(57)【要約】【課題】半導体レーザ素子の発熱量変動が波長モニタ素子に及ぼす影響を低減できる光伝送装置を提供する。【解決手段】光伝送装置１は、波長可変のためのヒータ１３ａ〜１３ｅを有する半導体レーザ素子１１と、半導体レーザ素子１１からのレーザ光Ｌ１の第一光処理を行って、出力する第一光機能素子と、半導体レーザ素子１１の発振波長をモニタするための波長モニタ信号を生成する波長モニタ素子２２とを含む集積素子２０と、半導体レーザ素子１１及び集積素子２０を搭載する第一温度制御素子３と、半導体レーザ素子１１の発振波長を制御する制御装置３０とを備え、半導体レーザ素子１１の一の端面１１ｅは、第一光機能素子及び波長モニタ素子２２に光学的に結合され、制御装置３０は、半導体レーザ素子１１の発振波長を目標発振波長に近づけるようにヒータ１３ａ〜１３ｅを制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長可変のためのヒータを有する半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子からのレーザ光に第一光処理を行って出力する第一光機能素子と、前記半導体レーザ素子の発振波長をモニタするための波長モニタ信号を生成する波長モニタ素子とを含む集積素子と、
前記半導体レーザ素子及び前記集積素子を搭載する第一温度制御素子と、
前記半導体レーザ素子の前記発振波長を制御する制御装置と、
を備え、
前記半導体レーザ素子の一端面は、前記第一光機能素子及び前記波長モニタ素子に光学的に結合され、
前記制御装置は、前記波長モニタ信号を受けると共に、前記半導体レーザ素子の前記発振波長と目標発振波長との差分情報を生成し、
前記制御装置は、前記半導体レーザ素子の前記発振波長を前記目標発振波長に近づけるように、前記差分情報に応じて前記ヒータを制御する、光伝送装置。
【請求項２】
前記第一光機能素子は、前記第一光処理として、変調及びコヒーレント復調のいずれか一方を行う、請求項１に記載の光伝送装置。
【請求項３】
前記半導体レーザ素子からの前記レーザ光の第二光処理を行って出力する第二光機能素子と、
前記第二光機能素子を搭載する第二温度制御素子と、
を更に備え、
前記半導体レーザ素子の前記一端面は、前記第二光機能素子に光学的に結合される、請求項１又は請求項２に記載の光伝送装置。
【請求項４】
前記第二光機能素子は、前記第二光処理として、変調及びコヒーレント復調のいずれか他方を行う、請求項３に記載の光伝送装置。
【請求項５】
前記半導体レーザ素子からの前記レーザ光の第三光処理を行って出力する第三光機能素子を更に備え、
前記第一温度制御素子は、前記第三光機能素子を更に搭載し、
前記半導体レーザ素子の前記一端面は、前記第三光機能素子に光学的に結合される、請求項１又は請求項２に記載の光伝送装置。
【請求項６】
前記第三光機能素子は、前記第三光処理として、変調及びコヒーレント復調のいずれか他方を行う、請求項５に記載の光伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１及び２は、光伝送装置について開示する。特許文献１及び２では、半導体レーザ素子の波長ロックを行うための波長モニタ素子が、半導体レーザ素子にモノリシック集積されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−３５９１号公報
【特許文献２】特開２０１１−４９３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体レーザ素子の発熱量は大きく、その半導体レーザ素子の大きな発熱量が、半導体レーザ素子の経年変化に伴って変動する。一方、波長モニタ素子が半導体レーザ素子とモノリシックに集積されるモノリシック集積素子では、波長モニタ素子が半導体レーザ素子の近くに配置される。このため、半導体レーザ素子の経年変化により、モノリシック集積素子内の波長モニタ素子は、半導体レーザ素子の発熱量変動の影響を受けるようになる。
【０００５】
本発明は、半導体レーザ素子の発熱量変動が波長モニタ素子に及ぼす影響を低減できる光伝送装置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】
【０００６】
本発明に係る光伝送装置は、波長可変のためのヒータを有する半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子からのレーザ光に第一光処理を行って出力する第一光機能素子と、半導体レーザ素子の発振波長をモニタするための波長モニタ信号を生成する波長モニタ素子とを含む集積素子と、半導体レーザ素子及び集積素子を搭載する第一温度制御素子と、半導体レーザ素子の発振波長を制御する制御装置と、を備え、半導体レーザ素子の一端面は、第一光機能素子及び波長モニタ素子に光学的に結合され、制御装置は、波長モニタ信号を受けると共に、半導体レーザ素子の発振波長と目標発振波長との差分情報を生成し、制御装置は、半導体レーザ素子の発振波長を目標発振波長に近づけるように、差分情報に応じてヒータを制御する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、半導体レーザ素子の発熱量変動が波長モニタ素子に及ぼす影響を低減できる光伝送装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態における光伝送装置の概略図である。
【図２】第１の実施形態における光源を示す図である。
【図３】第１の実施形態における集積素子の構成を示す図である。
【図４】（ａ）部は、図３のＡ−Ａ線に沿ってとられたマッハツェンダ型変調器の位相変調部の断面を示す図である。（ｂ）部は、図３のＢ−Ｂ線に沿ってとられた波長モニタ素子のリング共振器の導波路の断面を示す図である。（ｃ）部は、図３のＣ−Ｃ線に沿ってとられたフォトダイオードの断面を示す図である。
【図５】第１の実施形態における光源と集積素子とを含む処理装置の構成を示す図である。
【図６】第２の実施形態における光伝送装置の概略図である。
【図７】第２の実施形態における集積素子の構成を示す図である。
【図８】（ａ）部は、図７のＤ−Ｄ線に沿ってとられたフォトダイオードの断面を示す図である。（ｂ）部は、図７のＥ−Ｅ線に沿ってとられた半導体コヒーレント光受信器の導波路の断面を示す図である。
【図９】第２の実施形態における光源と集積素子とを含む処理装置の構成を示す図である。
【図１０】第３の実施形態における光伝送装置の概略図である。
【図１１】第４の実施形態における光伝送装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態の内容を説明する。本発明の一形態に係る光伝送装置は、（ａ）波長可変のためのヒータを有する半導体レーザ素子と、（ｂ）半導体レーザ素子からのレーザ光に第一光処理を行って出力する第一光機能素子と、（ｃ）半導体レーザ素子の発振波長をモニタするための波長モニタ信号を生成する波長モニタ素子とを含む集積素子と、（ｄ）半導体レーザ素子及び集積素子を搭載する第一温度制御素子と、（ｅ）半導体レーザ素子の発振波長を制御する制御装置と、を備え、半導体レーザ素子の一端面は、第一光機能素子及び波長モニタ素子に光学的に結合され、制御装置は、波長モニタ信号を受けると共に、半導体レーザ素子の発振波長と目標発振波長との差分情報を生成し、制御装置は、半導体レーザ素子の発振波長を目標発振波長に近づけるように、差分情報に応じてヒータを制御する。
【００１０】
この光伝送装置では、半導体レーザ素子の発振波長をモニタする波長モニタ素子は、半導体レーザ素子ではなく、第一光機能素子と集積されている。この集積によれば、半導体レーザ素子が経年変化を起こした際、その経年変化に伴う半導体レーザ素子の発熱量の変動が波長モニタ素子の温度に影響することが抑えられる。波長モニタ素子は、半導体レーザ素子の発熱量変動の影響を受けることなく、半導体レーザ素子の発振波長をモニタできる。また、この光伝送装置では、制御装置が、波長モニタ信号に応じて半導体レーザ素子のヒータを制御することによって、半導体レーザ素子の発振波長を目標発振波長に近づけることができる。
【００１１】
上記の光伝送装置では、第一光機能素子は、第一光処理として、変調又はコヒーレント復調のいずれか一方を行うことが好ましい。この光伝送装置によれば、変調又はコヒーレント復調のいずれかの第一光処理が行われる。変調又はコヒーレント復調は、それぞれ半導体光変調器又は半導体コヒーレント光受信器によって行われる。第一光機能素子の発熱の大きさ及び発熱量の変動は、それぞれ半導体レーザ素子の発熱の大きさ及び発熱量の変動に比べて小さい。このため、この光伝送装置は、波長モニタ素子と半導体レーザ素子とのモノリシック集積素子に比べて、波長モニタ素子への発熱量変動の影響を低減できる。
【００１２】
上記の光伝送装置では、半導体レーザ素子からのレーザ光の第二光処理を行って出力する第二光機能素子と、第二光機能素子を搭載する第二温度制御素子と、を更に備え、半導体レーザ素子の一端面は、第二光機能素子に更に光学的に結合されることが好ましい。この光伝送装置では、第二光機能素子は、半導体レーザ素子及び集積素子が搭載される第一温度制御素子ではなくて、第二温度制御素子に搭載される。この光伝送装置では、第一光機能素子による第一光処理に加えて、第二光機能素子が、第二温度制御素子の温度制御の下に、半導体レーザ素子からのレーザ光に対して第二光処理を提供する。
【００１３】
上記の光伝送装置では、第二光機能素子は、第二光処理として、変調又はコヒーレント復調のいずれか他方を行うことが好ましい。この光伝送装置では、第一光機能素子及び第二光機能素子が、それぞれ、第一光処理としての変調及び第二光処理としてのコヒーレント復調を行うことができる。また、第一光機能素子及び第二光機能素子が、それぞれ、第一光処理としてのコヒーレント復調及び第二光処理としての変調を行うことができる。更に、第一光機能素子及び第二光機能素子が、それぞれ、第一光処理としての変調及び第二光処理としての変調を行うことができる。或いは、第一光機能素子及び第二光機能素子が、それぞれ、第一光処理としてのコヒーレント復調及び第二光処理としてのコヒーレント復調を行うことができる。
【００１４】
上記の光伝送装置では、半導体レーザ素子からのレーザ光の第三光処理を行って出力する第三光機能素子を更に備え、第一温度制御素子は、第三光機能素子を更に搭載し、半導体レーザ素子の一端面は、第三光機能素子に更に光学的に結合されることが好ましい。この光伝送装置は、第三光機能素子を更に備えるので、第一光処理に加えて第三光処理が、半導体レーザ素子からのレーザ光に対して提供される。
【００１５】
上記の光伝送装置では、第三光機能素子は、第三光処理として、変調又はコヒーレント復調のいずれか他方を行うことが好ましい。この光伝送装置では、第一光機能素子及び第三光機能素子が、それぞれ、第一光処理としての変調及び第三光処理としてのコヒーレント復調を行うことができる。また、第一光機能素子及び第三光機能素子が、それぞれ、第一光処理としてのコヒーレント復調及び第三光処理としての変調を行うことができる。更に、第一光機能素子及び第三光機能素子が、それぞれ、第一光処理としての変調及び第三光処理としての変調を行うことができる。或いは、第一光機能素子及び第三光機能素子が、それぞれ、第一光処理としてのコヒーレント復調及び第三光処理としてのコヒーレント復調を行うことができる。
【００１６】
いくつかの実施形態に係る光伝送装置を、以下に図面を参照しつつ説明する。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付する。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施形態における光伝送装置の概略図である。光伝送装置１は、処理装置２及び制御装置３０を備える。処理装置２は、光源１０及び集積素子２０を有する。光源１０は、集積素子２０に光学的に結合している。光伝送装置１は、処理装置２の光源１０及び集積素子２０と、制御装置３０とを用いて、光通信に使用されるレーザ光の波長を維持する波長へのロックを行う。光源１０は、レーザ光Ｌ１を出射する半導体レーザ素子１１を備える。半導体レーザ素子１１は、レーザ光Ｌ１の波長を可変にするために、一又は複数のヒータ１３ａ〜１３ｅを有する。
【００１８】
本実施形態では、第一光機能素子として半導体光変調器２１が用いられ、集積素子２０は、半導体光変調器２１と波長モニタ素子２２とを含む。半導体光変調器２１と波長モニタ素子２２とはモノリシックに集積されて、集積素子２０を構成する。半導体レーザ素子１１は、一の端面１１ｅを有し、この端面１１ｅは、半導体光変調器２１及び波長モニタ素子２２に光学的に結合される。半導体光変調器２１及び波長モニタ素子２２は、半導体レーザ素子１１からのレーザ光Ｌ１を受ける。半導体光変調器２１は、第一光処理として半導体レーザ素子１１からのレーザ光Ｌ１を変調して変調光を生成し、この変調光を出力する。波長モニタ素子２２は、半導体レーザ素子１１からのレーザ光Ｌ１の波長、すなわち半導体レーザ素子１１の発振波長をモニタするために設けられる。波長モニタ素子２２は半導体レーザ素子１１からのレーザ光Ｌ１を受けて、波長モニタ信号ＳＭＯＮを生成する。波長モニタ信号ＳＭＯＮは、半導体レーザ素子１１の発振波長に応じた大きさを有する電気的な信号である。
【００１９】
処理装置２は、第一温度制御素子３を更に備える。第一温度制御素子３は、光源１０及び集積素子２０を搭載する。処理装置２内には第一温度制御素子３の温度を検出するためのサーミスタ４３が設けられ、第一温度制御素子３は、サーミスタ４３を搭載する。サーミスタ４３は、第一温度制御素子３についての温度信号ＳＴを生成し、この温度信号ＳＴは制御装置３０に送られる。第一温度制御素子３は、光源１０及び集積素子２０の各温度を調整するために設けられる。本実施形態では、第一温度制御素子３は、例えば、ペルチェ素子、ヒータ素子又は水冷装置などを含む。処理装置２は、筐体４を更に備え、筐体４は、光源１０、集積素子２０、サーミスタ４３、及び第一温度制御素子３を収容する。
【００２０】
制御装置３０は、駆動装置３１及び駆動装置３２を備える。駆動装置３１は、半導体レーザ素子１１を制御し、駆動装置３２は、集積素子２０及び第一温度制御素子３を制御する。駆動装置３１は、半導体レーザ素子１１を制御するためのデータを格納する装置、例えばルックアップテーブル３１Ｂといったメモリと、駆動回路３１Ａとを有する。駆動装置３２は、集積素子２０及び第一温度制御素子３の両方を制御するためのデータを格納した装置、例えばルックアップテーブル３２Ｂといったメモリと、駆動回路３２Ａとを有する。駆動回路３１Ａは、半導体レーザ素子１１を制御する。駆動回路３２Ａは、波長モニタ素子２２及び半導体光変調器２１を動作させ、また、第一温度制御素子３の温度を制御する。制御信号Ｊｍｏｎは、温度信号ＳＴを受けて、波長モニタ素子２２のための設定温度を第一温度制御素子３に示す信号である。制御装置３０は、処理装置（例えばＣＰＵなど）と、記憶装置（例えばＲＡＭ及びＲＯＭなど）とを含むことができる。これらの処理装置及び記憶装置は、電気回路基板上に搭載される。
【００２１】
制御装置３０では、駆動装置３１の駆動回路３１Ａは、制御信号ＩＬＤを生成する。制御信号ＩＬＤは、半導体レーザ素子１１に提供されて、半導体レーザ素子１１がレーザ光Ｌ１を発生するための制御信号である。本実施例では、駆動回路３１Ａは、ルックアップテーブル３１Ｂを参照して制御信号ＩＬＤを生成する。半導体レーザ素子１１は、制御信号ＩＬＤの電流量に応じた光強度を有するレーザ光Ｌ１を出力する。一例を示せば、制御信号ＩＬＤの供給は、処理装置２と制御装置３０とを互いに接続する導電体及び電気回路基板上の配線を介して行われる。
【００２２】
図２は、第１の実施形態における光源を示す図である。本実施例では、光源１０は波長可変型の半導体レーザ素子１１を含む。半導体レーザ素子１１は、第一領域１１Ａと、波長可変のための第二領域１１Ｂ及び第三領域１１Ｃと、第四領域１１Ｄとを含む。半導体レーザ素子１１では、第一領域１１Ａ、第二領域１１Ｂ、第三領域１１Ｃ及び第四領域１１Ｄは、レーザ素子のレーザ光の導波軸に沿って配置されている。本実施例では、第一領域１１Ａが半導体レーザ素子１１の端面１１ｅを含むように構成され、第四領域１１Ｄが半導体レーザ素子１１の端面１１ｆを含むように構成される。第一領域１１Ａと第四領域１１Ｄとの間に、第二領域１１Ｂ及び第三領域１１Ｃがこの順に配置される。具体的には、第一領域１１Ａが第二領域１１Ｂに接しており、第二領域１１Ｂが第三領域１１Ｃに接しており、第三領域１１Ｃが第四領域１１Ｄに接する。第一領域１１Ａは増幅デバイス（Semiconductor Optical Amplifier device：ＳＯＡデバイス）を含み、第二領域１１Ｂは発光デバイス（Sampled-GratingDistributed Feedback device：ＳＧ−ＤＦＢデバイス）を含み、第三領域１１Ｃは回折格子デバイス（Chirped Sampled Grating Distributed Bragg Reflector device：ＣＳＧ−ＤＢＲデバイス）を含み、第四領域１１Ｄは、必要な場合には、光吸収デバイスを含む。上記の四つの領域を含む波長可変型の半導体レーザ素子１１は、第一温度制御素子３に搭載されている。
【００２３】
ＳＧ−ＤＦＢ領域（第二領域１１Ｂ）は、例えば、第１クラッド層１８ａ、回折格子層１８ｂ、第２クラッド層１８ｃ、コア層１８ｄ、及び活性層１８ｅを備える。ＳＧ−ＤＦＢ領域（第二領域１１Ｂ）の回折格子層１８ｂは、部分回折格子１９ｄ、１９ｅを有し、部分回折格子１９ｄ、１９ｅは、異なる波長において複数の利得ピークを備えるスペクトルを有する回折格子（Sampled Grating：ＳＧ）からなる。活性層１８ｅは、例えば量子井戸構造を有し、制御信号ＩＬＤの注入に応答してレーザ光Ｌ１を発生する。ＳＧ−ＤＦＢ領域（第二領域１１Ｂ）は、その上面に、例えば、活性層１８ｅに制御信号ＩＬＤを注入するための３つの電極１３ｆ〜１３ｈ、及び、一又は複数のヒータ１３ｄ、１３ｅを備える。一方、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域（第三領域１１Ｃ）は、例えば、第１クラッド層１８ａ、回折格子層１８ｂ、第２クラッド層１８ｃ、及びコア層１８ｄを備える。ＣＳＧ−ＤＢＲ領域（第三領域１１Ｃ）の回折格子層１８ｂは、部分回折格子１９ａ〜１９ｃを有し、部分回折格子１９ａ〜１９ｃは、異なる波長において複数の反射ピークを備えるスペクトルを有する回折格子（Chirped Sampled Grating：ＣＳＧ）からなる。ＣＳＧ−ＤＢＲ領域（第三領域１１Ｃ）は、例えば、一又は複数のヒータ１３ａ〜１３ｃを備える。以下に、一例の半導体積層を示す。
第１クラッド層１８ａ：InP基板。
回折格子層１８ｂ：GaInAsP。
第２クラッド層１８ｃ：InP。
コア層１８ｄ：GaInAsP。
活性層１８ｅ：GaInAsP量子井戸。
【００２４】
ＳＧ−ＤＦＢ領域（第二領域１１Ｂ）は、利得スペクトルを有し、この利得スペクトルは第一の波長間隔で配列された複数の利得ピーク波形を含む。ＣＳＧ−ＤＢＲ領域（第三領域１１Ｃ）は、第二の波長間隔で配列された複数の反射ピーク波形を含むスペクトルを有する。ＳＧ−ＤＦＢ領域（第二領域１１Ｂ）の部分回折格子１９ｄ、１９ｅの波長周期は、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域（第三領域１１Ｃ）の部分回折格子１９ａ〜１９ｃの波長周期と異なる。よって、ＳＧ−ＤＦＢ領域（第二領域１１Ｂ）における複数の利得ピークのうちの１つが、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域（第三領域１１Ｃ）における複数の反射ピークのうちの１つの波長に一致したとき、両者は共振器を形成する。その一致点に対応する波長で半導体レーザ素子１１がレーザ発振する。
【００２５】
ＳＧ−ＤＦＢ領域（第二領域１１Ｂ）のヒータ１３ｄ、１３ｅには、駆動装置３１の駆動回路３１Ａから、それぞれ、電流ＩＨｄ、ＩＨｅが注入され、ヒータ１３ｄ、１３ｅは、注入電流の量に応じて発熱する。個々のヒータへの注入電流の量に応じて、ＳＧ−ＤＦＢ領域（第二領域１１Ｂ）内に温度の分布が形成され、この温度プロファイルに応じて、ＳＧ−ＤＦＢ領域（第二領域１１Ｂ）において部分回折格子１９ｄ、１９ｅの利得ピーク波長が制御される。一方、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域（第三領域１１Ｃ）のヒータ１３ａ〜１３ｃには、駆動装置３１の駆動回路３１Ａから、それぞれ、電流ＩＨａ〜ＩＨｃが注入されて、ヒータ１３ａ〜１３ｃは、注入電流の量に応じて発熱する。個々のヒータへの注入電流の量に応じて、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域（第三領域１１Ｃ）内に温度の分布が形成され、この温度プロファイルは、ＣＳＧ−ＤＢＲ領域（第三領域１１Ｃ）において部分回折格子１９ａ〜１９ｃの反射ピーク波長を制御するために利用される。このスペクトル制御を回折格子（例えば、部分回折格子１９ａ〜１９ｃ）に行うことによって、レーザ光Ｌ１の波長を可変できる。
【００２６】
本実施形態では、制御装置３０は、波長モニタ信号ＳＭＯＮを受けて、半導体レーザ素子１１の発振波長と目標発振波長λ１（半導体レーザ素子１１が発振すべき光の発振波長であり、目標発振波長情報Ｆ１に基づいている）との差分情報を生成する。制御装置３０は、半導体レーザ素子１１の発振波長を目標発振波長λ１に近づけるように、差分情報に応じてヒータ電流ＩＨａ〜ＩＨｅを制御する。具体的には、駆動回路３１Ａは、ルックアップテーブル３１Ｂから、半導体レーザ素子１１が目標発振波長λ１の光を生成するためのヒータ電流ＩＨａ〜ＩＨｅの設定値を取得する。設定されたヒータ電流ＩＨａ〜ＩＨｅが、それぞれ、半導体レーザ素子１１のヒータ１３ａ〜１３ｅに供給される。制御の一例を示せば、発振波長λが目標発振波長λ１よりも長波長である場合、制御装置３０は、ヒータ電流ＩＨａ〜ＩＨｅを減少させる。発熱量が小さくなるので、部分回折格子１９ａ〜１９ｅの温度が下がり、この結果、発振波長が短くなる。一方、例えば、発振波長λが目標発振波長λ１よりも短波長である場合、制御装置３０は、ヒータ電流ＩＨａ〜ＩＨｅを増加させる。発熱量が大きくなるので、部分回折格子層１９ａ〜１９ｅの温度が上がり、この結果、発振波長が長くなる。目標発振波長λ１を得るための設定温度プロファイルＴＬＤに部分回折格子１９ａ〜１９ｅの温度プロファイルが近づく結果として、この温度制御を受けた半導体レーザ素子１１は、目標発振波長λ１に近い波長のレーザ光Ｌ１を発振することができる。
【００２７】
駆動装置３１の駆動回路３１Ａは、光源１０に提供する制御信号として、制御信号ＩＳＯＡ、及び制御信号ＶＢＡを更に生成する。制御信号ＩＳＯＡは、レーザ光Ｌ１の光強度を予め設定した値にまで増幅するための電流信号を示す。制御信号ＶＢＡは、レーザ光Ｌ１を吸収するための逆バイアス電圧を示す。
【００２８】
図２に示されるように、ＳＯＡ領域（第一領域１１Ａ）は、制御信号ＩＳＯＡの注入に応じてＳＧ−ＤＦＢ領域（第二領域１１Ｂ）からのレーザ光Ｌ１を増幅する。増幅されたレーザ光Ｌ１は、端面１１ｅから出射される。光吸収領域（第四領域１１Ｄ）は、レーザ光Ｌ１を吸収するデバイスであって、制御信号ＶＢＡの印加に応答してレーザ光Ｌ１を吸収する。そのため、本実施形態では、光吸収領域（第四領域１１Ｄ）に入ったレーザ光Ｌ１は吸収される。
【００２９】
図３は、第１の実施形態における集積素子の構成を示す図である。図１及び図３を参照しながら、半導体光変調器２１及び波長モニタ素子２２を説明する。半導体光変調器２１は、光通信を介して伝送されるべき送信信号Ｆ２に応じて、半導体レーザ素子１１からのレーザ光Ｌ１を変調する。この変調は、例えば、レーザ光Ｌ１の強度もしくは位相、またはその両方の変更を伴うことができる。
【００３０】
図３に示されるように、集積素子２０は、入力ポート２３ａ、出力ポート２３ｂ、２３ｃ、光分波器２７、及び導波路４６、４７ａ、４７ｂを有する。光分波器２７は、入力ポート２３ａから入力され導波路４６を導波したレーザ光Ｌ１を分岐させ、レーザ光Ｌ２、Ｌ３を生成する。光分波器２７は、例えば多モード干渉器（Multi Mode Interference：ＭＭＩ）、Ｙ分岐導波路又は結合導波路などを包含する。光分波器２７は、導波路４７ａを介して半導体光変調器２１に光学的に結合される。光分波器２７は、導波路４７ｂを介して波長モニタ素子２２に光学的に結合される。レーザ光Ｌ２は、導波路４７ａを介して半導体光変調器２１に導かれる。半導体光変調器２１は、レーザ光Ｌ２を変調して、変調光を出力ポート２３ｂ、２３ｃに出力する。レーザ光Ｌ３は、導波路４７ｂを導波して波長モニタ素子２２に導かれる。
【００３１】
半導体光変調器２１は、多値変調器を備えることができる。本実施例では、この多値変調器は、例えば複数のマッハツェンダ型変調器５３〜５６を含む。マッハツェンダ型変調器５３〜５６に光を分配するために、半導体光変調器２１は、光分波器５１ａ〜５１ｃ、光合分波器５１ｄ、５１ｅ、導波路５２ａ〜５２ｊ、及び導波路５２ｐ〜５２ｓを有する。マッハツェンダ型変調器５３は、光分波器５３ａ、光合波器５３ｂ、アーム導波路５３ｃ、５３ｄ、及び位相変調部５３Ｈを備える。位相変調部５３Ｈは、電極５３ｅ、５３ｆ、及び５３ｇを備え、変調用の電気信号に応じた位相変調を施す。マッハツェンダ型変調器５３と同様に、マッハツェンダ型変調器５４は、光分波器５４ａ、光合波器５４ｂ、アーム導波路５４ｃ、５４ｄ、及び位相変調部５４Ｈを備え、マッハツェンダ型変調器５５は、光分波器５５ａ、光合波器５５ｂ、アーム導波路５５ｃ、５５ｄ、及び位相変調部５５Ｈを備え、マッハツェンダ型変調器５６は、光分波器５６ａ、光合波器５６ｂ、アーム導波路５６ｃ、５６ｄ、及び位相変調部５６Ｈを備える。位相変調部５３Ｈ〜５６Ｈでは、変調されるべきレーザ光の波長に応じた逆バイアス電圧信号ＶＤＣの印加と、高速の信号処理用電圧信号Ｖｐｐの印加とが行われる。逆バイアス電圧信号ＶＤＣ及び高速の信号処理用電圧信号Ｖｐｐは、制御装置３０の駆動回路３２Ａによって生成される。変調されるべきレーザ光の波長に応じて、例えば以下のように逆バイアス電圧信号ＶＤＣを変更することが好ましい。
レーザ光波長、逆バイアス電圧信号ＶＤＣ。
１．５３μｍ：３Ｖ。
１．５７μｍ：８Ｖ。
信号処理用電圧信号Ｖｐｐは、例えば２０Ｇｂｐｓの伝送レートの信号を含む。
【００３２】
半導体光変調器２１では、光分波器５１ａは、マッハツェンダ型変調器５３〜５６に光を供給する。光分波器５１ａは、導波路４７ａを導波したレーザ光Ｌ２をレーザ光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂに分波して、それぞれ導波路５２ａ、５２ｂを介して光分波器５１ｂ、５１ｃに提供する。レーザ光Ｌ２ａは、光分波器５１ｂによって、レーザ光Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄに分波される。レーザ光Ｌ２ｃ〜Ｌ２ｆは、それぞれ、マッハツェンダ型変調器５３〜５６に供給される。レーザ光Ｌ２ｃは、光分波器５１ｂ及び導波路５２ｃを介してマッハツェンダ型変調器５３に入力される。マッハツェンダ型変調器５３では、光分波器５３ａは、入力光をレーザ光Ｌ４ｃ、Ｌ４ｄに分波して、それぞれアーム導波路５３ｃ、５３ｄに提供する。レーザ光Ｌ４ｃ、Ｌ４ｄは、位相変調部５３Ｈによって位相変調を受ける。位相変調の後に、光合波器５３ｂは、レーザ光Ｌ４ｃ、Ｌ４ｄを合波して変調光Ｍ１ａを生成する。マッハツェンダ型変調器５３と同様に、マッハツェンダ型変調器５４〜５６は、それぞれ変調光Ｍ１ｂ〜Ｍ１ｄを生成する。光合分波器５１ｄは、変調光Ｍ１ａ、Ｍ１ｂを合波して、変調光Ｍ２ａ、Ｍ２ｂを生成する。変調光Ｍ２ａ、Ｍ２ｂは、それぞれ導波路５２ｐ及び５２ｑを導波する。同様に、光合分波器５１ｅは、変調光Ｍ１ｃ、Ｍ１ｄから、変調光Ｍ２ｃ、Ｍ２ｄを生成する。変調光Ｍ２ｃ、Ｍ２ｄは、それぞれ導波路５２ｒ、５２ｓを導波する。導波路５２ｑは集積素子２０の出力ポート２３ｂに光学的に結合され、変調光Ｍ２ｂは出力ポート２３ｂから出力される。また、導波路５２ｒは集積素子２０の出力ポート２３ｃに光学的に結合され、変調光Ｍ２ｃは出力ポート２３ｃから出力される。
【００３３】
波長モニタ素子２２は、例えば、光分波器６１ａ、導波路６２ａ〜６２ｃ、光回路６３、及び受光素子６４を備える。受光素子６４は、光回路６３からのフィルタ出力光の光強度を電気信号に変換するフォトダイオード６４ｂ、光回路６３のフィルタを介することがないモニタ光の光強度を電気信号に変換するフォトダイオード６４ａ、及び電極６４ｃを有する、光分波器６１ａが、光分波器２７からのレーザ光Ｌ３を分波してレーザ光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂを生成する。レーザ光Ｌ３ａは、導波路６２ａを介してモニタ光としてフォトダイオード６４ａに入力する。一方、レーザ光Ｌ３ｂは、導波路６２ｂ、光回路６３及び導波路６２ｃを介してフィルタ出力光としてフォトダイオード６４ｂに入力する。レーザ光Ｌ３ｂは、導波路６２ｂによって光回路６３に入力される。光回路６３は、例えばリング共振器、マッハツェンダ（ＭＺ）干渉器、又はＭＭＩなどを包含する。
【００３４】
フォトダイオード６４ａ、６４ｂは、制御装置３０の駆動回路３２Ａからの逆バイアス電圧信号ＶＰＤを受けており、受光した光の強度に応じた光電流を生成する。フォトダイオード６４ａ、６４ｂは、それぞれ、波長モニタ信号ＳＭＯＮとして、波長モニタ信号ＩＰＤ１、ＩＰＤ２を生成する。光分波器６１ａの一ポートは、導波路６２ａを介してフォトダイオード６４ａに光学的に結合される。光分波器６１ａは、例えばＭＭＩカプラ、Ｙ分岐導波路又は結合導波路などを包含する。光分波器６１ａの他ポートは、導波路６２ｂを介して光回路６３の入力ポートに光学的に結合される。光回路６３は、導波路６２ｃを介してフォトダイオード６４ｂに光学的に結合される。光回路６３は、光合分波器６１ｂ及びリング共振器６３ａを有する。リング共振器６３ａは、レーザ光Ｌ３ｂの波長に応じて光の透過率が周期的に変化するフィルタ特性（例えば光透過率特性）を備えている。リング共振器６３ａは、波長依存性を有する透過率又は反射率のスペクトルを備える一方で、導波路６２ａ〜６２ｃは、透過率もしくは反射率の波長依存性を実質的に有さない。このため、半導体レーザ素子１１の発振波長が、所与の波長からシフトしたとき、リング共振器６３ａからのフィルタされたレーザ光Ｌ３ｂの強度は、フィルタ特性及び波長がシフトした量に応じて変化する。波長モニタ素子２２では、光回路６３に入る前に、又は光回路６３のフィルタを介さずに、レーザ光Ｌ１の光強度を検出して、規格化されたモニタ信号を波長モニタ信号ＳＭＯＮとして生成できるようにしてもよい。これにより、レーザ光Ｌ１の光強度変化の影響が、波長モニタ信号ＳＭＯＮから除かれる。波長モニタ素子２２では、第一温度制御素子３は、リング共振器６３ａの温度を一定温度Ｔｍｏｎに保つために有用である。
【００３５】
本実施形態では、波長モニタ素子２２は、レーザ光Ｌ３ｂの波長（レーザ光Ｌ１の波長）をモニタして、レーザ光Ｌ３ｂの光強度の変化を示す波長モニタ信号ＳＭＯＮを生成する。駆動回路３２Ａは、波長モニタ素子２２から波長モニタ信号ＩＰＤ１、ＩＰＤ２を受けて、両者の比Ｄ０（＝ＩＰＤ１／ＩＰＤ２）に対応する信号を生成する。この信号生成は、制御装置３０内に設けられた回路によって行われることができる。波長モニタ信号ＩＰＤ１、ＩＰＤ２は、それぞれ、フォトダイオード６４ａ、６４ｂからの電流値によって表される。比Ｄ０は、規格化されているので、波長モニタ素子２２に入るレーザ光Ｌ３の強度に依存せずレーザ光Ｌ３の波長に依存する値である。駆動回路３１Ａは、駆動回路３２Ａから比Ｄ０を取得し、また、ルックアップテーブル３１Ｂから目標発振波長λ１に対応する比Ｄ１を取得する。これにより、駆動回路３１Ａは、比Ｄ０と比Ｄ１との差に応じて，半導体レーザ素子１１のヒータ電流ＩＨａ〜ＩＨｅを制御する。光伝送装置１が動作している期間中に、駆動回路３１Ａ、３２Ａは、波長モニタ信号ＩＰＤ１、ＩＰＤ２に基づいて、半導体レーザ素子１１のヒータ電流ＩＨａ〜ＩＨｅのフィードバック制御を行う。このフィードバック制御によって、比Ｄ０が比Ｄ１に近づくように半導体レーザ素子１１のヒータ電流ＩＨａ〜ＩＨｅの調整が継続して行われて、半導体レーザ素子１１は、目標発振波長λ１のレーザ光Ｌ１を発生できる。光伝送装置１では、レーザ光Ｌ１の波長が一定値に保たれてロックされるので、多くの場合、半導体レーザ素子１１の部分回折格子層１９ａ〜１９ｃの温度は調整されて一定値を維持しない。
【００３６】
光伝送装置１では、波長モニタ素子２２は、半導体レーザ素子１１ではなく、第一光機能素子である半導体光変調器２１と集積されている。この集積によれば、半導体レーザ素子１１が経年変化を起こした際、その経年変化に伴う半導体レーザ素子１１の発熱量の変動が波長モニタ素子２２の温度に影響することが抑えられる。波長モニタ素子２２は、半導体レーザ素子１１の発熱量変動の影響を受けることなく、半導体レーザ素子１１の発振波長をモニタできる。
【００３７】
図４の（ａ）部は、図２のＡ−Ａ線に沿ってとられたマッハツェンダ型変調器５３の位相変調部５３Ｈの断面を示す図である。位相変調部５３Ｈは、集積素子２０の導波路と同様にＩｎＰ基板上に作製されている。マッハツェンダ型変調器５４の位相変調部５４Ｈ、マッハツェンダ型変調器５５の位相変調部５５Ｈ、マッハツェンダ型変調器５６の位相変調部５６ＨもＩｎＰ基板上に作製されている。位相変調部５３Ｈは半導体積層５３Ｌを備え、半導体積層５３Ｌは、上部コンタクト層５３ｐ、上部クラッド層５３ｑ、コア層５３ｒ及び下部クラッド層５３ｓを備える。上部コンタクト層５３ｐ、上部クラッド層５３ｑ、コア層５３ｒ及び下部クラッド層５３ｓは、ＩｎＰ基板の主面上に順に配列される。この半導体積層５３Ｌ上には、上部コンタクト層５３ｐに接触する電極５３ｅが設けられている。上部コンタクト層５３ｐ、上部クラッド層５３ｑ、コア層５３ｒ及び下部クラッド層５３ｓは、半導体メサを構成する。この半導体メサの脇には、下部クラッド層５３ｓに接触する電極５３ｇが設けられている。位相変調部５３Ｈ内のコア層５３ｒは、ＭＱＷを備え、電極５３ｅ、５３ｇは、レーザ光Ｌ２ｃを変調するための電界をコア層５３ｒに印加する。位相変調部５４Ｈ〜５６Ｈは、位相変調部５３Ｈと同様の半導体積層を有しており、この半導体積層はコア層５３ｒと同じＭＱＷを含む。以下に、一例の半導体積層を示す。
上部コンタクト層５３ｐ：ｐ型ＧａＩｎＡｓ。
上部クラッド層５３ｑ：ｐ型ＩｎＰ。
コア層５３ｒ：ｉ型ＡｌＧａＩｎＡｓ。
下部クラッド層５３ｓ：ｎ型ＩｎＰ。
【００３８】
図４の（ｂ）部は、図２のＢ−Ｂ線に沿ってとられた波長モニタ素子のリング共振器の導波路の断面を示す図である。リング共振器６３ａは、半導体光変調器２１と同一のＩｎＰ基板上に作製される。本実施例では、リング共振器６３ａは、上部クラッド層６３ｑ、コア層６３ｒ、下部クラッド層６３ｓを含む導波路構造を有する。本実施例では、リング共振器６３ａは、例えばマッハツェンダ型変調器５３の導波路構造と同じ導波路構造を有することができる。以下に、一例の導波路構造を示す。
上部クラッド層６３ｑ：ｐ型ＩｎＰ。
コア層６３ｒ：ｉ型ＡｌＧａＩｎＡｓ。
下部クラッド層６３ｓ：ｎ型ＩｎＰ。
【００３９】
図４の（ｃ）部は、図３のＣ−Ｃ線に沿ってとられたフォトダイオードの断面を示す図である。波長モニタ素子２２のフォトダイオード６４ａ及び電極６４ｃが示されている。また、フォトダイオード６４ａ、６４ｂは、ＩｎＰ基板上に作製される。フォトダイオード６４ａ、６４ｂは、半導体光変調器２１と同様に端面１１ｅ（半導体レーザ素子１１の一端面）からの光を受ける。端面１１ｅから提供されたレーザ光Ｌ１が、モノリシックに集積された光分波器２７により分岐されて、半導体光変調器２１及び波長モニタ素子２２に供されるので、波長モニタ素子２２にレーザ光Ｌ１を光結合させるための光の損失が低く、光の利用効率が良好である。フォトダイオード６４ａ、６４ｂ、リング共振器６３ａ及びマッハツェンダ型変調器５３〜５６が、同じ導波路構造（例えば、導波路４６）を備えるので、波長モニタ素子２２用のフォトダイオード構造のための新たなエピ成長は不要である。図４の（ｃ）部に示されるように、フォトダイオード６４ａ、６４ｂの各々は、上部コンタクト層６４ｐ、上部クラッド層６４ｑ、コア層６４ｒ及び下部クラッド層６４ｓを含む導波路構造を有する。本実施例では、コア層６４ｒは、光吸収層として働く。
【００４０】
フォトダイオード６４ａ、６４ｂの各々におけるアノード電極（６４ｅ）及びカソード電極（６４ｃ）間には、逆バイアス電圧信号ＶＰＤが印加される。駆動回路３２Ａは、フォトダイオード６４ａ、６４ｂのための逆バイアス電圧信号ＶＰＤを生成する。フォトダイオード６４ａ、６４ｂでは、この逆バイアス電圧信号ＶＰＤの大きさを、検出すべきレーザ光の波長によって変更するようにしても良い。逆バイアス電圧信号ＶＰＤ印加の下で、レーザ光をフォトダイオード６４ａ、６４ｂに与えて、レーザ光の波長と光電流の大きさとの関係を調べると、フォトダイオード６４ａ、６４ｂで発生される光電流は、レーザ光の波長によって異なる大きさを示す。好適な実施例では、フォトダイオード６４ａ、６４ｂが、同じ光強度のレーザ光の入射において同じ電流値を出力するようにして、光電流の波長依存性を小さくするためには、レーザ光の波長に応じた逆バイアス電圧信号ＶＰＤを用いることが好ましい。以下に逆バイアス電圧信号ＶＰＤを例示する。
レーザ光の波長、逆バイアス電圧信号ＶＰＤ。
１．５３μｍ：３Ｖ。
１．５７μｍ：８Ｖ。
例示された１．５３μｍ及び１．５７μｍ以外の波長についても、レーザ光の波長に応じた逆バイアス電圧信号ＶＰＤを設定できる。これによって、フォトダイオード６４ａ、６４ｂは、同じ光強度のレーザ光の入射に対して実質的に同じ電流値を生成する。逆バイアス電圧信号ＶＰＤの大きさを得るためには、光伝送装置１が使用される前に、受信する予定の波長（すなわち目標発振波長λ１）用のＶＰＤ値が決定されていることが好ましい。各ＶＰＤ値は、例えば駆動装置３２のルックアップテーブル３２Ｂに記憶させておく。
【００４１】
レーザ光Ｌ１の波長が目標発振波長λ１に設定されるとき（ロックしようとする波長が目標発振波長λ１であるとき）、駆動回路３２Ａは、光通信を介して伝送されるべき送信信号Ｆ２を外部から受けて、この送信信号Ｆ２に応じた信号処理用電圧信号Ｖｐｐを生成し、半導体光変調器２１に提供する。半導体光変調器２１は、提供された信号処理用電圧信号Ｖｐｐを半導体レーザ素子１１からの光に印加する。これにより、光伝送装置１では、光伝送用の光信号の生成が可能になる。
【００４２】
本実施形態では、リング共振器６３ａは、例えばIII−V族化合物半導体から成り、この半導体の屈折率は比較的大きな温度依存性を有する。これ故に、リング共振器６３ａの温度をモニタするためのサーミスタ４３は、リング共振器６３ａの近傍に置かれることがよい。例示すれば、図３に示されるように、リング共振器６３ａを含む集積素子２０は、縁２３Ｑ、２３Ｒを備え、縁２３Ｑは、縁２３Ｒの反対側にある。半導体光変調器２１及び波長モニタ素子２２は、集積素子２０における一方の縁２３Ｑから他方の縁２３Ｒへの方向に沿って順に配列される。波長モニタ素子２２のリング共振器６３ａ及びフォトダイオード６４ａ、６４ｂは、縁２３Ｒに沿って配置される。集積素子２０は、縁２３Ｓ、２３Ｔを更に備え、縁２３Ｓは、縁２３Ｔの反対側にある。入力ポート２３ａは、縁２３Ｑ又は縁２３Ｒのいずれかに位置する。本実施例では、入力ポート２３ａは、縁２３Ｑに位置し、出力ポート２３ｂ、２３ｃが縁２３Ｔに位置する。サーミスタ４３は、集積素子２０の縁２３Ｒに沿って設けられることがよい。リング共振器６３ａのフィルタ特性における透過ピーク波長は、例えば０．１ｎｍ／℃程度の温度依存性を有する。この値は、水晶製のエタロンによる波長モニタ素子に比べて、２０倍以上も大きい。
【００４３】
光伝送装置１では、第一光機能素子は、光の発生・増幅を伴わない光処理を行うので、半導体光変調器２１といった第一光機能素子の発熱量の大きさ及び発熱量の変動は、半導体レーザ素子１１の発熱量の大きさ及び発熱量の変動に比べて小さい。このため、この光伝送装置１は、波長モニタ素子２２と半導体レーザ素子１１とのモノリシック集積素子に比べて、波長モニタ素子２２への発熱量変動の影響を低減することができる。
【００４４】
図１を再び参照すると、処理装置２は、外部に出力光を提供するための出力ポート５及び外部導波路６を備え、この外部導波路６は、出力ポート５に光学的に結合される。光分波器２７はレーザ光Ｌ２、Ｌ３を生成し、これらのレーザ光Ｌ２、Ｌ３は、それぞれ、半導体光変調器２１及び波長モニタ素子２２に提供される。半導体光変調器２１はレーザ光Ｌ２を変調して変調光Ｍ２ｂ及びＭ２ｃを生成し、これらの変調光Ｍ２ｂ及びＭ２ｃは、処理装置２の出力ポート５を介して外部に出力される。処理装置２は、電気回路基板９上に搭載されることができる。
【００４５】
図５は、第１の実施形態における光源と集積素子とを含む処理装置の構成を示す図である。図５の（ａ）部は、処理装置２の平面図であり、図５の（ｂ）部は、処理装置２の側面図である。図５の（ａ）及び（ｂ）部では、筐体４の内部を示すために、筐体４は部分的に破断されている。図５に示されるように、処理装置２は、光源１０、前方光学系４１、集積素子２０、及び後方光学系４２を備える。前方光学系４１は、光源１０からのレーザ光Ｌ１を集積素子２０に導入する。このレーザ光Ｌ１は、集積素子２０内において変調を受け、また、波長モニタに使用される。変調されたレーザ光は、後方光学系４２、出力ポート５及び外部導波路６を介して処理装置２の外部に出力される。
【００４６】
一実施例では、前方光学系４１は、レーザ光Ｌ１用のレンズ４１ａ、４１ｂ及びミラー４１ｃを有する。後方光学系４２は、偏波回転子４２ｂ、ミラー４２ｃ、及び偏波合波器４２ｅを有する。必要な場合には、後方光学系４２では、レンズ４２ａが変調光Ｍ２ｂ用に設けられ、レンズ４２ｄが変調光Ｍ２ｃ用に設けられる。偏波合波器４２ｅは、変調光Ｍ２ｂ及び変調光Ｍ２ｃを偏波合成する。後方光学系４２では、レンズ４２ａは出力ポート２３ｂに光学的に結合され、レンズ４２ｄは出力ポート２３ｃに光学的に結合される。
【００４７】
処理装置２では、光源１０からのレーザ光Ｌ１は、レンズ４１ａによって集光された後に、ミラー４１ｃによって光路を変える。その後、レーザ光Ｌ１は、レンズ４１ｂによって集光された後に、入力ポート２３ａを介して集積素子２０内の導波路４６に入力される。後方光学系４２では、レンズ４２ａは、集積素子２０からの変調光Ｍ２ｂを平行光に変換して第一出力光（変調光Ｍ２ｂ）を提供する。この第一出力光は、偏波回転子４２ｂによって偏波方向を回転させられた後にミラー４２ｃによって光路を変更される。一方、レンズ４２ｄは、集積素子２０からの変調光Ｍ２ｃを平行光に変換して第二出力光（変調光Ｍ２ｃ）を提供する。この第二出力光は、偏波合波器４２ｅに入力する。偏波合波器４２ｅは、このように集積素子２０からの第一出力光（変調光Ｍ２ｂ）と第二出力光（変調光Ｍ２ｃ）とを偏波合成して、偏波合成光（変調光Ｍ３）を生成する。変調光Ｍ３は、出力ポート５を介して外部導波路６に提供されて、光伝送装置１の外部に出力される。
【００４８】
図５に示されるように、処理装置２は、逆バイアス印加用電気回路４４、及び実装部材４５を更に備える。逆バイアス印加用電気回路４４は、駆動回路３２Ａからフォトダイオード６４ａ、６４ｂに逆バイアス電圧信号ＶＰＤを印加するための回路である。実装部材４５は、光源１０、前方光学系４１、集積素子２０、後方光学系４２、サーミスタ４３、及び逆バイアス印加用電気回路４４を搭載する。処理装置２では、筐体４の端子２０ｅは、光源１０、集積素子２０、サーミスタ４３及び第一温度制御素子３といった筐体内の各素子と電気的に接続されており、導電線を介して制御装置３０に電気的に接続される。
【００４９】
光伝送装置１では、光源１０及び集積素子２０が単一の第一温度制御素子３上に搭載される。第一温度制御素子３は、光源１０の底面の温度を一定に保ち、第一温度制御素子３は、光源１０における波長可変のヒータ１３ａ〜１３ｅ制御のための基準温度を提供している。ヒータ１３ａ〜１３ｅは光源１０の半導体レーザ素子１１の上面に設けられている。半導体レーザ素子１１の回折格子層は上面近傍に位置するので、回折格子層の温度はヒータ１３ａ〜１３ｅによって可変となり、これにより光源１０の発振波長が可変となる。光源１０の底面の温度は第一温度制御素子３によって一定の基準温度に保たれる。この基準温度を規定する第一温度制御素子３上に設置された単一の実装部材４５に、光源１０と集積素子２０内の波長モニタ素子２２との両方を搭載できる。光源１０の発熱が波長モニタ素子２２に干渉することを防ぎながら、波長モニタと発振波長制御とを単一の第一温度制御素子３を利用して行うことができる。
【００５０】
（第２の実施の形態）
図６は、第２の実施形態における光伝送装置の概略図である。光伝送装置１Ｐは、処理装置２Ｐ及び制御装置３０Ｐを備える。処理装置２Ｐは、光源１０Ｐ及び集積素子２０Ｐを備える。光伝送装置１Ｐでは、光源１０Ｐは、一実施例では、第一の実施形態の光源１０と同様の構成を備えることができるが、本実施形態は、これに限定されない。本実施形態では、第一光機能素子として半導体コヒーレント光受信器２１Ｐが用いられる。集積素子２０Ｐは、第一光処理を行うための半導体コヒーレント光受信器２１Ｐと波長モニタ素子２２Ｐとを含む。半導体コヒーレント光受信器２１Ｐと波長モニタ素子２２Ｐとはモノリシックに集積されている。半導体コヒーレント光受信器２１Ｐ及び波長モニタ素子２２Ｐは、半導体レーザ素子１１からのレーザ光Ｌ１を受ける。半導体レーザ素子１１の一の端面１１ｅは、集積素子２０Ｐ内の半導体コヒーレント光受信器２１Ｐ及び波長モニタ素子２２Ｐに光学的に結合される。半導体コヒーレント光受信器２１Ｐは、第一光処理として、コヒーレント復調を行う。具体的には、半導体コヒーレント光受信器２１Ｐは、半導体レーザ素子１１からのレーザ光Ｌ１をローカル光として用いて、位相変調された外部変調光Ｌ１０をコヒーレント復調して、復調光を生成する。処理装置２Ｐは、入力ポート７及び外部導波路８を更に備え、入力ポート７及び外部導波路８を介して、外部から外部変調光Ｌ１０を集積素子２０Ｐに提供している。半導体コヒーレント光受信器２１Ｐでは復調光は、受光素子によって電気信号に変換される。この電気信号は、受信信号Ｆ３として（電流として）半導体コヒーレント光受信器２１Ｐの外部に出力される。
【００５１】
処理装置２Ｐは、筐体４Ｐと第一温度制御素子３Ｐとを更に備える。第一温度制御素子３Ｐは、光源１０Ｐ及び集積素子２０Ｐを搭載する。第一温度制御素子３Ｐは、光源１０Ｐ及び集積素子２０Ｐの各温度を調整するために設けられる。本実施形態では、第一温度制御素子３Ｐは、例えば、ペルチェ素子、ヒータ素子又は水冷装置などを包含することができる。処理装置２Ｐでは、光源１０Ｐ及び集積素子２０Ｐは、電気回路基板９Ｐ上に搭載されることができる。
【００５２】
第２の実施形態では、波長モニタ素子２２Ｐは半導体レーザ素子１１からの光を受けて波長モニタ信号ＳＭＯＮを生成する。波長モニタ信号ＳＭＯＮは、半導体レーザ素子１１の発振波長に応じた大きさを有する電気的な信号である。制御装置３０Ｐは、波長モニタ信号ＳＭＯＮを受けて、半導体レーザ素子１１の発振波長と目標発振波長λ１との差分情報を生成する。制御装置３０Ｐは、この差分情報に基づいて、半導体レーザ素子１１の発振波長を目標発振波長λ１に近づけるように半導体レーザ素子１１のヒータ１３ａ〜１３ｅを制御する。これにより、目標発振波長λ１を得るための設定温度プロファイルＴＬＤに半導体レーザ素子１１の部分回折格子層１９ａ〜１９ｃの温度が近づく結果として、この温度制御を受けた半導体レーザ素子１１は、目標発振波長λ１に近い波長又は目的発振波長のレーザ光Ｌ１を発振することができる。
【００５３】
光伝送装置１Ｐでは、波長モニタ素子２２Ｐは、半導体レーザ素子１１ではなく、第一光機能素子である半導体コヒーレント光受信器２１Ｐと集積されている。この集積によれば、発熱量の大きな半導体レーザ素子１１が経年変化を起こした際、その経年変化に伴う半導体レーザ素子１１の発熱量の変動が波長モニタ素子２２Ｐの温度に影響することが抑えられる。波長モニタ素子２２Ｐは、半導体レーザ素子１１の発熱量変動の影響を受けることなく、半導体レーザ素子１１の発振波長をモニタできる。
【００５４】
制御装置３０Ｐは、駆動装置３１Ｐと駆動装置３２Ｐとを備える。駆動装置３１Ｐは、半導体レーザ素子１１を制御するためのデータを格納した装置、例えばルックアップテーブル３１Ｄと、駆動回路３１Ｃとを有することができる。駆動装置３２Ｐは、集積素子２０Ｐ及び第一温度制御素子３Ｐの双方を制御するためのデータを格納した装置、例えばルックアップテーブル３２Ｄと、駆動回路３２Ｃとを有する。駆動回路３２Ｃは、集積素子２０Ｐに制御信号ＪＴＩＡを提供する。制御信号ＪＴＩＡは、集積素子２０Ｐ内の増幅器（例えばTrans-impedance Amplifier：ＴＩＡ）７３、７４を制御するための信号である。制御装置３０Ｐは、処理装置（例えばＣＰＵなど）と、記憶装置（例えばＲＡＭ及びＲＯＭなど）とを備えることができる。処理装置及び記憶装置は、電気回路基板上に搭載される。
【００５５】
図７は、第２の実施形態における集積素子の構成を示す図である。図７を参照しながら、半導体コヒーレント光受信器２１Ｐ及び波長モニタ素子２２Ｐを説明する。集積素子２０Ｐは、入力ポート２３ｐ、２３ｑ、光分波器２７Ｐ、導波路８１、８１ａ、８１ｂ及び８２を有する。光分波器２７Ｐは、入力ポート２３ｐ及び導波路８１を介して集積素子２０Ｐ内に導入されたレーザ光Ｌ１ａを分岐させ、レーザ光Ｌ２０、Ｌ３０を生成させる。光分波器２７Ｐは、例えばＭＭＩ、Ｙ分岐導波路又は結合導波路などを包含する。レーザ光Ｌ２０は、導波路８１ａによって、ローカル光として半導体コヒーレント光受信器２１Ｐに導かれる。これに加えて、入力ポート２３ｑ及び導波路８２を介して集積素子２０Ｐ内に導入された外部変調光Ｌ１０ａも、半導体コヒーレント光受信器２１Ｐに導かれる。レーザ光Ｌ３０は、導波路８１ｂを介して波長モニタ素子２２Ｐに導かれる。
【００５６】
図７に示されるように、半導体コヒーレント光受信器２１Ｐは、９０度ハイブリッド８３と受光素子８４とを備える。受光素子８４は、フォトダイオード８４ａ〜８４ｄを含む。９０度ハイブリッド８３は、２×４ＭＭＩカプラ８３Ｌ、２×２ＭＭＩカプラ８３Ｍ、及び導波路８２ａ〜８２ｆを有する。ＭＭＩカプラ８３Ｌは、入力ポート８３ａ、８３ｂ、出力ポート８３ｃ〜８３ｆを有する。ＭＭＩカプラ８３Ｌの入力ポート８３ａ、８３ｂは、それぞれ、導波路８２及び８１ａに光学的に結合され、出力ポート８３ｃ〜８３ｆは、それぞれ、導波路８２ａ〜８２ｄに光学的に結合される。ＭＭＩカプラ８３Ｍは、入力ポート８３ｐ、８３ｑ、出力ポート８３ｒ、８３ｓを有する。ＭＭＩカプラ８３Ｍの入力ポート８３ｐ、８３ｑは、それぞれ、導波路８２ｃ、８２ｄに光学的に結合されると共に、出力ポート８３ｒ、８３ｓは、それぞれ、導波路８２ｅ、８２ｆに光学的に結合される。９０度ハイブリッド８３の４つの出力ポート８３ｃ〜８３ｆは、導波路８２ａ、８２ｂ、８２ｅ及び８２ｆを介して、フォトダイオード８４ａ〜８４ｄに光学的に結合される。
【００５７】
半導体コヒーレント光受信器２１Ｐは、入力ポート２３ｑ及び導波路８２を介して、位相変調された外部変調光Ｌ１０ａを受ける。外部変調光Ｌ１０ａは、入力ポート８３ａを介して９０度ハイブリッド８３に入力される。レーザ光Ｌ２０は、導波路８１ａ及び入力ポート８３ｂを介して、ローカル光として９０度ハイブリッド８３に入力される。９０度ハイブリッド８３では、外部変調光Ｌ１０ａ（伝送光）及びレーザ光Ｌ２０（ローカル光）が互いに干渉して、干渉光Ｍ１０ａ〜Ｍ１０ｄが生成される。干渉光Ｍ１０ａ〜Ｍ１０ｄは、外部変調光Ｌ１０ａとレーザ光Ｌ２０との位相差に応じて、フォトダイオード８４ａ〜８４ｄに入力されて電気信号に変換される。フォトダイオード８４ａ〜８４ｄには、逆バイアス電圧信号ＶＰＤが印加される。逆バイアス電圧信号ＶＰＤは、例えば３．３Ｖである。
【００５８】
集積素子２０Ｐでは、増幅器７３ａ、７３ｂが設けられている。フォトダイオード８４ａ、８４ｂからの２つの光電流は、増幅器７３ａに提供され、フォトダイオード８４ｃ、８４ｄからの２つの光電流は、増幅器７３ｂに提供される。増幅器７３ａ、７３ｂは、これらの光電流に応じた電気信号を外部に出力する。具体的には、フォトダイオード８４ａ、８４ｂからの光電流は、増幅器７３ａによって電圧信号ＩＰＤａ、ＩＰＤｂに変換され、更に増幅器７３ａによって電圧差信号ΔＶ１が求められる。電圧差信号ΔＶ１は、ΔＶ１＝ＩＰＤａ−ＩＰＤｂとして表される。フォトダイオード８４ｃ、８４ｄからの光電流は、増幅器７３ｂによって電圧信号ＩＰＤｃ、ＩＰＤｄに変換され、更に増幅器７３ｂによって電圧差信号ΔＶ２に変換される。電圧差信号ΔＶ２は、ΔＶ２＝ＩＰＤｃ−ＩＰＤｄとして表される。
【００５９】
波長モニタ素子２２Ｐは、例えばＭＭＩカプラを含む光分波器８５、８６と、９０度ハイブリッド素子８７と、フォトダイオード８８ａ〜８８ｃと、導波路８１ｃ〜８１ｈとを備える。光分波器８５は、導波路８１ｃを介して光分波器８６に光学的に結合され、光分波器８６は、導波路８１ｅ、８１ｆを介して９０度ハイブリッド素子８７に光学的に結合される。導波路８１ｅの光路長は、導波路８１ｆの光路長と異なる。光路長が異なる理由は、導波路８１ｅを導波した光と導波路８１ｆを導波した光とを９０度ハイブリッド素子８７内で干渉させて、導波路８１ｇ、８１ｈに出力される光の強度に波長依存性を持たせるためである。フォトダイオード８８ａ、８８ｂは、それぞれ、導波路８１ｇ、８１ｈを介して９０度ハイブリッド素子８７からの光信号を受ける。フォトダイオード８８ｃは、導波路８１ｄを介して光分波器８５からの光信号を受ける。
【００６０】
光分波器８５は、レーザ光Ｌ３０を分岐して、レーザ光Ｌ３０ａ、Ｌ３０ｂを生成する。レーザ光Ｌ３０ａは、導波路８１ｄを介してフォトダイオード８８ｃに入力され、光電流Ｃ３を生成する。レーザ光Ｌ３０ｂは、導波路８１ｃを介して光分波器８６に入力され、光分波器８６は、レーザ光Ｌ３０ｃ、Ｌ３０ｄを生成する。レーザ光Ｌ３０ｃ、Ｌ３０ｄは、９０度ハイブリッド素子８７に入力され、９０度ハイブリッド素子８７内で干渉する。９０度ハイブリッド素子８７は干渉光Ｌ３０ｅ、Ｌ３０ｆを生成し、干渉光Ｌ３０ｅ、Ｌ３０ｆはそれぞれフォトダイオード８８ａ、８８ｂに入力され、フォトダイオード８８ａ、８８ｂは、光電流Ｃ１、Ｃ２を生成する。光電流Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、波長モニタ動作のために利用される。
【００６１】
図７を参照して、フォトダイオード８８ａ、８８ｂからの光電流Ｃ１、Ｃ２が外部に提供される様子について説明する。集積素子２０Ｐでは、増幅器７４ａ及び電気処理回路７４ｃが更に設けられている。本実施例では、光電流Ｃ１、Ｃ２は、増幅器７４ａに入力される。増幅器７４ａは、光電流Ｃ１、Ｃ２をそれぞれの電圧値に変換すると共に、これら二つの電圧値の差分を示す波長モニタ信号ΔＩ１２を生成する。半導体コヒーレント光受信器２１Ｐにおいて、増幅器７４ａと同じ構造を有する増幅器７３ａ、７３ｂが用いられているので。波長モニタ素子２２Ｐにおいて増幅器７４ａを用いることが好適である。同じ構造の増幅器が配列されると、モジュールの構造が簡略化される。光電流Ｃ３は、電気処理回路７４ｃに入力される。電気処理回路７４ｃは、電流値を電圧値の波長モニタ信号ＩＰＤ３に変換する機能を有する。
【００６２】
図６を再び参照して、制御装置３０Ｐにおける波長モニタ信号の処理について説明する。本実施形態では、駆動装置３２Ｐの駆動回路３２Ｃは、波長モニタ素子２２Ｐから波長モニタ信号ΔＩ１２、ＩＰＤ３を受けて、両者の比Ｐ０＝ΔＩ１２／ＩＰＤ３に対応する信号を生成する。波長モニタ信号ΔＩ１２及びＩＰＤ３は、それぞれ、増幅器７４ａ及び７４ｃから得られる。これらの信号生成は、制御装置３０Ｐ内に設けられた回路によって行われる。比Ｐ０は、波長モニタ素子２２Ｐに入るレーザ光Ｌ２０の強度に依存せず、レーザ光Ｌ２０の波長の変化分に応じて変化する値を有する。駆動回路３１Ｃは、駆動回路３２Ｃからの比Ｐ０と、ルックアップテーブル３１Ｄから目標発振波長λ１に対応する比Ｐ１とを取得する。駆動回路３１Ｃは、比Ｐ０と比Ｐ１との差に対応して半導体レーザ素子１１のヒータ電流ＩＨａ〜ＩＨｅを制御する。半導体レーザ素子１１では、そのヒータ電流ＩＨａ〜ＩＨｅに応じた温度変化が引き起こされる。駆動回路３１Ｃ及び３２Ｃでは、半導体レーザ素子１１からのレーザ光Ｌ１のモニタによる波長モニタ信号ΔＩ１２及びＩＰＤ３に基づき、半導体レーザ素子１１の制御のための制御信号ＩＨａ〜ＩＨｅを生成するというフィードバック制御が行われる。このフィードバック制御によって、比Ｐ０が比Ｐ１に近づくように半導体レーザ素子１１のヒータ電流ＩＨａ〜ＩＨｅの調整が継続して行われるので、半導体レーザ素子１１は、目標発振波長λ１に近い波長又は目標発振波長のレーザ光Ｌ１を発生できる。
【００６３】
本実施形態では、上記の制御の代わりに、以下のような信号生成を行うことができる。例えば、電圧値の差分である波長モニタ信号ΔＩ１２を用いることなく、光電流Ｃ１、Ｃ２の一方を、フォトダイオード８８ａ、８８ｂの電圧に変換すると共に、この変換された電圧信号を駆動回路３２Ｃにおける処理に用いてもよい。あるいは、光電流Ｃ１、Ｃ２の双方が電圧に変換されて、これらの変換された電圧信号が駆動回路３２Ｃに送られてもよい。この場合、フォトダイオード８８ａの電圧値Ｖ１とフォトダイオード８８ｃの電圧値Ｖ３の比、及びフォトダイオード８８ｂの電圧値Ｖ２とフォトダイオード８８ｃの電圧値Ｖ３の比の両方が、駆動回路３２Ｃにおいて利用される。
【００６４】
光伝送装置１Ｐの動作中においても、駆動回路３１Ｃ及び駆動回路３２Ｃは、波長モニタ素子２２Ｐからの波長モニタ信号ΔＩ１２、ＩＰＤ３に応じて、半導体レーザ素子１１にフィードバック制御を行う。ヒータ電流ＩＨａ〜ＩＨｅの調整による半導体レーザ素子１１の回折格子層の温度調整が継続して行われて、半導体レーザ素子１１の発振波長が一定に保たれる。光伝送装置１Ｐでは、レーザ光Ｌ１の波長を一定値に保つために、多くの場合、半導体レーザ素子１１の部分回折格子層１９ａ〜１９ｃの温度は一定値を維持しない。光伝送装置１Ｐの動作開始の際には、レーザ光Ｌ１の発振波長が目標発振波長λ１に設定されるとき（ロックしようとする波長が目標発振波長λ１であるとき）、駆動回路３２Ｃは、半導体コヒーレント光受信器２１Ｐの増幅器等を駆動する。これにより、光伝送装置１Ｐでは、信号として送られてくる外部変調光Ｌ１０の受信が開始される。
【００６５】
図８の（ａ）部は、図７のＤ−Ｄ線に沿ってとられたフォトダイオードの断面を示す図である。フォトダイオード８４ａ〜８４ｄは、ＩｎＰ基板上に作製される。フォトダイオード８４ａ〜８４ｄは、上部コンタクト層８４ｐ、上部クラッド層８４ｑ、光吸収層８４ｒ及び下部クラッド層８４ｓを含む導波路構造を有する。上部コンタクト層８４ｐに接して電極８４ｆが設けられている。下部クラッド層８４ｓに接して電極８４ｅが設けられている。電極８４ｆ、８４ｅを介して光吸収層８４ｒに逆バイアス電圧が印加される。また、電極８４ｆ、８４ｅを介して光電流が増幅器または電気処理回路に出力される。半導体コヒーレント光受信器２１Ｐの素子構造は、波長モニタ素子２２Ｐのフォトダイオードと同じ素子構造を備えるので、各フォトダイオードに対して同一のバイアス印加及び信号処理を行うことが可能である。以下に、一例の半導体積層を示す。
上部コンタクト層８４ｐ：ｐ型ＧａＩｎＡｓ。
上部クラッド層８４ｑ：ｐ型ＩｎＰ。
光吸収層８４ｒ：ｉ型ＧａＩｎＡｓ。
下部クラッド層８４ｓ：ｎ型ＩｎＰ。
【００６６】
図８の（ｂ）部は、図７のＥ−Ｅ線に沿ってとられた半導体コヒーレント光受信器の導波路の断面を示す図である。半導体コヒーレント光受信器２１Ｐは、波長モニタ素子２２Ｐと同一のＩｎＰ基板上に作製される。本実施例では、半導体コヒーレント光受信器２１Ｐの導波路８２ｆは、上部クラッド層８２ｑ、コア層８２ｒ、下部クラッド層８２ｓを含む導波路構造を有する。以下に、一例の半導体積層を示す。
上部クラッド層８２ｑ：ｐ型ＩｎＰ。
コア層８２ｒ：ｉ型ＧａＩｎＡｓＰ。
下部クラッド層８２ｓ：ｎ型ＩｎＰ。
【００６７】
図７を再び参照して、集積素子２０Ｐにおける光処理について説明する。集積素子２０Ｐ内の９０度ハイブリッド素子８７は半導体によって作製され、この半導体の屈折率の温度依存性は大きい。９０度ハイブリッド素子８７のわずかな温度変化を適切に検出するために、サーミスタ４３Ｐは、９０度ハイブリッド素子８７の近傍に置かれることがよい。例示すれば、図７に示されるように、９０度ハイブリッド素子８７を含む集積素子２０Ｐは一対の縁２３Ｅ、２３Ｆを備えている。半導体コヒーレント光受信器２１Ｐ及び波長モニタ素子２２Ｐは、一方の縁２３Ｅから他方の縁２３Ｆへの方向に配列されており、９０度ハイブリッド素子８７及びフォトダイオード８８は縁２３Ｆに沿って配列される。サーミスタ４３Ｐは、縁２３Ｆに沿って設けられることがよい。波長モニタ素子２２Ｐの９０度ハイブリッド素子８７は、半導体で作製されている。半導体の屈折率は、例えば水晶製のエタロンに比べて大きな屈折率の温度依存性（例えば約２０倍程度以上）を有する。波長モニタ素子２２Ｐでは、第一温度制御素子３Ｐは、９０度ハイブリッド素子８７の温度を一定温度Ｔｍｏｎに保つために有用である。
【００６８】
本実施形態では、第一光機能素子は、光の発生・増幅を伴わない光処理を行うので、半導体コヒーレント光受信器２１Ｐといった第一光機能素子の発熱量は、いずれも半導体レーザ素子１１の発熱量に比べて小さく、また、半導体コヒーレント光受信器２１Ｐの発熱量の変化分も、半導体レーザ素子１１に比べて小さい。この光伝送装置１Ｐ内のモノリシック集積素子は、半導体レーザ素子１１の特性変動からの影響から解放される。
【００６９】
光伝送装置１Ｐでは、光源１０Ｐ及び集積素子２０Ｐが単一の第一温度制御素子３Ｐ上に搭載される。第一温度制御素子３Ｐは、光源１０Ｐの底面の温度を一定に保ち、第一温度制御素子３は、光源１０Ｐにおける波長可変のヒータ１３ａ〜１３ｅ制御のための基準温度を提供している。ヒータ１３ａ〜１３ｅは光源１０Ｐの半導体レーザ素子１１の上面に設けられている。半導体レーザ素子１１の回折格子層は上面近傍に位置するので、回折格子層の温度はヒータ１３ａ〜１３ｅによって可変となり、これにより光源１０Ｐの発振波長が可変となる。光源１０Ｐの底面の温度は第一温度制御素子３Ｐによって一定の基準温度に保たれる。この基準温度を規定する第一温度制御素子３Ｐ上に設置された単一の実装部材４５Ｐに、光源１０Ｐと集積素子２０Ｐ内の波長モニタ素子２２Ｐとの両方を搭載できる。光源１０Ｐの発熱が波長モニタ素子２２Ｐに干渉することを防ぎながら、波長モニタと発振波長制御とを単一の第一温度制御素子３Ｐを利用して行うことができる。
【００７０】
本実施形態では、９０度ハイブリッド素子８７を含む波長モニタ素子２２Ｐに替えて、例えば、第１の実施形態の光回路６３を含む波長モニタ素子２２が用いられてもよい。また、第１の実施形態では、波長モニタ素子として、光回路６３を含む波長モニタ素子２２Ｐが用いられたが、この波長モニタ素子２２に替えて、本実施形態の９０度ハイブリッド素子８７を含む波長モニタ素子２２Ｐが用いられてもよい。
【００７１】
図９は、第２の実施形態における光源と集積素子とを含む処理装置の構成を示す図である。処理装置２Ｐは、筐体４Ｐに収容されている。図９の（ａ）部は、処理装置２Ｐの平面図であり、図９の（ｂ）部は、処理装置２Ｐの側面図である。図９の（ａ）及び（ｂ）部では、筐体４Ｐは、筐体４Ｐの内部を示すために部分的に破断されている。図９に示されるように、処理装置２Ｐは、光源１０Ｐ、ローカル光学系７１、外部信号光学系７２、集積素子２０Ｐ、２０Ｑ、増幅器７３ａ〜７３ｄ、及び増幅器７４ａ、７４ｂ、電気処理回路７４ｃ、７４ｄを備える。処理装置２Ｐは、第一温度制御素子３Ｐ上に実装部材４５Ｐを更に備え、光源１０Ｐ及び集積素子２０Ｐは、共に実装部材４５Ｐに搭載される。ローカル光学系７１は、レーザ光Ｌ１のための光学系であり、光源１０Ｐと集積素子２０Ｐ、２０Ｑとを光学的に結合させる。外部信号光学系７２は、外部変調光Ｌ１０のための光学系であり、入力ポート７と集積素子２０Ｐ、２０Ｑとを光学的に結合させる。増幅器７３ａ、７３ｂ、７４ａ、電気処理回路７４ｃは、集積素子２０Ｐに結合される。増幅器７３ｃ、７３ｄ、７４ｂ、電気処理回路７４ｄは、集積素子２０Ｑに結合される。ローカル光学系７１は、レンズ７１ａ、ビームスプリッタ７１ｂ、レンズ７１ｃ、ミラー７１ｄ、レンズ７１ｅを有する。外部信号光学系７２は、偏波ビームスプリッタ７２ａ、ミラー７２ｂ、レンズ７２ｃ、偏波回転子７２ｄ、及びレンズ７２ｅを有する。
【００７２】
レーザ光Ｌ１は、レンズ７１ａによって集光された後、ビームスプリッタ７１ｂによってレーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂに分波される。レーザ光Ｌ１ａは、レンズ７１ｃによって再び集光された後、集積素子２０Ｐに入力される。一方、レーザ光Ｌ１ｂは、ミラー７１ｄによって反射されて光路を変え、レンズ７１ｅによって再び集光された後、集積素子２０Ｑに入力される。外部変調光Ｌ１０は、その偏波に応じて、偏波ビームスプリッタ７２ａによって反射され、又は、偏波ビームスプリッタ７２ａを直進する。反射された外部変調光Ｌ１０ａは、ミラー７２ｂによって光路を変えた後、レンズ７２ｃによって集光される。集光された外部変調光Ｌ１０ａは、集積素子２０Ｐに入力される。直進した外部変調光Ｌ１０ｂは、偏波回転子７２ｄを通過後、レンズ７２ｅによって集光される。集光された外部変調光Ｌ１０ｂは、集積素子２０Ｑに入力される。
【００７３】
（第３の実施の形態）
図１０は、第３の実施形態における光伝送装置の概略図である。光伝送装置１Ｒは、処理装置２Ｒ及び制御装置３０Ｒを備える。また、光伝送装置１Ｒは、第１及び第２の実施形態と異なり、第二光機能素子としての変調素子９０Ｒを更に備える。
【００７４】
処理装置２Ｒは、筐体４Ｒ及び筐体９７Ｒを備える。筐体４Ｒは出力ポート１６を有し、筐体９７Ｒは入力ポート９８を有する。出力ポート１６と入力ポート９８との間に、導波路１７が設けられる。出力ポート１６は、導波路１７を介して、入力ポート９８に光学的に結合される。筐体４Ｒは、入力ポート７及び外部導波路８を更に備える。筐体９７Ｒは、出力ポート９５及び外部導波路９６を更に備える。光伝送装置１Ｒでは、処理装置２Ｒ及び変調素子９０Ｒは、電気回路基板９Ｒ上に搭載されることができる。
【００７５】
処理装置２Ｒは、光源１０、集積素子２０Ｒ及び光分波器１５Ｒを備え、この光分波器１５Ｒは、光源１０に含まれる半導体レーザ素子１１からのレーザ光Ｌ１を、レーザ光Ｌ４０とレーザ光Ｌ５０とに分波する。レーザ光Ｌ４０は集積素子２０Ｒに提供され、レーザ光Ｌ５０は、出力ポート１６、導波路１７及び入力ポート９８を介して、変調素子９０Ｒに提供される。
【００７６】
光伝送装置１Ｒでは、光源１０は、一実施例では、第一の実施形態と同様であることができる。集積素子２０Ｒは、一実施例では、第２の実施形態の集積素子２０Ｐと同様であり、波長モニタ素子２２Ｒと、第一光機能素子としての半導体コヒーレント光受信器２１Ｒとを有する。このため、集積素子２０Ｒは、レーザ光Ｌ４０を使った波長モニタと、レーザ光Ｌ４０と外部変調光Ｌ１０を使った第一光処理としてのコヒーレント復調とを行う。外部変調光Ｌ１０は、外部導波路８及び入力ポート７を介して、半導体コヒーレント光受信器２１Ｒに光学的に結合される。コヒーレント復調は、受信信号Ｆ３として外部に出力される。波長モニタ素子２２Ｒは、例えば、第１の実施形態の光回路６３または第２の実施形態の９０度ハイブリッド素子８７を含むことができる。変調素子９０Ｒは、一実施例では、半導体光変調器９１Ｒを含む。半導体光変調器９１Ｒは、送信信号Ｆ２に応じて、第二光処理として、半導体レーザ素子１１からのレーザ光Ｌ５０を変調する。変調光は、出力ポート９５及び外部導波路９６を介して、変調光Ｍ３として外部に出力される。
【００７７】
処理装置２Ｒは、第一温度制御素子３Ｒ及び第二温度制御素子９３Ｒを備える。第一温度制御素子３Ｒは、光源１０及び集積素子２０Ｒを搭載する。第一温度制御素子３Ｒは、光源１０及び集積素子２０Ｒの温度を調整するために設けられる。第二温度制御素子９３Ｒは、変調素子９０Ｒを搭載する。第二温度制御素子９３Ｒは、半導体光変調器９１Ｒの温度を調整するために設けられる。筐体４Ｒは、光源１０、集積素子２０Ｒ及び第一温度制御素子３Ｒを収容する。筐体９７Ｒは、変調素子９０Ｒ及び第二温度制御素子９３Ｒを収容する。第一温度制御素子３Ｒ及び第二温度制御素子９３Ｒは、例えば、ペルチェ素子、ヒータ素子又は水冷装置などを包含することができる。
【００７８】
本実施形態では、同一の半導体レーザ素子１１からのレーザ光Ｌ１（レーザ光Ｌ４０、Ｌ５０）によって、波長モニタ動作、変調、及びコヒーレント復調が行われる。このため、波長モニタ素子２２Ｒによって、目標発振波長λ１を有するようになったレーザ光Ｌ１を用いて、光伝送装置１Ｒは、変調及びコヒーレント復調を行うことができる。本実施形態の半導体コヒーレント光受信器２１Ｒ及び半導体光変調器９１Ｒは、同一波長での素子特性を発揮することができる。
【００７９】
本実施形態では、半導体コヒーレント光受信器２１Ｒが第一光機能素子として用いられ、半導体光変調器９１Ｒが第二光機能素子として用いられたが、この他に、半導体光変調器９１Ｒが第一光機能素子として用いられ、半導体コヒーレント光受信器２１Ｒが第二光機能素子として用いられてもよい。この場合、半導体光変調器９１Ｒが波長モニタ素子２２Ｒとモノリシックに集積されて第一温度制御素子３Ｒに搭載され、半導体コヒーレント光受信器２１Ｒが第二温度制御素子９３Ｒに搭載される。また、半導体光変調器９１Ｒが第一及び第二光機能素子として用いられ、半導体コヒーレント光受信器２１Ｒが第一及び第二光機能素子として用いられてもよい。いずれの場合も、半導体コヒーレント光受信器２１Ｒ及び半導体光変調器９１Ｒは、光の発生・増幅を伴わない光処理を行う。半導体コヒーレント光受信器２１Ｒや半導体光変調器９１Ｒといった第一光機能素子の発熱量の大きさ及び発熱量の変動は、いずれも半導体レーザ素子１１の発熱量の大きさ及び発熱量の変動に比べて小さい。このため、この光伝送装置は、波長モニタ素子２２Ｒと半導体レーザ素子１１とのモノリシック集積素子に比べて、波長モニタ素子２２Ｒへの発熱量変動の影響を低減することができる。本実施形態では、更に、半導体光変調器９１Ｒの温度は、第一温度制御素子３Ｒと別の第二温度制御素子９３Ｒによって調整される。このため、いずれも半導体レーザ素子１１との発熱量の変動の影響を受けないで、温度制御を受けることができる。
【００８０】
光伝送装置１Ｒでは、制御装置３０Ｒは、駆動装置３１Ｒ、３２Ｒを備える。駆動装置３１Ｒは、駆動回路３１Ｅ、３１Ｆを有し、光源１０及び集積素子２０Ｒの双方を制御するためのデータを格納した装置、例えばルックアップテーブル３１Ｇを更に有することができる。駆動装置３２Ｒは、駆動回路３２Ｅを有し、変調素子９０Ｒを制御するためのデータを格納した装置、例えばルックアップテーブル３２Ｇを更に有することができる。駆動装置３１Ｒは、光源１０及び集積素子２０Ｒの双方に対して、第２の実施形態の制御装置３０Ｐと同様の制御を行う。駆動装置３１Ｒは、目標発振波長情報Ｆ１に基づいて、半導体レーザ素子１１の発振波長を制御する。一方、駆動装置３２Ｒは、変調素子９０Ｒに対して、波長モニタ素子２２への制御を除いて、第１の実施形態の制御装置３０と同様の制御を行う。
【００８１】
（第４の実施の形態）
図１１は、第４の実施形態における光伝送装置の概略図である。光伝送装置１Ｓは、処理装置２Ｓ及び制御装置３０Ｓを備える。第１及び第２の実施形態と異なり、処理装置２Ｓは、光源１０Ｓ及び集積素子２０Ｓに加えて、第三光機能素子としての変調素子９０Ｓを更に備える。
【００８２】
処理装置２Ｓは、筐体４Ｓを備える。筐体４Ｓは、光源１０Ｓ、集積素子２０Ｓ及び変調素子９０Ｓを収容する。また、筐体４Ｓは、入力ポート７及び外部導波路８を備え、出力ポート９５及び外部導波路９６を備える。光伝送装置１Ｓでは、処理装置２Ｓは、電気回路基板９Ｓ上に搭載されることができる。処理装置２Ｓは、光分波器１５Ｓを備え、この光分波器１５Ｓは、半導体レーザ素子１１からのレーザ光Ｌ１を、レーザ光Ｌ４０とレーザ光Ｌ５０とに分波する。レーザ光Ｌ４０は集積素子２０Ｓに提供され、レーザ光Ｌ５０は、変調素子９０Ｓに提供される。
【００８３】
光伝送装置１Ｓの光源１０Ｓは、一実施例では、第一の実施形態と同様であることができる。集積素子２０Ｓは、一実施例では、第２の実施形態の集積素子２０Ｐと同様であり、半導体コヒーレント光受信器２１Ｓ及び波長モニタ素子２２Ｓを有する。このため、集積素子２０Ｓは、レーザ光Ｌ４０と外部変調光Ｌ１０を使ったコヒーレント復調と、レーザ光Ｌ４０を使った波長モニタとを行う。外部変調光Ｌ１０は、外部導波路８及び入力ポート７を介して、半導体コヒーレント光受信器２１Ｓに光学的に結合される。コヒーレント復調は、受信信号Ｆ３として外部に出力される。波長モニタ素子２２Ｓは、例えば、第１の実施形態の光回路６３または第２の実施形態の９０度ハイブリッド素子８７を含むことができる。
【００８４】
変調素子９０Ｓは、一実施例では、半導体光変調器９１Ｓを含む。半導体光変調器９１Ｓは、送信信号Ｆ２に応じて、第三光処理として半導体レーザ素子１１からのレーザ光Ｌ５０を変調する。変調光は、出力ポート９５及び外部導波路９６を介して、変調光Ｍ３として外部に出力される。
【００８５】
処理装置２Ｓは、第一温度制御素子３Ｓを備える。第一温度制御素子３Ｓは、光源１０Ｓ、集積素子２０Ｓ及び変調素子９０Ｓを搭載する。第一温度制御素子３Ｓは、光源１０Ｓ、集積素子２０Ｓ及び変調素子９０Ｓの各温度を調整するために設けられる。第一温度制御素子３Ｓは筐体４Ｓに収容される。第一温度制御素子３Ｓは、例えば、ペルチェ素子、ヒータ素子又は水冷装置などを包含することができる。
【００８６】
本実施形態では、同一の半導体レーザ素子１１からのレーザ光Ｌ１（レーザ光Ｌ４０、Ｌ５０）によって、波長モニタ動作、変調、及びコヒーレント復調が行われる。このため、波長モニタ素子２２Ｓによって、目標発振波長λ１を有するようになったレーザ光Ｌ１を用いて、光伝送装置１Ｓは、変調及びコヒーレント復調を行うことができる。本実施形態の半導体コヒーレント光受信器２１Ｓ及び半導体光変調器９１Ｓは、同一波長での素子特性を発揮することができる。
【００８７】
本実施形態では、半導体コヒーレント光受信器２１Ｓが第一光機能素子として用いられ、半導体光変調器９１Ｓが第三光機能素子として用いられたが、この他に、半導体光変調器９１Ｓが第一光機能素子として用いられ、半導体コヒーレント光受信器２１Ｓが第三光機能素子として用いられてもよい。この場合には、半導体光変調器９１Ｓが波長モニタ素子２２Ｓとモノリシックに集積される。また、半導体光変調器９１Ｓが第一及び第三光機能素子として用いられ、半導体コヒーレント光受信器２１Ｓが第一及び第三光機能素子として用いられてもよい。いずれの場合も、半導体コヒーレント光受信器２１Ｓ及び半導体光変調器９１Ｓは、光の発生・増幅を伴わない光処理を行う。半導体コヒーレント光受信器２１Ｓといった第一光機能素子の発熱量の大きさ及び発熱量の変動は、いずれも半導体レーザ素子１１の発熱量の大きさ及び発熱量の変動に比べて小さい。このため、この光伝送装置は、波長モニタ素子２２Ｓと半導体レーザ素子１１とのモノリシック集積素子に比べて、波長モニタ素子２２Ｓへの発熱量変動の影響を低減することができる。更に、光伝送装置１Ｓでは、光源１０Ｓ、集積素子２０Ｓ及び変調素子９０Ｓが単一の第一温度制御素子３Ｓ上に搭載されるので、第一温度制御素子３Ｓは、光源１０における波長可変のヒータ１３ａ〜１３ｅ制御のための温度基準を提供している。この基準温度を規定する第一温度制御素子３Ｓ上に設置された単一の実装部材に、光源１０Ｓと集積素子２０Ｓ内の波長モニタ素子２２Ｓとの両方を搭載できる。光源１０Ｓの発熱が波長モニタ素子２２Ｓに干渉することを防ぎながら、波長モニタと発振波長制御とを単一の第一温度制御素子３Ｓを利用して行うことができる。
【００８８】
制御装置３０Ｓは、駆動装置３１Ｓ、３２Ｓを備える。駆動装置３１Ｓは、駆動回路３１Ｈ、３１Ｋを有し、光源１０及び集積素子２０Ｓの双方を制御するためのデータを格納した装置、例えばルックアップテーブル３１Ｌを更に有することができる。駆動装置３２Ｓは、駆動回路３２Ｈを有し、変調素子９０Ｓを制御するためのデータを格納した装置、例えばルックアップテーブル３２Ｌを更に有することができる。駆動装置３１Ｓは、光源１０及び集積素子２０Ｓの双方に対して、第２の実施形態の制御装置３０Ｐと同様の制御を行う。駆動装置３１Ｓは、目標発振波長情報Ｆ１に基づいて、半導体レーザ素子１１の発振波長を制御する。一方、駆動装置３２Ｓは、変調素子９０Ｓに対して、波長モニタ素子２２への制御を除いて、第１の実施形態の制御装置３０と同様の制御を行う。
【００８９】
以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置及び詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲及びその精神の範囲から来る全ての修正及び変更に権利を請求する。
【符号の説明】
【００９０】
１、１Ｐ、１Ｒ、１Ｓ…光伝送装置、３、３Ｐ、３Ｒ、３Ｓ…第一温度制御素子、１０、１０Ｐ、１０Ｓ…光源、１１…半導体レーザ素子、１３ａ〜１３ｅ…ヒータ、２０、２０Ｐ、２０Ｑ、２０Ｒ、２０Ｓ…集積素子、２１…半導体光変調器、２１Ｐ、２１Ｒ、２１Ｓ…半導体コヒーレント光受信器、２２、２２Ｐ、２２Ｒ、２２Ｓ…波長モニタ素子、９３Ｒ…第二温度制御素子、３０、３０Ｐ、３０Ｒ、３０Ｓ…制御装置、９０Ｒ、９０Ｓ…変調素子、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ２０、Ｌ３０、Ｌ４０、Ｌ５０…レーザ光、Ｌ１０…外部変調光、Ｍ２ｂ、Ｍ２ｃ、Ｍ３…変調光。
【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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