサとして使用することができる光波回路である。AWGは、多数の波長を単一の光ファイバ中に多重化し、それによって、光ネットワークの伝送容量を増加することができる。AWGは、シリコンまたはSiNx基板上のシリカの、ドープされた層またはドープされない層を堆積することにより製造することができる、平面光波回路であってよい。
【００５４】
以下の記載では、Cバンド内の光伝送を使用する方法およびデバイスが記載される。光ファイバ通信は、典型的には、様々な「通信窓(telecom window)」に対応する波長領域中で動作する。Cバンドとは、非常に幅広く使用され、約1.5μm (1530〜1565nm)の波長を利用する、1つのそのような窓を記載する。シリカファイバの損失は、この領域中で最低であり、非常に高い性能を示す、エルビウムドープされたファイバ増幅器およびレーザダイオードが利用可能である。
【００５５】
図1は、一実施形態による、マルチチャネル波長可変レーザ100のアーキテクチャを図示する概略図を示す。マルチチャネル波長可変レーザ100は、周波数選択性光マルチプレクサ101、複数のチャネル経路105、任意選択の第1の光学的調整器2、および複数の第2の光学的調整器3を含む。周波数選択性光マルチプレクサ101は、光を送受信するための複数のチャネル端末103、複数のチャネル導波路ブロック104、および複数のチャネル端末103を複数のチャネル導波路ブロック104に光学的に結合する光学的結合要素5を含み、各チャネル導波路ブロック104は、少なくとも1つの反射型で終端された1チャネル導波路4を含む。複数のチャネル導波路ブロック104のチャネル導波路4の各々は、異なる長さを有する。複数のチャネル経路105の各チャネル経路105は、複数のチャネル端末103のそれぞれのチャネル端末103に結合され、利得要素7、位相要素6、および反射要素8を含む。任意選択の第1の光学的調整器2は、複数のチャネル導波路ブロック104のチャネル導波路4、特に全てのチャネル導波路4を調整するために使用することができる。複数の第2の光学的調整器3の各第2の光学的調整器3は、複数のチャネル導波路ブロック104のそれぞれのチャネル導波路ブロック104のチャネル導波路4を調整するように構成される。第1の光学的調整器2は、その機能性を複数の第2の光学的調整器3によって実施することができるので、任意選択である。
【００５６】
周波数選択性光マルチプレクサ101は、例えば、図2〜図4に関して下に記載されるように、アレイ導波路格子マルチプレクサの半分を含むことができる。少なくとも1つの反射型に終端されるチャネル導波路4の反射型終端1は、光学的結合要素5の外側に配置することができる。少なくとも1つの反射型に終端されるチャネル導波路4の反射型終端1は、反射コーティング、広帯域格子、鏡、または他の何らかの反射手段を含むことができる。任意選択の第1の光学的調整器2および複数の第2の光学的調整器3の両方は、熱的調整、電流注入、電圧、圧力、および/または他の何らかの調整手段に基づいて、チャネル導波路4の屈折率を変更するように構成することができる。複数の第2の光学的調整器3は、独立に調整可能であってよい。光学的結合要素5は、複数のチャネル導波路ブロック104を通って進む光線が、自由伝播領域中で、強め合ったり弱め合ったりするように干渉するように、複数のチャネル端末103を複数のチャネル導波路ブロック104に結合する自由伝播領域を含むことができる。第2の光学的調整器3の1つによって調整される光線が、第2の光学的調整器3の別の1つによって調整される光線と干渉することなく、自由伝播領域を通って伝播するように、自由伝播領域を設計することができる。
【００５７】
光学的結合要素5は、マルチスターカプラを含むことができる。マルチスターカプラは、チャネル導波路4のそれぞれの部分を、複数のチャネル端末103のそれぞれのチャネル端末103に結合するように設計することができる。マルチスターカプラは、ローランド円に基づいて設計することができる。ローランド円の角度は、複数のチャネル端末103の様々なチャネル端末103を通って伝播する光線が干渉しないように設計することができる。
【００５８】
任意選択の第1の光学的調整器2および第2の光学的調整器3の両方は、チャネル経路105の各々で単一周波数の光を生成するよう、チャネル導波路4を調整するように構成することができる。光学的調整器2、3は、チャネル経路105の各々で、異なる単一周波数を生成するよう、または同一の単一周波数を生成するよう、チャネル導波路4を調整するように構成することができる。または、光学的調整器2、3は、チャネル経路105の各々で完全に予め定められた範囲の周波数の光を生成するよう、チャネル導波路4を調整するように構成することができる。
【００５９】
利得要素7は、広いスペクトルの光を生成することができる。利得要素7は、周波数選択性光マルチプレクサ101のチャネル端末103を反射要素8に結合することができる。位相要素6を、利得要素7に結合することができる。位相要素6は、位相要素6が属する、それぞれのチャネル経路105のレーザ発振モードを微調整し、マルチチャネル波長可変レーザ100のそれぞれのチャネル経路105中の位相ドリフトを相殺するように構成することができる。
【００６０】
第2の光学的調整器3は、図16に関して下に記載されるように、チャネル導波路3のブロックの第1の複数の分岐により生成される1つの周波数コームを調整し、一方、第2の複数の分岐により生成される他の周波数コームは固定されたままとすることにより、不連続調整用に構成することができる。第2の光学的調整器3は、図17に関して下に記載されるように、周波数コームの両方を一緒に調整することにより、連続調整用に構成することができる。第2の光学的調整器3は、図15に関して下に記載されるように、連続調整と不連続調整とを組み合わせるように構成することができる。
【００６１】
反射要素8は、広帯域部分反射器部を含むことができる。広帯域部分反射器部は、図13に関して下に記載されるように、受動チャープ格子部を含むことができる。
【００６２】
光学的結合要素5は、マルチスターカプラを含むことができる。光学的結合要素5は、チャネル導波路ブロック104を通って進む光線が、自由伝播領域中で、強め合ったり弱め合ったりするように干渉するように、チャネル端末103を複数のチャネル導波路ブロック104に結合する自由伝播領域を含むことができる。
【００６３】
マルチチャネル波長可変レーザ100は、チップ上で、半導体光増幅器と一緒に集積することができる。
【００６４】
マルチチャネル波長可変レーザ100は、周波数選択性光マルチプレクサが半分のAWGを含むことができるので、AWGマルチチャネル波長可変レーザとも表すことができる。マルチチャネル波長可変レーザ100は、信号をAWGに戻して反射し、有効AWG長を2倍にするための反射型終端として、高反射型(Highly Reflective，HR)反射部1を含むことができる。周波数選択性光マルチプレクサ101は、チップの複雑さ、占有面積、および費用を減らすため、半分のAWGを含むことができる。1つの例示的な実施形態では、マルチチャネル波長可変レーザ100は、それぞれがAWG分岐の半分をカバーする、2つの第2の調整要素を含むことができる。第2の調整要素3を、分岐の屈折率の(熱的な)波長調整のために使用し、それによって、AWGの2分の1から2つのAWGをエミュレートすることができる。マルチチャネル波長可変レーザ100は、位相部または位相要素6を含むことができる。マルチチャネル波長可変レーザ100は、例えば利得チップまたは利得部といった、利得要素7を含むことができる。マルチチャネル波長可変レーザ100は、広帯域導波路反射器としての機能を果たす、例えば受動チャープ格子部といった反射要素8を含むことができる。
【００６５】
チャネル導波路4の第1の末尾における高反射コーティング1は、レーザ発振効果にとってのキャビティ反射器として働くことができる。これは、レーザ発振が発生するために必要な場合がある。第2の光学的調整器3は、バーニア効果を使用して、選択された周波数範囲にわたってAWG分岐のグループを調整することができる。これらの第2の光学的調整器3は、例えば、熱的調整器であってよい。第1の光学的調整器2は、AWG分岐の全ての組を調整するために使用することができる。半分のアレイ導波路格子(AWG)は、図5に示されるように、周波数コーム効果を提供する。利得チップ7および位相ブロック6は、レーザ発振効果を生成し、微調整するために必要とされる場合がある。反射要素8の受動チャープ格子は、レーザ発振が発生するのに必要な場合がある。AWG分岐は、指数倍の分岐長の2倍に等しい波長を提供することができる。レーザ光を、チャネル経路105の出力において放出することができる。
【００６６】
利得チップ7は、高反射コーティング1と受動チャープ格子8との間を進む、広いスペクトルを生成することができる。受動チャープ格子8は、レーザ発振動作を確かに発生させるために、要素6、7、8により形成されるキャビティの中に、光の一部を戻して反射する広帯域鏡として働くことができる。AWG101は、周波数選択フィルタ(デマルチプレクサ)として働くことができる。選択された周波数は、AWG分岐4の長さによって決定することができる。周波数のコームは、様々な経路長の、いくつかの分岐によって生成することができる。コームの2つの組は、異なる経路長差を有し、異なる間隔を有する2つの周波数コームを生成することができる。調整器がない場合、HRコーティング1(または他の反射手段)から戻って反射される光は、AWGの自由伝播領域(Free Propagation Region，FPR)5の中で干渉する場合があり、レーザ発振する各光路105についての単一の選択された周波数は、図5に示されるように、2つの周波数コーム間の強め合ったり弱め合ったりする干渉の結果である。第2の調整器3は、熱的調整を使用して、狭い線幅および低損失を確実にすることができるが、電流注入などの、代替調整も使用することができる。Cバンドにわたって2つのスーパーモード間でデバイスを調整するために、第2の調整器3の両方またはより多くを、同時に活性化することができる。
【００６７】
マルチチャネル波長可変レーザ100は、高反射率(HR)コーティングを有する半分のアレイ導波路格子(AWG)、およびAWGの中へ信号を戻して反射し、AWG分岐を調整するための調整を使用するように設計することができ、それによって半分のAWGは、2つの完全なAWGとして働く。第2の調整要素3は、2つのAWGを1つから生成し、一方HRコーティング1がAWGを半分のサイズに減らすように、例えば熱的調整を適用することによって、AWG分岐を調整することができる。AWGは、レーザにとって外部キャビティとして働くことができる。AWGを使用する全ての従来型波長可変レーザは、少なくとも1つの完全なAWGを使用する。受動チャープ格子8は、広帯域のための導波路反射器として働くことができ、変調器などの他のデバイスに接続できる、半導体光増幅器(semiconductor optical amplifier，SOA)とのレーザの一体化を可能にする。
【００６８】
半分のAWGは、チップの占有面積(チップの実装面積)を減らし、製造プロセスの複雑さを減らし、それによって、チップ費用を減らす。レーザ100は、反射手段8として受動チャープ格子を使用し、それによって、マルチチャネル波長可変レーザ100がSOAと、次いで他のデバイス、例えば電界吸収型変調器(Electro-Absorption Modulator，EAM)ならびに他の変調器およびデバイスと一体化されることを可能にすることができる。
【００６９】
マルチチャネルの広範囲に波長可変なレーザ100の複数の光チャネル経路105は、光学的カプラ5の中の自由伝播領域を共有し、それによって、チップサイズ、プロセスの複雑さ、およびチップ費用を減らすことができる。このことは、チップの一体化でも役に立つ。
【００７０】
図2は、第1の実施形態による、半分のAWGとして形成された、周波数選択性光マルチプレクサ200を図示する概略図を示す。
【００７１】
半分のAWG200は、光を送受信するための第1の端末210、および、例えばスターカプラといった光学的カプラにより第1の端末に結合されるチャネル導波路208のブロックまたは束を含む。チャネル導波路208の各々は、例えば、高反射型(HR)コーティング201によって、半分のAWG200の第1の末尾において反射型にコーティングされる。半分のAWG200は、チャネル導波路208のそれぞれの第2の末尾において、チャネル導波路のブロックに第1の端末が結合される、光学的結合要素を含む。チャネル導波路208の第1の末尾における反射型コーティング201は、(図2に図示される)平面コーティングであってよく、または(図2に図示されない)各チャネル導波路に個別に適用することができる。チャネル導波路208の各々は、チャネル導波路208の中で、様々な波長の伝播を容易にするように、異なる長さを有する。図2に描かれたレイアウト上への、例えば、図3および図4で下に示されるような導波路の複数のブロック、および図に図示されない他の設計物といった、いかなる変更も可能であることが理解される。
【００７２】
図3は、第2の実施形態による、半分のAWG300として形成された、周波数選択性光マルチプレクサを図示する概略図を示す。
【００７３】
半分のAWG300は、光を送受信するための第1の端末310、および、例えばスターカプラといった光学的カプラにより第1の端末310に結合されるチャネル導波路308の2つのブロック308a、308bまたは束を含む。チャネル導波路のそれぞれのブロック308a、308bのチャネル導波路308の各々は、例えば、高反射型(HR)コーティング301によって、半分のAWG300の第1の末尾において反射型にコーティングされる。半分のAWG300は、チャネル導波路308のそれぞれの第2の末尾において、チャネル導波路の2つのブロックに第1の端末が結合される、光学的結合要素を含む。チャネル導波路308の第1の末尾における反射型コーティング301は、(図3に図示される)平面コーティングであってよく、または(図3に図示されない)各チャネル導波路に個別に適用することができ、またはチャネル導波路308の各ブロック308a、308bに個別に適用することができる。チャネル導波路308の各々は、チャネル導波路308の中で、様々な波長の伝播を容易にするように、異なる長さを有する。
【００７４】
チャネル導波路の第1のブロック308aの導波路長差は、ΔL1とすることができる。チャネル導波路の第2のブロック308bの導波路長差は、ΔL2とすることができる。調整要素(図3に図示せず)は、チャネル導波路の2つのブロック308a、308b上で別々にカバーされ得る電極であってよい。波長は、チャネル導波路のそれぞれのブロックの2つの電極上に印加される電流または電圧によって引き起こされる、半分のアレイ導波路の屈折率変化によって調整することができる。または、熱的調整要素を実装することができる。
【００７５】
利得要素305は、半分のAWG300の中に結合される光を生成するために使用することができる。
【００７６】
半分のAWG300は、平面導波路技術で製造することができる。
【００７７】
図4は、第3の実施形態による、半分のAWG400として形成された、周波数選択性光マルチプレクサを図示する概略図を示す。
【００７８】
半分のAWG400は、各々が、例えばスターカプラといった、それぞれの光学的カプラによって、それぞれの第1の端末410a、410bに結合される、チャネル導波路408の2つのブロック408a、408bまたは束を含む。チャネル導波路の各々のブロック408a、408bは、それ自体の光学的カプラを有する。チャネル導波路のそれぞれのブロック408a、408bのチャネル導波路408の各々は、例えば、高反射型(HR)コーティング401によって、半分のAWG400の第1の末尾において反射型にコーティングされる。半分のAWG400は、第1および第2の光学的結合要素を含む。第1の光学的結合要素は、チャネル導波路408の第1のブロック408aを、それらの第2の末尾において、チャネル導波路の第1のブロックの第1の端末410aに結合する。第2の光学的結合要素は、チャネル導波路408の第2のブロック408bを、それらの第2の末尾において、チャネル導波路の第2のブロックの第1の端末410bに結合する。チャネル導波路の第1のブロック408aの第1の端末410aとチャネル導波路の第2のブロック408bの第1の端末410bとは、利得要素405に結合される周波数選択性光マルチプレクサ400の第1の端末410中で連結される。
【００７９】
チャネル導波路408の2つのブロック408a、408bの第1の末尾における反射型コーティング401は、(図4に図示される)平面コーティングであってよく、または(図4に図示されない)各チャネル導波路に個別に適用することができ、またはチャネル導波路408の各ブロック408a、408bに個別に適用することができる。チャネル導波路408の各々は、チャネル導波路408の中で、様々な波長の伝播を容易にするように、異なる長さを有する。
【００８０】
チャネル導波路の第1のブロック408aの導波路長差は、ΔL1とすることができる。チャネル導波路の第2のブロック408bの導波路長差は、ΔL2とすることができる。チャネル導波路408の2つのブロック408a、408bは、互いから離間してよい。調整要素(図4に図示せず)は、チャネル導波路の2つのブロック408a、408b上で別々にカバーされ得る電極であってよい。波長は、チャネル導波路のそれぞれのブロックの2つの電極上に印加される電流または電圧によって引き起こされる、半分のアレイ導波路の屈折率変化によって調整することができる。または、熱的調整要素を実装することができる。
【００８１】
利得要素405は、半分のAWG400の中に結合される光を生成するために使用することができる。
【００８２】
半分のAWG400は、平面導波路技術で製造することができる。
【００８３】
図5は、一実施形態による周波数選択性光マルチプレクサの2つの調整可能なコーム中の強め合ったり弱め合ったりする干渉を図示する概略図を示す。
【００８４】
図は、バーニア効果を使用することによる、第1の調整要素および第2の調整要素からの強め合ったり弱め合ったりする干渉を図示する。第1の調整要素のピークは、スペクトル中で第1のピーク501で図示され、第2の調整要素のピークは、スペクトル中で第2のピーク502で図示される。スペクトル中の特定の波長部分510において、両方の調整要素のピーク501、502は、スーパーモードの生成を重畳する。強め合ったり弱め合ったりする干渉の結果が図6に図示される。
【００８５】
図6は、図5に描かれたスペクトルの強め合ったり弱め合ったりする干渉の結果を図示する概略図を示す。強め合ったり弱め合ったりする干渉を含む、結果として得られたスペクトルは、高いメインピーク602およびより小さいサイドピーク601を示す。
【００８６】
図7は、一実施形態による、ローランド円に基づく光学的カプラ設計物を含む、マルチチャネル波長可変レーザ700のアーキテクチャを図示する概略図を示す。
【００８７】
マルチチャネル波長可変レーザ700は、図1に関して上に記載されたマルチチャネル波長可変レーザ100と類似する。マルチチャネル波長可変レーザ700は、周波数選択性光マルチプレクサ701、複数のチャネル経路λ1、λ2、λ3、第1の光学的調整器2、および複数の第2の光学的調整器3を含む。周波数選択性光マルチプレクサ701は、光を送受信するための複数のチャネル端末103、複数のチャネル導波路ブロック704、および複数のチャネル端末103を複数のチャネル導波路ブロック704に光学的に結合する光学的結合要素701を含み、各チャネル導波路ブロック704は、少なくとも1つの反射型で終端された1チャネル導波路4を含む。複数のチャネル導波路ブロック704のチャネル導波路4の各々は、異なる長さを有する。複数のチャネル経路λ1、λ2、λ3の各チャネル経路λiは、複数のチャネル端末103のそれぞれのチャネル端末103に結合され、利得要素7(図示せず)、位相要素6(図示せず)、および反射要素8(図示せず)を含む。任意選択の第1の光学的調整器2は、複数のチャネル導波路ブロック704のチャネル導波路4を調整するために使用することができる。複数の第2の光学的調整器3の各第2の光学的調整器3は、複数のチャネル導波路ブロック704のそれぞれのチャネル導波路ブロック704のチャネル導波路4を調整するように構成される。第1の光学的調整器2は、その機能性を第2の光学的調整器3によって実施することができるので、任意選択である。
【００８８】
図7からわかるように、例示的な数の24個の導波路4は、第1の光学的調整器2および例示的な数の6個の第2の光学的調整器3によって調整される。1つのチャネル導波路ブロック704は、例示的な数の4個の導波路4を含むことができる。この例示的な構成では、第1の第2の調整器T2によって第1の導波路ブロック704を調整することができ、第2の第2の調整器T3によって第2の導波路ブロック704を調整することができ、第3の第2の調整器T4によって第3の導波路ブロック704を調整することができ、第4の第2の調整器T5によって第4の導波路ブロック704を調整することができ、第5の第2の調整器T6によって第5の導波路ブロック704を調整することができ、第6の第2の調整器T7によって第6の導波路ブロック704を調整することができる。第1の調整器2によって、全ての導波路4を追加で調整することができる。導波路4を導波路ブロック704に割り当てるために、導波路4の数、第2の調整器3の数、導波路ブロック704の数に、任意の他の数を使用することができる。
【００８９】
光学的結合要素701は、チャネル導波路ブロック704を、チャネル経路λ1、λ2、λ3に関連して、それぞれ、チャネル端末103に光学的に結合する。図7の例示的な構成では、チャネル導波路ブロック704の数は、例えば6であり、一方チャネル経路λ1、λ2、λ3の数は、例えば3である。(図7に図示される)1つの実施形態では、チャネル導波路ブロック704の数は、チャネル経路λ1、λ2、λ3の数よりも多い場合がある。(図7に図示されない)別の実施形態では、チャネル導波路ブロック704の数は、チャネル経路λ1、λ2、λ3の数以下の場合がある。
【００９０】
図7の例示的な構成では、例示的な数の2つのチャネル導波路ブロック704は、光学的結合要素701によって1つのチャネル経路に結合される、1つの上位チャネル導波路ブロック707a、707b、707cを形成するように連結することができる。図7の例示的な構成では、第1の上位チャネル導波路ブロック707aは、第1のチャネル経路λ1に結合され、第2の上位チャネル導波路ブロック707bは、第2のチャネル経路λ2に結合され、第3の上位チャネル導波路ブロック707cは、第3のチャネル経路λ3に結合される。
【００９１】
光学的結合要素701は、マルチスターカプラを含むことができる。マルチスターカプラは、それぞれが上位チャネル導波路ブロックをそれぞれのチャネル経路に結合する、複数のスターカプラを含むことができる。図7の例示的な構成では、マルチスターカプラは、例示的な数の3つのスターカプラを含む。第1のスターカプラは、第1の上位チャネル導波路ブロック707aを第1のチャネル経路λ1に結合し、第2のスターカプラは、第2の上位チャネル導波路ブロック707bを第2のチャネル経路λ2に結合し、第3のスターカプラは、第3の上位チャネル導波路ブロック707cを第3のチャネル経路λ3に結合する。
【００９２】
光学的結合要素701は、複数の上位チャネル導波路ブロック707a、707b、707cを通って進む光線が、自由伝播領域中で、強め合ったり弱め合ったりするように干渉するように、光路と関連する複数のチャネル端末103を複数の上位チャネル導波路ブロック707a、707b、707cに結合する自由伝播領域を含むことができる。上位チャネル導波路ブロック707a、707b、707cのうちの1つを通って伝播する光線が、上位チャネル導波路ブロック707a、707b、707cのうちの別の1つを通って伝播する光線と干渉することなく、自由伝播領域を通って伝播するように、自由伝播領域を設計することができる。
【００９３】
図7の例示的な構成では、光学的結合要素701、特に光学的結合要素701の自由伝播領域は、ローランド円701a、701bに基づいて設計される。ローランド円は、2つの周波数要素が単一の出力を共有するように設計することができる。
【００９４】
ローランド円701a、701bは、直径として、凹状の回折格子701aの曲率半径を有する円である。ローランド円は、ローランド円の円周上の任意の場所にスリットが配置されると、様々な順位のスペクトルが、やはりローランド円の円周の周りに正確に焦点を合わせて形成される特性を有する。したがって、マルチチャネルレーザは、非常に効果的かつ正確に、光チャネル経路λ1、λ2、λ3の外で結合することができる。
【００９５】
図8aは、一実施形態による、各チャネル経路が限られた波長範囲をカバーする、マルチチャネル波長可変レーザ800のアーキテクチャを図示する概略図を示す。
【００９６】
マルチチャネル波長可変レーザ800は、図1および図7に関して上に記載されたマルチチャネル波長可変レーザ100およびマルチチャネル波長可変レーザ700と類似する。マルチチャネル波長可変レーザ800は、周波数選択性光マルチプレクサ101、複数のチャネル経路λ1、λ2、…λn、任意選択の第1の光学的調整器2、および複数の第2の光学的調整器3を含む。周波数選択性光マルチプレクサ101は、図1に関して上に記載されたような、半分のAWGを形成することができる。周波数選択性光マルチプレクサ101は、光を送受信するための複数のチャネル端末103、複数のチャネル導波路ブロック104、および複数のチャネル端末103を複数のチャネル導波路ブロック104に光学的に結合する光学的結合要素5を含み、各チャネル導波路ブロック104は、少なくとも1つの高反射型(HR)で終端された1チャネル導波路4を含む。複数のチャネル経路λ1、λ2、λ3の各チャネル経路λiは、複数のチャネル端末103のそれぞれのチャネル端末103に結合され、利得要素7(図示せず)、位相要素6(図示せず)、および反射要素8(図示せず)を含むことができる。任意選択の第1の光学的調整器2は、複数のチャネル導波路ブロック104の全チャネル導波路4を、すなわち全周波数コームを全周波数範囲について調整するために使用することができる。複数の第2の光学的調整器3の各第2の光学的調整器3は、複数のチャネル導波路ブロック704のそれぞれのチャネル導波路ブロック104のチャネル導波路4を調整するように、すなわち、周波数範囲のサンプルについて個別のスーパーモードを調整するように構成される。
【００９７】
複数のチャネル導波路ブロック104のチャネル導波路4の各々は、異なる長さを有する。チャネル導波路4のベースの長さは、Lと表すことができ、2つの連続するチャネル導波路4の長さの差は、ΔLと表すことができる。第2の光学的調整器3の差異調整によって引き起こされる長さの変動は、δLと表すことができる。ここで、図8aの例示的な構成では、第1のチャネル導波路4は、L+(n-1)・δL+(n-2)・ΔLの長さを有してよく、第2のチャネル導波路4は、L+(n-2)・δL+(n-3)・ΔLの長さを有してよく、第4から最後のチャネル導波路4は、L+3・δL+ΔLの長さを有してよく、第3から最後のチャネル導波路4は、L+2・δL+ΔLの長さを有してよく、第2から最後のチャネル導波路4は、L+ΔLの長さを有してよく、最後のチャネル導波路4は、Lの長さを有してよい。
【００９８】
以下では、マルチチャネル波長可変レーザ800の動作の原理が記載される。AWGの分岐の半分は、周波数コームを生成するために、すなわち、隣接する腕の間の長さの差異がコームを生成する、差異調整を使用することができる。(図8aに描かれる複数の第2の光学的調整器3の)小さい電極は、周波数範囲のサンプルを調整することができる。これは、熱的調整を使用することができる。この調整は、例えば5nmの範囲といった、選択された周波数範囲にわたって、スーパーモードを移動することを可能にする。(図8aに描かれる第1の光学的調整器2の)大きい電極は、分岐の全てまたは一部をカバーすることができ、例えば、Cバンドといった、全周波数範囲にわたる全応答を熱的に調整するために使用することができる。レーザ発振は、全ての出力、または最終出力が上記の電極の熱的調整を介して選択できる、選択された入力で発生することができる。もちろん、例えば図1に関して上に記載されたような別の調整方法を、光学的調整器2、3により使用することができる。受動チャープ格子は、アレイ中の各分岐4が、限られた(5nm)波長範囲をカバーするように設計することができる。
【００９９】
図8bは、8つのチャネルについて、図8aのマルチチャネル波長可変レーザ800の限られた波長範囲を図示する概略図800bを示し、図8cは、1530nmと1565nmとの間の波長範囲を有するCバンドで発生する、図8bに描かれた8つのチャネル中の、スーパーモードの発生を図示する概略図800cを示す。
【０１００】
図9aは、一実施形態による、各チャネル経路が全波長範囲をカバーする、マルチチャネル波長可変レーザ900のアーキテクチャを図示する概略図を示す。
【０１０１】
マルチチャネル波長可変レーザ900は、反射要素8の受動チャープ格子の実装以外、図8aに関して上に記載されたマルチチャネル波長可変レーザ800に対応する。受動チャープ格子は、アレイ中の各分岐4が、例えばCバンドといった、全波長範囲をカバーするように設計することができる。
【０１０２】
以下では、マルチチャネル波長可変レーザ900の動作の原理が記載される。AWGの分岐の半分は、周波数コームを生成するために、すなわち、隣接する腕の間の長さの差異がコームを生成する、差異調整を使用することができる。(図8aに描かれる複数の第2の光学的調整器3の)小さい電極は、周波数範囲のサンプルを調整することができる。これは、熱的調整を使用することができる。この調整は、例えばCバンドといった、選択された周波数範囲にわたって、スーパーモードを移動することを可能にする。(図8aに描かれる第1の光学的調整器2の)大きい電極は、分岐の全てまたは一部をカバーすることができ、例えば、Cバンドといった、全周波数範囲にわたる全応答を熱的に調整するために使用することができる。レーザ発振は、全ての出力、または最終出力が上記の電極の熱的調整を介して選択できる、選択された入力で発生することができる。もちろん、例えば図1に関して上に記載されたような別の調整方法を、光学的調整器2、3により使用することができる。受動チャープ格子は、アレイ中の各分岐4が、例えばCバンドといった、全波長範囲をカバーするように設計することができる。
【０１０３】
図9bは、8つのチャネルについて、図9aのマルチチャネル波長可変レーザ900の全波長範囲を図示する概略図を示す。
【０１０４】
周波数選択性光マルチプレクサ101の自由伝播領域のためのローランド円は、出力ごとに正しい周波数制御を確かにするために、様々な形で設計することができる。これは、図10aおよび図10bに関して下で記載されるようなタイプ1の技法を使用することによって、または図11aおよび図11bに関して下で記載されるようなタイプ2の技法を使用することによって行うことができる。
【０１０５】
図10aは、第1の実施形態による、分岐ごとの単一の周波数のためのローランド円に基づく光学的カプラ設計物1000aを図示する概略図を示す。光学的カプラ1000aは、図7に関して上に記載されたように光学的結合要素701に対応することができる。図10aからわかるように、光学的カプラ1000aは、導波路4を、チャネル経路λ1、λ2、λ3に関連して、チャネル端末103に結合する。
【０１０６】
チャネル経路λ1、λ2、λ3の波長は、出力が干渉しないように、また、調整された波長の各対が、他の調整された対と干渉することなく、自由伝播領域1005のスラブを通りそれらの対応するAWG出力に伝播するように、適切な分岐を調整することおよびローランド円の角度を設計することにより、選択することができる。この特性は、図10aおよび図10bに示されるような、基本的AWG機能と呼ぶこともできる。
【０１０７】
図10bは、第2の実施形態による、分岐ごとの単一の周波数のためのローランド円に基づく光学的カプラ設計物1000bを図示する概略図を示す。光学的カプラ1000bは、図10aに関して上に記載されたような光学的カプラ1000aに対応することができるが、調整された波長の各対は、自由伝播領域1006のスラブを通り、2つ以上のAWG出力に伝播することができる。
【０１０８】
図11aは、第1の実施形態による、分岐ごとのCバンド周波数のためのローランド円に基づく光学的カプラ設計物1100aを図示する概略図を示す。光学的カプラ1100aは、図7に関して上に記載されたような光学的結合要素701に対応することができる。図11aからわかるように、光学的カプラ1000aは、導波路4をチャネル端末103に結合し、各チャネル端末103は、全Cバンド波長範囲の1つのチャネル経路に関連する。
【０１０９】
波長は、例えばCバンドといった、全波長範囲をカバーする。これは、図11aおよび図11bに示されるように、ローランド円の角度を注意深く選択することにより、同一のスラブ領域を共有し自由伝播領域1008の中で干渉しない複数の調整分岐を設計することによって、各部分が出力において全範囲の周波数を生成するように、半分のAWG内に複数のAWGを有することによって達成することができる。
【０１１０】
図11bは、第2の実施形態による、分岐ごとのCバンド周波数のためのローランド円に基づく光学的カプラ設計物1100bを図示する概略図を示す。
【０１１１】
光学的カプラ1100bは、図11aに関して上に記載されたように光学的カプラ1100aに対応することができるが、調整された波長の各対は、自由伝播領域1008のスラブを通り、2つ以上のAWG出力に伝播することができる。
【０１１２】
図12は、一実施形態による、2つの整合したモード間の強め合う干渉からスーパーモードを生成する調整器を有する、半分のAWGの周波数選択性を図示する概略図1200を示す。調整要素により調整される第1のピーク1201(図12aに図示)は、例えば、図1に関して上に記載された第2の光学的調整器のものと異なる、別の調整要素により調整される第2のピーク1202(図12bに図示)とは異なる位相だが同一の電力を有する。半分のAWGの光学的連結器中の、第1のピーク1201と第2のピーク1202との重畳は、スーパーモード1204および下位のキャビティモード1203の生成をもたらす強め合ったり弱め合ったりする干渉をもたらす。これらのスーパーモード1204は、下位のキャビティモード1203が発生する周期よりも長い周期(すなわち、より低い周波数)で発生する。
【０１１３】
図13は、例えば図1に関して上に記載されたような実施形態による、マルチチャネル波長可変レーザのチャネル導波路の反射型終端として使用される、受動チャープ格子1300を示す。格子1300は、図13に描かれるような、平行な縞1303、1304の構造として実装することができる。受動チャープ格子1300は、より短い波長の光1301を、それが反射される前に、より長い波長の光1302よりも少なく格子1300の中に侵入させる。
【０１１４】
または、受動チャープ格子1300は、非剥離領域と交番する短い周期の剥離領域を含む、周期的に途切れている短周期構造を有する場合がある。受動チャープ格子1300は、各々が一定の長さを有し、すなわち変調周期を形成して、回折格子の光反射率または伝送を決定する少なくとも1つのパラメータを有する、複数の繰返しユニット領域を有する回折格子を有する構造である、超格子を含むことができる。少なくとも1つのパラメータは、レーザ中の光伝送の方向にそった繰返しユニット領域の各々の中の、回折格子の位置に依存して変化する可能性がある。回折格子は、少なくとも2つの変調周期だけ延在してよい。
【０１１５】
図14は、一実施形態による、マルチチャネル波長可変レーザの光学的調整器によるスーパーモードの調整を図示する概略図1400を示す。強め合ったり弱め合ったりする干渉を含み、図14cに描かれる、結果として得られたスペクトルは、スーパーモード1404a、1404bに対応する高いメインピークおよび下位のキャビティモード1403に対応するより小さいサイドピークを示す。
【０１１６】
Cバンドにわたってレーザを調整するために、デバイスは、バーニア効果を使用する不連続な調整および全てのキャビティモードにアクセスするスーパーモード間の連続した調整である、2つのモードの調整を使用することができる。
【０１１７】
調整要素により調整される第1のピークS01、S02、Sn-1、Sn(図14aに図示)は、例えば、図1に関して上に記載された第2の光学的調整器のものと異なる、別の調整要素により調整される第2のピークS11、S12、Sn-1、Sn(図14bに図示)とは異なる位相だが同一の電力を有する。半分のAWGの光学的連結器中の、第1のピークと第2のピークとの重畳は、図14cに描かれるような、スーパーモード1404a、1404bおよび下位のキャビティモード1403の生成をもたらす強め合ったり弱め合ったりする干渉をもたらす。これらのスーパーモード1404a、1404bは、下位のキャビティモード1403が発生する周期よりも長い周期(すなわち、より低い周波数)で発生する。
【０１１８】
図15および図16は、2つの調整機構を示し、これら2つの調整機構の組合せが、Cバンドにわたる準連続調整をどのようにしてもたらすのかを示す。1つの周波数コームを調整し、一方、他を固定されたままにすることによって、バーニア効果を使用して、スーパーモード間(6nm)で出力周波数が「ホップすること」が可能になる。両方の周波数コームを一緒に調整することによって、2つのスーパーモード間のモードの連続調整が可能となる。不連続調整と連続調整との組合せによって、Cバンドにわたる全てのキャビティモードへのアクセスが可能となる。位相部によって、選択されたモードの微調整、および、デバイスの寿命にわたる何らかのドリフトをオフセットすることが可能となる。
【０１１９】
図15は、一実施形態による、マルチチャネル波長可変レーザの光学的調整器による準連続調整を図示する概略図1500を示す。図は、熱的調整要素に印加される摂氏単位の温度にわたる、ナノメートル(nm)単位の波長λを描く。印加された温度に依存して、様々なレーザ発振スーパーモードλS1、λS2、λS3、λS4、λS5、λS6が、印加された温度で連続的に発生する。
【０１２０】
図16は、一実施形態による、マルチチャネル波長可変レーザの光学的調整器による不連続調整を図示する概略図1600を示す。図は、熱的調整要素に印加される摂氏単位の温度にわたる、ナノメートル(nm)単位の波長λを描く。印加された温度に依存して、様々なレーザ発振スーパーモードλS1、λS2、λS3、λS4、λS5、λS6が、印加された温度で不連続にすなわちステップで発生する。
【０１２１】
図17は、一実施形態による、マルチチャネル波長可変レーザの光学的調整器によるスーパーモード間の連続調整を図示する概略図1700を示す。図は、熱的調整要素に印加される摂氏単位の温度にわたる、ナノメートル(nm)単位の波長λを描く。印加された温度に依存して、様々なレーザ発振スーパーモードλS2、λS3および様々な下位キャビティモード1203が発生し、スーパーモード間の連続調整を可能にする。
【０１２２】
図18a〜図18cは、一実施形態による、マルチチャネル波長可変レーザのコーム反射スペクトル中のバーニア効果を図示する概略図1800を示す。図18aは、約4〜5nmのジャンプの粗調整のための、1つの格子の調整を図示する。図18bは、微調整(キャビティFPモード)のため、両方(の格子)一緒の調整を図示する。図18cは、完全なカバレージを可能にするための、位相部調整を図示する。図18a〜図18cは、図1〜図17に関して上に記載されたような、第2の光学的調整器3および第1の光学的調整器2の調整効果を図示する。
【０１２３】
図19aは、図18に関して上に記載されたような粗調整について、調整電流Iにわたる波長λを図示する概略図1900aを示す。粗調整は、図1に関して上に記載されたような、第1の光学的調整器2を使用することによって達成することができる。粗調整は、例えば、1540nmと1580nmとの間といった、または例えば1530nmと1565nmとの間の範囲のCバンドといった、所定の周波数帯にわたって適用することができる。
【０１２４】
図19bは、図18に関して上に記載されたような微調整について、調整電流Iにわたる波長を図示する概略図1900bを示す。微調整は、図1に関して上に記載されたような、第2の光学的調整器3を使用することによって達成することができる。
【０１２５】
微調整は、例えば1550nmと1560nmとの間といった、狭い周波数帯にわたって適用することができる。
【０１２６】
図20は、一実施形態による、レーザ光のマルチチャネル調整のための方法2000を図示する概略図を示す。
【０１２７】
方法2000は、周波数選択性光マルチプレクサ101の複数のチャネル端末103によって光線を送受信するステップ(1201)であって、各チャネル端末103が複数のチャネル経路105のそれぞれのチャネル経路105に結合され、各チャネル経路105が利得要素7、位相要素6、および反射要素8を備え、周波数選択性光マルチプレクサが、複数のチャネル導波路ブロック104、および複数のチャネル端末103を複数のチャネル導波路ブロック104に光学的に結合する光学的結合要素5を備え、各チャネル導波路ブロック104が少なくとも1つの反射型で終端された1チャネル導波路4を備え、複数のチャネル導波路ブロック104のチャネル導波路4の各々が異なる長さを有する、ステップを含む。方法2000は、複数の第2の光学的調整器3、例えば、図1〜図19に関して上に記載されたような第2の光学的調整器3によってそれぞれのチャネル導波路ブロック104のチャネル導波路4を調整するステップ(1202)であって、複数の第2の光学的調整器3の各々が、複数のチャネル導波路ブロック104のそれぞれのチャネル導波路ブロック104に結合される、ステップを含む。
【０１２８】
方法2000は、複数のチャネル導波路ブロック104のチャネル導波路4に結合される、例えば、図1〜図19に関して上に記載されたような第1の光学的調整器2といった、第1の光学的調整器によって、複数のチャネル導波路ブロック104のチャネル導波路4を調整するステップをさらに含む場合がある。
【０１２９】
周波数選択性光マルチプレクサは、図1〜図19に関して上に記載されたような、周波数選択性光マルチプレクサに対応することができる。反射型終端は、図1〜図19に関して上に記載されたような、反射型終端に対応することができる。方法は、図1〜図19に関して上に記載されたような、マルチチャネル波長可変レーザを使用することにより実装することができる。
【０１３０】
図21aは、一実施形態による、複数の単一チャネル波長可変レーザ2101を備える、マルチチャネル波長可変レーザ2100のアーキテクチャを図示する概略図を示す。マルチチャネル波長可変レーザ2100は、複数の光チャネル経路λ1、λ2、λ3を提供するために、例えば、単一チャネル波長可変レーザ2101の並列接続によって、単一チャネル波長可変レーザ2101のアレイを形成する、図21bに関して下で記載されるような、複数の単一チャネル波長可変レーザ2101を含む。各光チャネル経路λ1、λ2、λ3は、図10a、図10b、図11a、および図11bに関して上で記載されたような、単一周波数または全周波数帯を生成することができる。個別の単一チャネル波長可変レーザ2101の反射型終端1は、各単一チャネル波長可変レーザ2101について別個に実装することができ、または、2つ以上の単一チャネル波長可変レーザ2101について、単一の反射型終端1または高反射型コーティングとして実装すること、特に、全マルチチャネル波長可変レーザ2100についての単一の反射型コーティング1として実装することができる。
【０１３１】
図21bは、図21aのマルチチャネル波長可変レーザ2100中で使用される1つの単一チャネル波長可変レーザ2101を図示する概略図を示す。
【０１３２】
少なくとも2つの調整可能なコームを有するチャネル導波路104の少なくとも1つのブロックを通って進む光線に基づいてレーザ発振モードを調整するための波長可変レーザ2101は、周波数選択性光マルチプレクサ112、利得要素7、位相要素6、および複数の光学的調整器3a、3bを含む。複数の光学的調整器3a、3bは、図1に関して上で記載された、複数の第2の光学的調整器3a、3bに対応することができる。
【０１３３】
周波数選択性光マルチプレクサ112は、光を送受信するための第1の端末103a、チャネル導波路104の少なくとも1つのブロック、および第1の端末103aをチャネル導波路の少なくとも1つのブロックのチャネル導波路104の第2の末尾に光学的に結合する光学的結合要素5を含み、各チャネル導波路104は、反射型にコーティングされた第1の末尾1および第2の末尾を含む。チャネル導波路104の各々は、異なる長さを有する。利得要素7は、広いスペクトルの光を生成する。利得要素7は、周波数選択性光マルチプレクサ112の第1の端末103aを反射要素1に結合する。位相要素6は、利得要素7に結合される。位相要素6は、レーザ発振モードを微調整し、波長可変レーザの位相ドリフトを相殺するように構成される。複数の光学的調整器3a、3bの各々は、チャネル導波路104の少なくとも1つのブロックの、それぞれの複数の分岐に結合される。複数の光学的調整器3a、3bは、チャネル導波路104の少なくとも1つのブロックを通って進む光線に基づいてレーザ発振モードを調整するように構成される。
【０１３４】
波長可変レーザ2101の機能は、単一の光路105だけが周波数選択性光マルチプレクサ101に接続されるときに、図1に関して上に記載された波長可変レーザ100の機能に対応することができる。
【０１３５】
周波数選択性光マルチプレクサ112は、図2〜図4に関して上で記載されたような、アレイ導波路格子マルチプレクサの半分を含むことができる。複数の光学的調整器は、2つの光学的調整器、すなわち、チャネル導波路104の少なくとも1つのブロックの、第1の複数の分岐に結合される第1の光学的調整器3a、およびチャネル導波路104の少なくとも1つのブロックの、第2の複数の分岐に結合される第2の光学的調整器3bを含むことができる。チャネル導波路104の少なくとも1つのブロックの、第1の複数の分岐は、分岐の部分、特に、図2〜図4に関して上で記載されたような、チャネル導波路104の少なくとも1つのブロックの、分岐の半分を含むことができる。
【０１３６】
複数の光学的調整器のうちの第1の光学的調整器3aは、複数の光学的調整器のうちの第1の光学的調整器3aに結合されるそれぞれの複数の分岐の、チャネル導波路104の屈折率を変更することに基づいてレーザ発振モードを調整するように構成することができる。複数の光学的調整器のうちの第2の光学的調整器3bは、図12〜図17に関して上で記載されたように、複数の光学的調整器のうちの第2の光学的調整器3bに結合されるそれぞれの複数の分岐の、チャネル導波路104の屈折率を変更することに基づいてレーザ発振モードを調整するように構成することができる。光学的調整器3a、3bは、熱的調整、電流注入、電圧、または圧力に基づいて屈折率を変更するように構成することができる。光学的調整器3a、3bは、独立に調整可能であってよい。
【０１３７】
光学的調整器3a、3bは、図16に関して上に記載されるように、チャネル導波路104の少なくとも1つのブロックの第1の複数の分岐により生成される1つの周波数コームを調整し、一方、第2の複数の分岐により生成される他の周波数コームは固定されたままとすることにより、不連続調整用に構成することができる。光学的調整器3a、3bは、図17に関して下に記載されるように、周波数コームの両方を一緒に調整することにより、連続調整用に構成することができる。光学的調整器3a、3bは、図15に関して下に記載されるように、連続調整と不連続調整とを組み合わせるように構成することができる。
【０１３８】
反射要素8は、広帯域部分反射器部を含むことができる。広帯域部分反射器部は、図13に関して上で記載されたように、受動チャープ格子部を含むことができる。
【０１３９】
光学的結合要素5は、スターカプラを含むことができる。光学的結合要素5は、チャネル導波路104の少なくとも1つのブロックを通って進む光線が、自由伝播領域中で、強め合ったり弱め合ったりするように干渉するように、第1の端末103aをチャネル導波路104の少なくとも1つのブロックに結合する自由伝播領域を含むことができる。
【０１４０】
単一波長可変レーザ2101は、他の単一波長可変レーザ2101と一緒に集積されて、チップ上で、マルチチャネル波長可変レーザ2100を形成することができる。マルチチャネル波長可変レーザ2100は、チップ上で、半導体光増幅器と一緒に集積することができる。
【０１４１】
マルチチャネル波長可変レーザ2100は、周波数選択性光マルチプレクサが半分のAWGを含むことができるので、AWGマルチチャネル波長可変レーザとも表すことができる。単一チャネル波長可変レーザ2101は、信号をAWGに戻して反射し、有効AWG長を2倍にするため、HR(高反射型)反射部1を含むことができる。周波数選択性光マルチプレクサ112は、チップの複雑さ、占有面積、および費用を減らすため、半分のAWGを含むことができる。単一チャネル波長可変レーザ2101は、それぞれがAWG分岐の半分をカバーする、2つの調整要素を含むことができる。調整要素3a、3bは、分岐の屈折率の(熱的な)波長調整のために使用し、それによって、AWGの2分の1から2つのAWGをエミュレートすることができる。波長可変レーザ2101は、位相部または位相要素6を含むことができる。波長可変レーザ2101は、例えば利得チップまたは利得部といった、利得要素7を含むことができる。波長可変レーザ2101は、広帯域導波路反射器としての機能を果たす、例えば受動チャープ格子部といった反射要素を含むことができる。
【０１４２】
第1の末尾における高反射コーティング1は、レーザ発振効果にとってのキャビティ反射器として働くことができる。これは、レーザ発振が発生するために必要な場合がある。光学的調整器3a、3bは、バーニア効果を使用して、選択された周波数範囲にわたってAWG分岐のグループを調整することができる。これらの調整器は、例えば、熱的調整器であってよい。半分のアレイ導波路格子(AWG)は、図5に示されるように、周波数コーム効果を提供する。利得チップ7および位相ブロック6は、レーザ発振効果を生成し、微調整するために必要とされる場合がある。反射要素8の受動チャープ格子は、レーザ発振が発生するのに必要な場合がある。AWG分岐は、指数倍の分岐長の2倍に等しい波長を提供することができる。レーザ光を、出力9において放出することができる。
【０１４３】
利得チップ7は、高反射コーティング1と受動チャープ格子8との間を進む、広いスペクトルを生成することができる。受動チャープ格子8は、レーザ発振動作を確かに発生させるために、要素1、104、および5により形成されるキャビティの中に、光の一部を戻して反射する広帯域鏡として働くことができる。AWGは、周波数選択フィルタ(デマルチプレクサ)として働くことができる。選択された周波数は、AWG分岐4の長さによって決定することができる。周波数のコームは、様々な経路長の、いくつかの分岐4によって生成することができる。コームの2つの組は、異なる経路長差を有し、異なる間隔を有する2つの周波数コームを生成することができる。調整器がない場合、HRコーティング1(または他の反射手段)から戻って反射される光は、AWGのFRP(自由伝播領域)の中で干渉する場合があり、レーザ発振する単一の選択された周波数は、図5に示されるように、2つの周波数コーム501、502、510の間の強め合ったり弱め合ったりする干渉の結果である。調整器3a、3bは、熱的調整を使用して、狭い線幅および低損失を確実にすることができるが、電流注入などの、代替調整も使用することができる。Cバンドにわたって2つのスーパーモード間でデバイスを調整するために、両方の調整器を、同時に活性化することができる。
【０１４４】
波長可変レーザ2101は、高反射率(HR)コーティング、およびAWGの中へ信号を戻して反射し、AWG分岐を調整するための調整を有する半分のアレイ導波路格子(AWG)を使用するように設計することができ、それによって半分のAWGは、2つの完全なAWGとして働く。調整要素3a、3bは、2つのAWGを1つから生成し、一方HRコーティング1がAWGを半分のサイズに減らすために、例えば熱的調整を適用することによって、AWG分岐を調整することができる。AWGは、レーザにとって外部キャビティとして働くことができる。AWGを使用する全ての従来型波長可変レーザは、少なくとも1つの完全なAWGを使用する。受動チャープ格子8は、広帯域のための導波路反射器として働くことができ、変調器などの他のデバイスに接続できる、SOA(半導体光増幅器)とのレーザの一体化を可能にする。
【０１４５】
半分のAWGは、チップの占有面積(チップの実装面積)を減らし、製造プロセスの複雑さを減らし、それによって、チップ費用を減らす。レーザ2101は、反射手段8として受動チャープ格子を使用し、それによって、複数の単一チャネル波長可変レーザ2101が、SOAと、次いで他のデバイス、例えば電界吸収型変調器(EAM)ならびに他の変調器およびデバイスと一体化されるマルチチャネル波長可変レーザ2100を形成することを可能にすることができる。
【０１４６】
本明細書に記載される方法、システム、およびデバイスは、チップ内の光回路、または集積回路もしくは特定用途向け集積回路(ASIC)として実装することができる。本発明は、デジタルおよび/またはアナログ電子光回路で実装することができる。
【０１４７】
本開示の特定の特徴または態様は、いくつかの実装のうちの1つだけに関して開示される場合もあるが、そのような特徴または態様は、所望に応じて、また任意の所与の用途または特定の用途に有利であるように、他の実装の1つまたは複数の他の特徴または態様と組み合わせることができる。さらに、「含む(include)」、「有する(have)」、「有する(with)」という用語またはそれらの他の変形体が、詳細な説明または特許請求の範囲のいずれかで使用される限り、そのような用語は、「備える(comprise)」と同様の様式で包含的であることが意図される。また、「例示的な(exemplary)」、「例えば(for example)」、および「例えば(e.g.)」という用語は、最良または最適ではなく、単に例を意味する。「結合される(coupled)」および「接続される(connected)」という用語ならびに派生語が使用される場合がある。これらの用語は、2つの要素が、直接物理的または電気的接触をするのか、互いに直接接触をしないのかにかかわらず、互いと協働するまたは相互作用することを示すために使用された場合があることを理解されたい。
【０１４８】
特定の態様が本明細書に図示され、記載されてきたが、様々な代替および/または等価な実装が、本開示の範囲から逸脱することなく、示され記載された特定の態様に置き換えられることが、当業者には理解されよう。本出願は、本明細書に議論された特定の態様の、任意の適用例または変形形態をカバーするように意図される。
【０１４９】
添付の特許請求の範囲の請求項中の要素は、対応する標示で特定の順序で記載されるが、請求項の記載が、それらの要素の一部または全部を実装するため特定の順序を特に意味しない限り、それらの要素は、その特定の順序で実装されることに限定されることを必ずしも意図しない。
【０１５０】
上の教示に照らして、多くの代替形態、修正形態、および変形形態が当業者には明らかとなるであろう。当然ながら、当業者は、本明細書に記載されたもの以上に、本発明の多くの応用例があることを容易に認識する。本発明は、1つまたは複数の特定の実施形態を参照して記載されてきたが、当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、多くの変更を実施形態に施すことができることを認識する。したがって、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲内で、本明細書に特に記載された以外に本発明を実行できることが理解されよう。
【符号の説明】
【０１５１】
1  反射型終端
2  第1の光学的調整器
3  第2の光学的調整器
3a  光学的調整器
3b  光学的調整器
4  チャネル導波路
5  光学的結合要素
6  位相要素
7  利得要素
8  反射要素
9  出力
100  マルチチャネル波長可変レーザ
101  周波数選択性光マルチプレクサ
103  チャネル端末
103a  第1の端末
104  チャネル導波路ブロック
105  チャネル経路
112  周波数選択性光マルチプレクサ
200  周波数選択性光マルチプレクサ
201  高反射型コーティング
300  周波数選択性光マルチプレクサ
301  高反射型コーティング
400  周波数選択性光マルチプレクサ
401  高反射型コーティング
501  周波数コーム
502  周波数コーム
510  周波数コーム
700  マルチチャネル波長可変レーザ
701  周波数選択性光マルチプレクサ
701a  ローランド円
701b  ローランド円
704  チャネル導波路ブロック
707a  上位チャネル導波路ブロック
707b  上位チャネル導波路ブロック
707c  上位チャネル導波路ブロック
800  マルチチャネル波長可変レーザ
900  マルチチャネル波長可変レーザ
1000a  光学的カプラ設計物
1000b  光学的カプラ設計物
1006  自由伝播領域
1008  自由伝播領域
1100a  光学的カプラ設計物
1100b  光学的カプラ設計物
1201  第1のピーク
1202  第2のピーク
1203  下位のキャビティモード
1204  スーパーモード
1300  受動チャープ格子
1301  光
1302  光
1303  縞
1304  縞
1403  下位のキャビティモード
1404a  スーパーモード
1404b  スーパーモード
2100  マルチチャネル波長可変レーザ
2101  単一チャネル波長可変レーザ
【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８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９ａ】
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【図１９ｂ】
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【図２０】
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【図２１ｂ】
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【図１】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図２１ａ】
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【外国語明細書】
2016111361000001.pdf