(57)【要約】【課題】波長可変レーザに関し、波長ロッカーを小型化且つ低コスト化する。【解決手段】２つの入力ポートを備えた９０°ハイブリッド導波路の４つの出力ポートの内の互いに９０°位相のずれた光を出力する少なくとも２つの出力ポートに接続する第１の出力導波路及び第２の出力導波路の出力光を受光する第１の光検出器及び第２の光検出器を設ける。【選択図】図１
2017216384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体光増幅器と、
前記半導体光増幅器とともに波長可変レーザを形成する導波路型の波長可変フィルタと、
前記波長可変フィルタと前記半導体光増幅器からなるレーザ共振器内の光の一部を分岐する光分岐機構と、
前記光分岐機構で分岐された光の少なくとも一部を２つに分岐する導波路型の第１の光分岐器と、
前記第１の光分岐器の一方の出力端に接続された第１の光導波路と、
前記第１の光分岐器の他方の出力端に接続され、遅延導波路を有する第２の光導波路と、
前記第１の光導波路からの出力光と前記第２の光導波路からの出力光を入力とする２つの入力ポートを備え、４つの出力光を出力する４つの出力ポートを備えた９０°ハイブリッド導波路と、
前記４つの出力ポートの少なくとも互いに位相が９０°ずれた光を出力する２つの出力ポートに接続する第１の出力導波路及び第２の出力導波路と、
前記第１の出力導波路の出力光を受光する第１の光検出器と、
前記第２の出力導波路の出力光を受光する第２の光検出器と
を有する波長可変レーザ。
【請求項２】
前記波長可変フィルタと、前記光分岐機構と、前記第１の光分岐器と、前記第１の光導波路と、前記遅延導波路を有する第２の光導波路と、前記９０°ハイブリッド導波路と、前記第１の出力導波路及び前記第２の出力導波路とが少なくともモノリシックに集積されている請求項１に記載の波長可変レーザ。
【請求項３】
前記波長可変フィルタが、２つのリング共振器と、ループミラーからなるバーニア型の波長可変フィルタ、或いは、２つの互いに周期が異なる分布ブラッグ反射器を備えたサンプルド・グレーティング・分布ブラッグ反射器からなるバーニア型の波長可変フィルタのいずれかである請求項１または請求項２に記載の波長可変レーザ。
【請求項４】
少なくとも前記導波路型の波長可変フィルタ、前記第１の光導波路、前記第２の光導波路、前記遅延導波路、前記第１の出力導波路及び前記第２の出力導波路がシリコン導波路からなる請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の波長可変レーザ。
【請求項５】
前記第１の光検出器及び前記第２の光検出器が、それぞれ、前記第１の出力導波路及び前記第２の出力導波路となる前記シリコン導波路上にモノリシックに集積されているＧｅ層を有するフォトダイオードである請求項４に記載の波長可変レーザ。
【請求項６】
前記第１の光分岐器の前段に、前記光分岐機構で分岐された光を２つに分岐する導波路型の第２の光分岐器をさらに設け、前記第１の光分岐器へ分岐する光以外の光を受光する第３の光検出器を有する請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の波長可変レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長可変レーザに関するものであり、例えば、光通信用の光源として用いられる波長可変レーザにおける小型の波長ロッカーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、波長多重を用いた光通信システムの光源として主に波長可変レーザが用いられており、波長可変レーザでは、その発振波長を精密に制御するための波長ロッカーが必要となる。
【０００３】
図１３は、従来の波長ロッカーの概念的構成図である。図１３に示すように、波長ロッカーは、一般的には、波長可変レーザ２０１の出力光の一部を分岐するビームスプリッタ２０２と、分岐された光をさらに２つに分岐させるビームスプリッタ２０３とを備えている。また、ビームスプリッタ２０３で分岐された光の一方の光強度をモニタするためのフォトダイオード２０６と、ビームスプリッタ２０３で分岐された光の他方を、周期的なフィルタ、典型的にはエタロン２０４に通過させてその透過光強度をモニタするフォトダイオード２０５とを有している。
【０００４】
光検出器２０６の出力ＳＰＤ１と光検出器２０５の出力ＳＰＤ２のモニタ値の比率（ＳＰＤ１／ＳＰＤ２）は、波長可変レーザ２０１の出力光の波長におけるエタロン２０４の透過率を表す。したがって、所望の波長におけるエタロン２０４の透過率を予め求めておき、ＳＰＤ１／ＳＰＤ２が所望の波長におけるエタロン２０４の透過率と一致するようにフィードバック制御をかけることにより波長可変レーザ２０１の発振波長を所望の波長に合わせることが可能となる。
【０００５】
従来の波長多重通信システムでは、波長可変レーザの波長は予め定められた等間隔の波長グリッド、例えば、電気通信標準化部門（ＩＴＵ−T：Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｕｎｉｏｎ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ Ｓｅｃｔｏｒ）で定められた５０ＧＨｚ間隔グリッドに固定して用いられる。この場合、図１４に示すように、波長ロッカーに用いられるエタロンの周期（ＦＳＲ＝Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｒａｎｇｅ）を５０ＧＨｚとし、ＩＴＵ−Ｔグリッド波長がエタロンの透過スペクトルのピークとボトムの中点付近に一致するようにエタロンの透過スペクトルのピーク波長位置を設定する。それによって、波長変化に対するエタロンの透過率（＝ＳＰＤ１／ＳＰＤ２）の変化の効率を高くすることが可能であり、波長可変レーザの発振波長を精度良くグリッド波長に合わせることが可能となる。
【０００６】
逆に、グリッド波長がエタロンの透過スペクトルのピーク、あるいは、ボトムに一致する場合には、波長に対するＳＰＤ１／ＳＰＤ２の変化が極めて小さくなるため、グリッド波長がボトム、あるいは、ピークに一致することは避ける必要がある。
【０００７】
上述のように波長ロッカーでは、内部のエタロンのＦＳＲを精密にグリッド間隔に合わせ、且つ、エタロンの透過スペクトルのピーク波長位置を精密に調整して、グリッド波長をエタロンのピーク、或いは、ボトム波長からずらす必要がある。これらは、エタロンの厚さや、エタロンへのレーザ光の入射角度、エタロンの温度を精密に調整することにより実現可能であるが、いずれも調整にコストがかかるという問題点がある。
【０００８】
さらに、将来的にはグリッド間隔を任意に変えることを想定したフレキシブルグリッドシステムの導入が検討されている。このシステムでは、図１５に示すように、最小グリッド間隔が６．２５ ＧＨｚであり、エタロンのＦＳＲよりもグリッド間隔の方が狭くなることが想定されるため、上術のようなエタロンの各種調整を行っても、グリッド波長がエタロンのピーク、或いは、ボトムに一致することを完全に避けることが困難となる。
【０００９】
そこで、いずれの波長でもエタロンのピーク波長、あるいは、ボトム波長に一致しないようにするための技術として、２つのエタロンを用いた波長ロッカーが提案されている（例えば、特許文献１参照）。図１６は、従来の改良型波長ロッカーの概念的構成図であり、図１３に示した構成に加えて、ビームスプリッタ２０７、エタロン２０８及びフォトダイオード２０９を追加したものである。
【００１０】
この場合、光検出器２０６の出力ＳＰＤ１と光検出器２０９の出力ＳＰＤ３の比ＳＰＤ１／ＳＰＤ３がエタロン２０４の透過率、光検出器２０４の出力ＳＰＤ２と光検出器２０９の出力ＳＰＤ３の比ＳＰＤ２／ＳＰＤ３がエタロン２０８の透過率のモニタ値となる。この場合、図１７に示すように、２つのエタロン２０４，２０８は、そのＦＳＲが互いに同一、例えば、共に５０ＧＨｚであり、かつ、その透過スペクトルのピーク波長が互いにＦＳＲの１／４、即ち、１２．５ＧＨｚだけずれるように調整される。
【００１１】
このように、２つのエタロン２０４，２０８を用いることにより、片方のエタロン２０４のピーク波長、或いは、ボトム波長は、他方のエタロン２０８において必ずピーク波長、或いは、ボトム波長ではなくなる。したがって、狙いの波長に応じて、どちらのエタロン２０４，２０８のモニタ値を使うかを選択することにより、いずれの波長も２つのエタロン２０４，２０８のピーク波長、或いは、ボトム波長が互いに重ならないようにすることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１５−０６０９６１号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎ  ２０１１（ＯＦＣ２０１１） 講演番号ＯＴｈＤ２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献１で提案されている方法では、エタロン２０４とエタロン２０８のＦＳＲを精密に一致させ、且つ、互いの波長関係を１／４ずつ精密にずらす必要があるため、２つのエタロン２０４，２０８の厚さ、入射角、温度などを精密に調整する必要がある。したがって、図１３に示した従来のエタロンを１個用いた構成と比較しても調整にかかるコストが増加するという問題点がある。
【００１５】
さらに、エタロンを２個用いる構成であるため波長ロッカーのサイズが大きくなるという問題点がある。以上のように、従来の波長ロッカーの構成では、任意の波長に対して安定した波長制御が可能な波長ロッカーを小型かつ低コストで実現することが困難であった。
【００１６】
本発明は、波長可変レーザにおいて、波長ロッカーを小型化且つ低コスト化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
一つの態様では、波長可変レーザは、半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器とともに波長可変レーザを形成する導波路型の波長可変フィルタと、前記波長可変フィルタと前記半導体光増幅器からなるレーザ共振器内の光の一部を分岐する光分岐機構と、前記光分岐機構で分岐された光の少なくとも一部を２つに分岐する導波路型の第１の光分岐器と、前記第１の光分岐器の一方の出力端に接続された第１の光導波路と、前記第１の光分岐器の他方の出力端に接続され、遅延導波路を有する第２の光導波路と、前記第１の光導波路からの出力光と前記第２の光導波路からの出力光を入力とする２つの入力ポートを備え、４つの出力光を出力する４つの出力ポートを備えた９０°ハイブリッド導波路と、前記４つの出力ポートの少なくとも互いに位相が９０°ずれた光を出力する２つの出力ポートに接続する第１の出力導波路及び第２の出力導波路と、前記第１の出力導波路の出力光を受光する第１の光検出器と、前記第２の出力導波路の出力光を受光する第２の光検出器とを有する。
【発明の効果】
【００１８】
一つの側面として波長可変レーザにおいて、波長ロッカーを小型化且つ低コスト化することすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態の波長可変レーザの概念的構成図である。
【図２】本発明の実施の形態の波長可変レーザの波長ロッカーの透過特性の説明図である。
【図３】本発明の実施例１の波長可変レーザの概念的構成図である。
【図４】本発明の実施例１の波長可変レーザに用いる波長可変フィルタの要部断面図である。
【図５】本発明の実施例１の波長可変レーザに用いるＳＯＡの概略的断面図である。
【図６】本発明の実施例１の波長可変レーザの出力のモニタ値の説明図である。
【図７】本発明の実施例１の波長可変レーザの波長ロッカーのモニタ値の説明図である。
【図８】本発明の実施例２の波長可変レーザにおける９０°ハイブリッド導波路の概略的平面図である。
【図９】本発明の実施例３の波長可変レーザの概念的構成図である。
【図１０】本発明の実施例４の波長可変レーザの概念的構成図である。
【図１１】本発明の実施例５の波長可変レーザの概念的構成図である。
【図１２】本発明の実施例６の光モジュールの概念的構成図である。
【図１３】従来の波長可変レーザの概念的構成図である。
【図１４】従来の波長可変レーザにおける波長ロッカーのモニタ信号とグリッド波長の関係の説明図である。
【図１５】従来の波長可変レーザにおける波長ロッカーのモニタ信号とフレキシブルグリッドシステムにおけるグリッド波長の関係の説明図である。
【図１６】従来の改良型波長可変レーザの概念的構成図である。
【図１７】従来の改良型波長可変レーザにおける波長ロッカーのモニタ信号とグリッド波長の関係の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
ここで、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態の波長可変レーザを説明する。図１は、本発明の実施の形態の波長可変レーザの概念的構成図である。本発明の波長可変レーザは、半導体光増幅器２０と、半導体光増幅器２０とともに波長可変レーザを形成する導波路型の波長可変フィルタ１１と、波長ロッカー３０を備えている。波長可変フィルタ１１と半導体光増幅器２０からなるレーザ共振器内の光の一部を分岐する光分岐機構１３を設け、この光分岐機構１３で分岐された光の少なくとも一部を波長ロッカー３０に導く。なお、符号１２は、波長可変フィルタ１１と半導体光増幅器２０を接続する光導波路である。
【００２１】
波長ロッカー３０は導波路型の第１の光分岐器３１と、第１の光分岐器３１の一方の出力端に接続された第１の光導波路３２及び第１の光分岐器３１の他方の出力端に接続された遅延導波路３４を有する第２の光導波路３３、及び、２つの入力ポートと４つの出力ポートを有する９０°ハイブリッド導波路３５を備えている。９０°ハイブリッド導波路３５の４つの出力ポートの少なくとも互いに位相が９０°ずれた光を出力する２つの出力ポートに接続する第１の出力導波路３６１及び第２の出力導波路３６２とを有し、夫々第１の光検出器３７１及び第２の光検出器３７２に接続される。
【００２２】
この場合、波長可変フィルタ１１、光分岐機構１３、第１の光分岐器３１、第１の光導波路３２、遅延導波路３４を有する第２の光導波路３３、９０°ハイブリッド導波路３５、第１の出力導波路３６１及び第２の出力導波路３６２とを少なくともモノリシックに集積することが望ましい。
【００２３】
波長可変フィルタ１１は、例えば、３本の並列に配置された直線状の光導波路と、３本の光導波路の間に１個ずつ配置された２つのリング共振器と、３本の光導波路の内で半導体光増幅器から一番遠い光導波路の端部に設けられたループミラーからなるバーニア型の波長可変フィルタでも良い。或いは、２つの互いに周期が異なる分布ブラッグ反射器を備えたサンプルド・グレーティング・分布ブラッグ反射器からなるバーニア型の波長可変フィルタを用いても良く、本発明の効果はどのような導波路型の波長可変フィルタでも同様に得られる。
【００２４】
９０°ハイブリッド導波路３５は、４×４型のマルチモード干渉導波路でも良いし、或いは、４つの２×２型のマルチモード干渉導波路を接続した２段構成のマルチモード干渉導波路でも良い。
【００２５】
光分岐機構１３は、方向性結合器、マルチモード干渉計或いはＹ分岐導波路のいずれを用いても良い。或いは、光分岐機構１３を、ループミラーを部分反射とする部分反射機構と部分反射機構で反射されなかった光を伝搬する光導波路から形成しても良い。また、第１の光分岐器３１は、方向性結合器、マルチモード干渉計或いはＹ分岐導波路のいずれでも良い。
【００２６】
小型化のためには、基板１０として、ＳＯＩ構造を有するＳｉ導波路基板を用いることにより、少なくとも導波路型の波長可変フィルタ１１、第１の光導波路３２、第２の光導波路３３、遅延導波路３４、第１の出力導波路３６１及び第２の出力導波路３６２をシリコン細線導波路で形成することが望ましい。この場合、半導体光増幅器２０は、基板１０に設けた凹部内に実装することも可能である。
【００２７】
さらに、小型化のためには、第１の光検出器３７１及び第２の光検出器３７２として、それぞれ、第１の出力導波路３６１及び第２の出力導波路３６２となるシリコン細線導波路上にモノリシックに集積されているＧｅ層を有するフォトダイオードを用いても良い。
【００２８】
或いは、導波路型の波長可変フィルタとして化合物半導体導波路を用いても良く、その場合には、波長可変フィルタを半導体光増幅器とモノリシックに集積することができる。したがって、装置全体の小型化が可能であるとともに、波長可変レーザから波長ロッカーに光結合を取るためのアセンブリが不要になる。さらには、石英系の導波路で波長フィルタ或いは波長ロッカーを形成しても構わない。
【００２９】
さらに、第１の光分岐器３１の前段に、光分岐機構で分岐された光を２つに分岐する導波路型の第２の光分岐器をさらに設け、第１の光分岐器３１へ分岐する光以外の光を受光する第３の光検出器を設けてパワーモニタ機構を追加しても良い。
【００３０】
この場合、第１の光検出器３７１と第３の光検出器のモニタ値の比を取る第１のモニタ機構と第２の光検出器３７２と第３の光検出器のモニタ値の比を取る第２のモニタ機構とを設ける。波長を制御するためには、この第１のモニタ機構のモニタ値と第２のモニタ機構のモニタ値との比が一定値となるように波長可変レーザの発振波長を制御する波長制御機構を設ければ良い。この場合の波長制御機構としては、導波路型の波長フィルタ１１を形成する導波路の上に設けたヒータに電流を流す機構を用いれば良い。
【００３１】
或いは、パワーモニタ機構としては、９０°ハイブリッド導波路３５の一方の出力ポートからの出力光と、９０°ハイブリッド導波路３５の４つの出力ポートの内で、一方の出力ポートからの出力光と位相が１８０°ずれている出力ポートからの出力光を加算する機構でも良い。或いは、半導体光増幅器２０からの出力光の一部をモニタするパワーモニタ機構としても良い。
【００３２】
図２は、本発明の実施の形態の波長可変レーザの波長ロッカーの透過特性の説明図である。遅延導波路３４と９０°ハイブリッド導波路３５を組み合わせた導波路では、９０℃ハイブリッド導波路３５の４つの出力ポートにおいて、波長に対して遅延導波路３４の遅延量に応じた周期の正弦波形状の透過スペクトルが得られる。４つの出力ポート間でその周期は同一であり、且つ、４つの出力ポート間で透過ピーク波長が周期の１／４周期ずつずれたスペクトルが得られる（例えば、非特許文献１参照）。
【００３３】
周期が４つの出力ポートで同一であるのは同一の遅延導波路３４を用いているためであり、また、４つの出力ポートでピーク位置が１／４周期ずつずれている関係は、９０°ハイブリッド導波路３５の各出力ポートにおける位相差がπ／２ずつずれることから保証される特性である。したがって、図１６に示した従来の２つのエタロンを用いた場合に必要であったＦＳＲを互いに一致させる調整、及び、ピーク波長を互いに１／４周期ずつずらす調整が不要となり、調整コストを削減することが可能となる。
【００３４】
なお、従来例のエタロンを用いた場合と同様に、２つの個別の周期的な波長フィルタを導波路型のフィルタで構成した場合、例えば、２つのリング共振器導波路で構成した場合を想定する。この場合は、従来例のエタロンの場合と同様に、２つの波長フィルタのＦＳＲやピーク位置を調整する必要があり、本発明のような自動的に１／４周期だけピーク位置がずれている関係を得ることができない。したがって、ピーク波長位置を調整する必要があり、従来の課題であるピーク位置の調整にかかるコストの削減を実現することができない。
【実施例１】
【００３５】
次に、図３乃至図７を参照して、本発明の実施例１の波長可変レーザを説明する。図３は、本発明の実施例１の波長可変レーザの概念的構成図である。Ｓｉ導波路基板４０と利得導波路となるＭＱＷ活性層を備えたＳＯＡ８０とにより、波長可変レーザの主要部が形成される。Ｓｉ導波路基板４０には、波長可変フィルタ５０及び波長ロッカー７０が設けられている。なお、ＳＯＡ８０は、Ｓｉ導波路基板４０に設けた凹部に実装される。
【００３６】
波長可変フィルタ５０は、Ｓｉ細線導波路による直線状の３本の光導波路５１，５３，５５、全反射ミラーとしてのループミラー５６、波長を選択するバーニア効果を得るための曲率半径が異なる２つのリング共振器５２，５４を有している。ＳＯＡ８０に接続する光導波路５１には光分岐機構としての方向性結合器６１が設けられており、分岐した光を光導波路６２を介して方向性結合器６３に導く。
【００３７】
また、２つのリング共振器５２，５４には屈折率を変化させてリング共振器の共振波長をシフトさせて波長チューニングを行なうためにヒータ５７，５８が設けられている。光導波路５５のループミラー５６の直前には位相調整用ヒータ５９が設けられており、それらは素子表面を通してモジュール内に別途配置された駆動電子回路に接続されている。
【００３８】
図４は、本発明の実施例１の波長可変レーザに用いる波長可変フィルタの要部断面図であり、ここでは、光導波路５５の断面として示している。Ｓｉ細線導波路は、ＳＯＩ基板を利用して形成されており、単結晶Ｓｉ基板４１上に下部クラッド層を兼ねるＢＯＸ層４２を介して設けた単結晶Ｓｉ層をエッチングして形成する。Ｓｉ細線導波路は断面形状が幅５００ｎｍ、厚さ２５０ｎｍのＳｉコア層により形成され、ＳｉＯ２上部クラッド層４３に囲まれた形状をしている。また、位相調整用ヒータ５９等のヒータは、ＳｉＯ２上部クラッド層４３の上に成膜したＴｉをパターニングして形成し、ＳｉＯ２保護膜６０で覆われている。
【００３９】
レーザ共振器はＳＯＡ８０の劈開端面と、波長可変フィルタ５０のループミラー５６との間で形成される。２つのリング共振器５２，５４はその共振波長の周期（ＦＳＲ）が例えば一方が５ｎｍ、他方が５．５ｎｍと互いに微小に異なるＦＳＲを持っており、２つのリング共振器の共振波長の重なりによって１つの波長を選択するバーニア型の波長可変フィルタを構成する。２つのリング共振器５２，５４の共振波長が重なる波長を任意に設定し、ＳＯＡ８０と組み合わせて任意の波長でレーザ発振する波長可変レーザを実現することができる。
【００４０】
図５は、本発明の実施例１の波長可変レーザに用いるＳＯＡの概略的断面であり、ｎ型ＩｎＰ基板８１上にｎ型ＩｎＰクラッド層８２、ＭＱＷ活性層８３、ｐ型ＩｎＰクラッド層８４及びｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層８５を順次堆積する。次いで、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層８５乃至ｎ型ＩｎＰクラッド層８２の一部をストライプ状にエッチングしてメサ構造を形成し、このストライプ状メサ構造をＦｅドープＩｎＰ埋込層８６で埋め込む。ｎ型ＩｎＰ基板８１の裏面にはｎ側電極８９を形成し、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層８５にはＳｉＯ２膜８７に設けたストライプ状の開口部を介してｐ側電極８８を設ける。ＭＱＷ活性層８３としては、例えば、６層の厚さが５．１ｎｍのＧａＩｎＡｓＰ井戸層と７層の厚さが１０ｎｍのＧａＩｎＡｓＰバリア層を交互に積層して形成する。
【００４１】
光導波路５１と結合する側の端面には無反射コーティングが施されており、他方の端面は劈開面、或いは、一定の反射率を持つ反射膜が形成されている。劈開面、或いは、一定の反射率を持つ反射膜が形成された側の端面は、ループミラー５６とともにレーザの共振器を形成する片方の反射鏡として機能する。
【００４２】
なお、図においては、ストライプ状メサ構造を直線状にしているが、光導波路５１光を受ける側から、端面の法線に対して７°の角度を有する傾斜導波路と、屈曲導波路と、直線導波路により形成しても良く、不所望な反射を低減することができる。この時、光導波路５１の端部側も出射角が合うように傾斜導波路に合せて傾斜させておく。
【００４３】
再び、図３を参照すると、方向性結合器６３で分岐された一方の光は光導波路６４を介してフォトダイオード６６に導かれる。方向性結合器６３で分岐された他方の光は光導波路６５を介して波長ロッカー７０に導かれる。
【００４４】
波長ロッカー７０は方向性結合器７１、光導波路７２、遅延量が約１．４ｍｍとなる遅延導波路７４を有する光導波路７３、光導波路７２，７３を第１及び第３の入力ポートに接続するともに、４つの出力ポートを有する４×４ＭＭＩで構成される９０°ハイブリッド導波路７５を有している。９０°ハイブリッド導波路７５の各出力ポートには夫々出力導波路７６１〜７６４が接続され、互いに位相が９０°ずれた光を出力する２つの出力導波路７６１，７６２は夫々フォトダイオード７７１，７７２に導かれる。なお、方向性結合器６１，６２，７１の代わりに、１×２ＭＭＩ或いはＹ分岐導波路を用いても良い。
【００４５】
図６は、本発明の実施例１の波長可変レーザの出力のモニタ値の説明図であり、フォトダイオード６６は、共振器内から分岐された光の内の一部をそのままモニタするため単純なパワーモニタとして用いる。図６に示すように、温度変化等による変動がない限り、その出力は波長に対してほぼ一定である。
【００４６】
図７は、本発明の実施例１の波長可変レーザの波長ロッカーのモニタ値の説明図である。フォトダイオード７７１，７７２は遅延導波路７４と９０°ハイブリッド導波路７５を通過した光であるため、波長に対して周期的な透過特性が得られる。周期は、遅延導波路７４の遅延量に依存し、約０．４ｎｍ（＝５０ＧＨｚ）である。９０°ハイブリッド導波路７５の第１及び第２の出力ポートでは、光導波路７２，７３から入射した光が互いにπ／２だけ位相差がずれて光が結合するため、図７に示すように、周期の１／４だけ互いの透過ピーク波長がずれた関係となる。これにより、上述の特許文献１の方式で必要となる２つの波長ロッカー出力として、波長に対する周期が全く同じで、かつ、周期の１／４だけピーク波長がずれた関係を、細かい調整をすることなくＳｉ導波路の作りこみだけで実現することが可能となる。
【００４７】
なお、図７においては、２つのフォトダイオード７７１，７７２のモニタ値を単純な光出力モニタとなるフォトダイオード６６のモニタ値で割り、即ち、ＳＰＤ１／ＳＰＤ３及びＳＰＤ２／ＳＰＤ３を算出している。これにより、従来の波長ロッカーと同様に波長ロッカー導波路の透過率に焼直すことが可能であり、レーザ出力の増減によって波長ロッカー７０に分岐される光の強度が全体的に増減することの影響を受けずに波長の制御をすることが可能となる。
【００４８】
本発明の実施例１においては、Ｓｉ導波路からなる波長ロッカーの機構を用いることにより、波長に対して周期が同じで、ピーク波長が１／４周期分ずれている波長ロッカーの２つのモニタを精密な調整を行うことなく実現できるようになる。したがって、狙いの波長に応じて２つのモニタを適切に選択して、狙いの波長がモニタ出力のピークあるいはボトムに一致しないようにするための波長ロッカーの機構を低コストで実現することが可能となる。
【００４９】
また、本発明の波長ロッカー機構は、導波路型の波長可変フィルタにモノリシックに集積されているため、エタロンなどを用いる従来の構成と比較して小型化も可能となる。なお、実施例１においては、レーザ共振器から波長ロッカー７０へ光を分岐する位置を、ＳＯＡ８０との結合部付近で、かつ、ＳＯＡ８０からリング共振器５２へ向かう方向の光を分岐させているが、分岐の位置はこの位置でなくても構わない。但し、この位置でこの方向で分岐する場合は、ＳＯＡ８０で光増幅されて光強度が共振器内で最大となっている部分から光を分岐できるため、効率良く波長ロッカー７０へ光を供給することが可能となるという利点があるため、より望ましい構成となっている。
【実施例２】
【００５０】
次に、図８を参照して、本発明の実施例２の波長可変レーザを説明するが、図３に示した本発明の実施例１の波長可変レーザにおける９０°ハイブリッド導波路７５を異なった９０°ハイブリッド導波路９０に置き換えたものである。したがって、ここでは、９０°ハイブリッド導波路の構造のみを説明する。
【００５１】
図８は、本発明の実施例２の波長可変レーザにおける９０°ハイブリッド導波路の概略的平面図である。この９０°ハイブリッド導波路９０は、４つの２×２ＭＭＩ９１１〜９１４を９０°位相シフター９２を介して２段構成にしたものであり、後段の２つの２×２ＭＭＩ９１３，９１４の４つの出力ポート９３１〜９３４からは図２に示した４つの出力ｃｈ１〜ｃｈ４が得られる。
【実施例３】
【００５２】
次に、図９を参照して、本発明の実施例３の波長可変レーザを説明するが、図３に示した実施例１の波長可変レーザにおけるフォトダイオード６６，７７１，７７２をモノリシックに集積化されたＧｅフォトダイオード６７，７８１，７８２に置き換えたものである。図９は、本発明の実施例３の波長可変レーザの概念的構成図であり、基本的構成は上記の実施例１と同様である。
【００５３】
この実施例３においては、Ｓｉ細線導波路からなる光導波路６４及び出力導波路７６１，７６２の出力端側の単結晶シリコン層の幅を拡張し、その上にＧｅ層をエピタキシャル成長させて、ｐｉｎ型のＧｅフォトダイオード６７，７８１，７８２を形成したものである。
【００５４】
本発明の実施例４においては、フォトダイオードもＳｉ導波路上に形成しているので、波長ロッカーを含む波長可変レーザをさらに小型化することが可能なる。なお、この実施例３においても、図８に示した９０°ハイブリッド導波路９０を用いても良い。
【実施例４】
【００５５】
次に、図１０を参照して、本発明の実施例４の波長可変レーザを説明するが、図３に示した実施例１の波長可変レーザにおける波長可変フィルタ５０をＹ分岐ＳＧ-ＤＢＲ（サンプルド・グレーティング・分布ブラッグ反射器）に置き換えたものである。図１０は、本発明の実施例４の波長可変レーザの概念的構成図であり、基本的構成は上記の実施例１と同様である。
【００５６】
この実施例４においては、波長可変フィルタとして、２つの互いに周期が異なる分布ブラッグ反射器を備えた分岐導波路からなるＹ分岐ＳＧ-ＤＢＲ１００を用いたものである。ここでも、Ｙ分岐ＳＧ-ＤＢＲ１００とＳＯＡ８０を結ぶ光導波路１０１のＳＯＡ８０寄りに方向性結合器６１を設ける。
【００５７】
本発明の実施例４のようなＹ分岐ＳＧ-ＤＢＲを用いた構成でも実施例１と同様な効果が期待できる。なお、この実施例４においても、図８に示した９０°ハイブリッド導波路９０を用いても良いし、図９に示したＧｅフォトダイオードを用いても良い。
【実施例５】
【００５８】
次に、図１１を参照して、本発明の実施例５の波長可変レーザを説明するが、図３に示した実施例１の波長可変レーザにおけるループミラー５６を部分反射ループミラーに置き換えたものである。図１１は、本発明の実施例５の波長可変レーザの概念的構成図であり、基本的構成は上記の実施例１と同様である。
【００５９】
この実施例５においては、波長可変フィルタを形成するループミラーとして部分反射ループミラー１０２を用い、光導波路５１，５３，５５及びリング共振器５２,５４の配置を反転させ、部分反射ループミラー１０２に光導波路１０３を設けたものである。ここでは、部分反射ループミラー１０２で反射されずに光導波路１０３に伝搬する光を方向性結合器６３に導く。
【００６０】
本発明の実施例５においては、波長可変フィルタを部分反射ループミラー１０２を用いて形成しているので、方向性結合器（６０）は一つ不要になる。なお、この実施例５においても、図８に示した９０°ハイブリッド導波路９０を用いても良いし、図９に示したＧｅフォトダイオードを用いても良い。
【実施例６】
【００６１】
次に、図１２を参照して、本発明の実施例６の光モジュールを説明するが、図３に示した実施例１の波長可変レーザにモニタ機構及び波長制御機構を設けたものである。図１２は、本発明の実施例６の光モジュールの概念的構成図であり、基本的構成は上記の実施例１と全く同様である。
【００６２】
この実施例６の光モジュールにおいては、モニタ機構１１０により、フォトダイオード６６とフォトダイオード７７１のモニタ値の比（ＳＰＤ１／ＳＰＤ３）と、フォトダイオード６６とフォトダイオード７７２のモニタ値の比（ＳＰＤ２／ＳＰＤ３）を算出する。これらのモニタ値を基に、波長制御機構１２０により、波長可変フィルタ５０を構成するリング共振器５２，５４上のヒータ５７，５８や、位相制御用ヒータ５９への電流値を制御して、リング共振器５２，５４の共振波長を制御する。
【００６３】
このように、モニタ値の比を取ることによって、波長ロッカーの透過率に焼直すことが可能であり、これらの透過率が一定値となるように発振波長を制御することにより所望の波長でレーザ発振させることが可能となる。なお、狙いの波長となる各波長グリッドにおいてＳＰＤ１／ＳＰＤ３とＳＰＤ２／ＳＰＤ３のどちらのモニタ値を採用するかを選択する。この場合、予めＳＰＤ１／ＳＰＤ３とＳＰＤ２／ＳＰＤ３のモニタ値の波長依存性を求めて置き、その結果を基に、狙いの波長がピーク、あるいはボトム波長に一致していない方のモニタ値を選択する。これにより、いずれの波長においても、狙いの波長がモニタ値が波長に対してピーク、あるいは、ボトムになっていない状態で波長制御が可能となるため、任意の波長において安定した波長制御が可能となる。
【００６４】
ここで、実施例１乃至実施例６を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
（付記１）半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器とともに波長可変レーザを形成する導波路型の波長可変フィルタと、前記波長可変フィルタと前記半導体光増幅器からなるレーザ共振器内の光の一部を分岐する光分岐機構と、前記光分岐機構で分岐された光の少なくとも一部を２つに分岐する導波路型の第１の光分岐器と、前記第１の光分岐器の一方の出力端に接続された第１の光導波路と、前記第１の光分岐器の他方の出力端に接続され、遅延導波路を有する第２の光導波路と、前記第１の光導波路からの出力光と前記第２の光導波路からの出力光を入力とする２つの入力ポートを備え、４つの出力光を出力する４つの出力ポートを備えた９０°ハイブリッド導波路と、前記４つの出力ポートの少なくとも互いに位相が９０°ずれた光を出力する２つの出力ポートに接続する第１の出力導波路及び第２の出力導波路と、前記第１の出力導波路の出力光を受光する第１の光検出器と、前記第２の出力導波路の出力光を受光する第２の光検出器とを有する波長可変レーザ。
（付記２）前記波長可変フィルタと、前記光分岐機構と、前記第１の光分岐器と、前記第１の光導波路と、前記遅延導波路を有する第２の光導波路と、前記９０°ハイブリッド導波路と、前記第１の出力導波路及び前記第２の出力導波路とが少なくともモノリシックに集積されている付記１に記載の波長可変レーザ。
（付記３）前記波長可変フィルタが、２つのリング共振器と、ループミラーからなるバーニア型の波長可変フィルタ、或いは、２つの互いに周期が異なる分布ブラッグ反射器を備えたサンプルド・グレーティング・分布ブラッグ反射器からなるバーニア型の波長可変フィルタのいずれかである付記１または付記２に記載の波長可変レーザ。
（付記４）前記９０°ハイブリッド導波路が、４×４型のマルチモード干渉導波路、或いは。４つの２×２型のマルチモード干渉導波路を接続した２段構成のマルチモード干渉導波路のいずれかである付記１乃至付記３のいずれか１に記載の波長可変レーザ。
（付記５）前記光分岐機構が、方向性結合器、マルチモード干渉計或いはＹ分岐導波路のいずれかである付記１乃至付記４のいずれか１に記載の波長可変レーザ。
（付記６）前記光分岐機構が、前記ループミラーを部分反射とする部分反射機構と前記部分反射機構で反射されなかった光を伝搬する光導波路からなる付記１乃至付記４のいずれか１に記載の波長可変レーザ。
（付記７）前記第１の光分岐器が、方向性結合器、マルチモード干渉計或いはＹ分岐導波路のいずれかである付記１乃至付記６のいずれか１に記載の波長可変レーザ。
（付記８）少なくとも前記導波路型の波長可変フィルタ、前記第１の光導波路、前記第２の光導波路、前記遅延導波路、前記第１の出力導波路及び前記第２の出力導波路がシリコン導波路からなる付記１乃至付記７のいずれか１に記載の波長可変レーザ。
（付記９）前記第１の光検出器及び前記第２の光検出器が、それぞれ、前記第１の出力導波路及び前記第２の出力導波路となる前記シリコン導波路上にモノリシックに集積されているＧｅ層を有するフォトダイオードである付記８に記載の波長可変レーザ。
（付記１０）前記導波路型の波長可変フィルタが化合物半導体導波路からなり、前記半導体光増幅器とモノリシックに集積されている付記１乃至付記７のいずれか１に記載の波長可変レーザ。
（付記１１）前記９０°ハイブリッド導波路の一方の出力ポートからの出力光と、前記前記９０°ハイブリッド導波路の４つの出力ポートの内で、前記一方の出力ポートからの出力光と位相が１８０°ずれている出力ポートからの出力光を加算してパワーモニタとする機構を備えた付記１乃至付記１０のいずれか１に記載の波長可変レーザ。
（付記１２）前記半導体光増幅器からの出力光の一部をモニタするパワーモニタ機構を備えた付記１乃至付記１０のいずれか１に記載の波長可変レーザ。
（付記１３）前記第１の光分岐器の前段に、前記光分岐機構で分岐された光を２つに分岐する導波路型の第２の光分岐器をさらに設け、前記第１の光分岐器へ分岐する光以外の光を受光する第３の光検出器を有する付記１乃至付記１０のいずれか１に記載の波長可変レーザ。
（付記１４）前記第２の光分岐器が、方向性結合器、マルチモード干渉計或いはＹ分岐導波路のいずれかである付記１３に記載の波長可変レーザ。
（付記１５）付記１３または付記１４に記載の前記第１の光検出器と前記第３の光検出器のモニタ値の比を取る第１のモニタ機構と、付記１３または付記１４に記載の前記第２の光検出器と前記第３の光検出器のモニタ値の比を取る第２のモニタ機構と、前記第１のモニタ機構のモニタ値と前記第２のモニタ機構のモニタ値との比が一定値となるように前記波長可変レーザの発振波長を制御する波長制御機構を有する光モジュール。
（付記１６）前記波長制御機構が、前記導波路型の波長フィルタを形成する導波路の上に設けたヒータを加熱する機構である付記１５に記載の光モジュール。
【符号の説明】
【００６５】
１０  基板
１１  波長可変フィルタ
１２  光導波路
１３  光分岐機構
２０  半導体光増幅器
３０  波長ロッカー
３１  第１の光分岐器
３２  第１の光導波路
３３  第２の光導波路
３４  遅延導波路
３５  ９０°ハイブリッド導波路
３６１〜３６４  出力導波路
３７１，３７２  光検出器
４０  Ｓｉ導波路基板
４１  単結晶Ｓｉ基板
４２  ＢＯＸ層
４３  ＳｉＯ２上部クラッド層
５０  波長可変フィルタ
５１，５３，５５  光導波路
５２，５４  リング共振器
５６  ループミラー
５７，５８  ヒータ
５９  位相調整用ヒータ
６０  ＳｉＯ２保護膜
６１，６３  方向性結合器
６２，６４，６５  光導波路
６６  フォトダイオード
６７  Ｇｅフォトダイオード
７０  波長ロッカー
７１  方向性結合器
７２，７３  光導波路
７４  遅延導波路
７５  ９０°ハイブリッド導波路
７６１〜７６４  出力導波路
７７１，７７２  フォトダイオード
７８１，７８２  Ｇｅフォトダイオード
８０  ＳＯＡ
８１  ｎ型ＩｎＰ基板
８２  ｎ型ＩｎＰクラッド層
８３  ＭＱＷ活性層
８４  ｐ型ＩｎＰクラッド層
８５  ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層
８６  ＦｅドープＩｎＰ埋込層
８７  ＳｉＯ２膜
８８  ｐ側電極
８９  ｎ側電極
９０  ９０°ハイブリッド導波路
９１１〜９１４  ２×２ＭＭＩ
９２  ９０°位相シフター
９３１〜９３４  出力ポート
１００  Ｙ分岐ＳＧ-ＤＢＲ
１０１  光導波路
１０２  部分反射ループミラー
１０３  光導波路
１１０  モニタ機構
１２０  波長制御機構
２０１  波長可変レーザ
２０２，２０３，２０７  ビームスプリッタ
２０４，２０８  エタロン
２０５，２０６，２０９  フォトダイオード
【図１】
2017216384.tif 000003
【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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【図１５】
2017216384.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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