(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの反射面により形成された共鳴領域を有する波長可変レーザであって、
レーザ光を生成する利得媒体と、
前記２つの反射面の間に配置され、前記利得媒体で生成されたレーザ光の第１の所定波長領域を透過させる第１のフィルタと、
前記２つの反射面の間に配置され、前記第１のフィルタを透過したレーザ光の第２の所定波長領域を透過させる第２のフィルタと、を有し、
前記第１のフィルタは、導波路中を伝搬するレーザ光の透過波長領域が調整可能な音響光学素子からなる可変フィルタであり、入力レーザ光のうち、前記第１の所定透過領域のレーザ光を第１の導波路の出力方向へ導き、第１の所定透過領域以外のレーザ光を第２の導波路の出力方向へと導く構成であり、
前記第２のフィルタは、前記第２の所定透過領域が周期的に配列されたフィルタであることを特徴とする波長可変レーザ。
【請求項２】
請求項１記載の前記波長可変レーザにおいて、
前記第１のフィルタは、ドップラーシフトを相殺するように２段構成となっていることを特徴とする波長可変フィルタ。
【請求項３】
請求項１または２記載の前記波長可変レーザにおいて、
前記第２のフィルタは、前記レーザ光の導波路に対して所定角度の傾きを有することを特徴とする波長可変レーザ。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１項に記載の前記波長可変レーザにおいて、
前記利得媒体は、エルビウムがドープされたＬｉＮｂＯ３より成ることを特徴とする波長可変レーザ。
【請求項５】
請求項１から３の何れか１項に記載の前記波長可変レーザにおいて、
前記利得媒体は、半導体素子で形成されることを特徴とする波長可変レーザ。
【請求項６】
請求項５記載の前記波長可変レーザにおいて、
前記利得媒体及び／又は前記第１のフィルタは、前記レーザ光の導波路に対して所定角度の傾きを有することを特徴とする波長可変レーザ。
【請求項７】
請求項１から６の何れか１項に記載の前記波長可変レーザにおいて、
前記利得媒体と前記第１のフィルタとが同一のプラットホーム上に形成されることを特徴とする波長可変レーザ。
【請求項８】
請求項１から７の何れか１項に記載の前記波長可変レーザにおいて、
前記２つの反射面の一方又は両方は、前記利得媒体の一方の面及び／又は前記第１のフィルタの一方の面上に形成されることを特徴とする波長可変レーザ。
【請求項９】
請求項１から８の何れか１項に記載の前記波長可変レーザにおいて、
前記利得媒体から最も離れた位置に、前記第２のフィルタと前記２つの反射面の一方を形成する第１の反射鏡とが配置され、前記波長可変レーザの出力は、前記第１の反射鏡と異なる第２の反射鏡から抽出されることを特徴とする波長可変レーザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長可変レーザに関し、特に発振周波数を要求する周波数帯域に合わせることが可能な波長可変レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザは、利得媒体を含む光共振器で構成され、利得を増加させることで発振が得られる。波長多重光ファイバ通信システムでは、赤外線領域における５０ｎｍから１００ｎｍ程度の広域な周波数帯域の中で、所望の１つの周波数で発振させる機能をもつ波長可変レーザが必要となる。
【０００３】
所望する単一波長に安定的に制御しつつ波長を多重化させるような機器において、光学ファイバ通信用機器で使用される最も一般的な２つの周波数帯に相当する６０ｎｍを越えた広波長領域を効果的に選択できることは、非常に望ましいことである。
【０００４】
また、発振波長を制御する速度は、実質的に上記のような機器の動作を妨げないために数ミリ秒以内であることが要求されている。
【０００５】
このような制御を可能にするものとして、例えばＳｏｒｉｎによる米国特許第６０９１７４４号公報（以下、従来技術１とする）や、Ｈａｍａｄａによる米国特許第５９７００７６号公報（以下、従来技術２とする）の一部や、Ｉｎｏｕｅによる特開平１１−６３２２６号公報（以下、従来技術３とする）に開示される波長可変レーザが存在する。
【０００６】
図１に従来技術１による波長可変レーザの構成を示す。図１を参照すると、従来技術１では、１つの利得媒体と、ファイバブラッグ格子より形成された２つ以上の反射フィルタと、バンドパスフィルタと、単一モードの光学ファイバと、を有して構成される。
【０００７】
この構成において、バンドパスフィルタとファイバブラッグ格子との透過特性は制御可能である。また、レーザ発振は、バンドパス伝送のピークとファイバ格子による反射のピークとに一致する周波数で生じる。更に、広域なモード制御は異なる狭域周波数帯で相互に反射する２つ以上のファイバブラッグ格子を用いることで実現される。また、バンドパスフィルタは、ファイバブラッグ格子の反射スペクトルを１つ選択的に透過させるために用いる。ファイバ格子は、その透過特性を、伝搬チャネルへ接続できる同調範囲以内の所望の周波数に制御するための用いる。
【０００８】
ファイバブラッグ格子を可変反射フィルタとして使用する場合の多くは、上記の方法において、複雑で高価な２つのフィルタを同時に制御しなければならないという問題が存在する。ファイバブラッグ格子特性が一定であるとすると、上記の方法では、所望の波長チャネル数だけのファイバブラッグ格子が必要となるため、共振器が長くなるために装置が大型化し、且つ高価なものとなる。
【０００９】
次に、従来技術２による波長可変レーザの構成を図２に示す。図２を参照すると、波長可変レーザは、１つの利得媒体と、回折格子と、を有して構成される。
【００１０】
この構成において、波長選択は、反射格子を機械的に回転させることで達成される。即ち、回折格子を回転させることで、回折格子の反射ピーク波長を制御する。
【００１１】
このような構成の問題点は、制御を実現するために大きな機械的構成が必要となることである。即ち、従来技術２を実現するためには、回折格子の回転角度をフィードバックする構成や複雑で高価な制御装置が必要となる。また、制御を機械的構成で行うと、機械的安定性と信頼性とが関係してくるため、制御に要する時間に数ミリ秒のオーダが必要となり遅くなる。
【００１２】
更に、上記した従来技術３による波長可変レーザは、ＡＯＴＦ（Ａｃｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）と利得媒体とから構成される。ＡＯＴＦを透過する多くの発振モードを減じるために利得媒体の端面に反射率を持たせ、その反射リップルを利用して一つの発振モードを選択する。
【００１３】
この従来技術３における問題点は、反射リップルを所望する周波数に適合させることが極端に困難であることや、ＡＯＴＦがドップラー周波数シフトを生じるために、レーザ発振が不安定化することにある。
【００１４】
また、上記した従来技術の他の装置としては、例えば可変フィルタとエルビウムがドープされたファイバ増幅器とを含むファイバリングレーザ等が存在するが、これらは利得の応答が遅く、波長切替えに数ミリ秒のオーダという比較的長い時間を要してしまう。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
このような現状において、マルチモード発振がきびしく抑制された単一モードのレーザ装置における安定性が要求されている。周波数分割多重機器（上述の光ファイバ通信用機器）では、例えば３０から６０ｎｍの可変帯域と数十ｐｍ程度の発振波長の精度とが要求されている。
【００１６】
単一のレーザ発振波長は、広域周波数領域の中から多くの特定の周波数を、十数ミリ秒以内のオーダで正確に選択できなければならない。加えて、制御機構は、コスト面を考慮して、簡単で且つできるだけ周波数制御のためのフィードバック構成を必要としないものでなければならない。
【００１７】
従って、本発明は、周波数制御を高速に行える、単純な構成の波長可変レーザを提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
係る目的を達成するために、請求項１記載の発明は、２つの反射面により形成された共鳴領域を有する波長可変レーザであって、レーザ光を生成する利得媒体と、前記２つの反射面の間に配置され、前記利得媒体で生成されたレーザ光の第１の所定波長領域を透過させる第１のフィルタと、前記２つの反射面の間に配置され、前記第１のフィルタを透過したレーザ光の第２の所定波長領域を透過させる第２のフィルタと、を有し、前記第１のフィルタは、導波路中を伝搬するレーザ光の透過波長領域が調整可能な音響光学素子からなる可変フィルタであり、入力レーザ光のうち、前記第１の所定透過領域のレーザ光を第１の導波路の出力方向へ導き、第１の所定透過領域以外のレーザ光を第２の導波路の出力方向へと導く構成であり、前記第２のフィルタは、前記第２の所定透過領域が周期的に配列されたフィルタであることを特徴としている。
【００１９】
これにより、本発明では、周波数制御を高速に行える、単純な構成の波長可変レーザを提供することができる。
【００２２】
更に、請求項２記載の発明は、上記の波長可変フィルタにおいて、前記第１のフィルタが、ドップラーシフトを相殺するように２段構成となっていることを特徴としている。
【００２３】
これにより、本発明では、往復により生じるドップラーシフトを相殺することが可能となる。
【００２４】
更に、請求項３記載の発明は、上記の波長可変レーザにおいて、前記第２のフィルタが、前記レーザ光の導波路に対して所定角度の傾きを有することを特徴としている。
【００２５】
これにより、本発明では、例えばＩＴＵグリッドで規定されている波長を透過させるように第２のフィルタを調節することが可能となる。
【００２６】
更に、請求項４記載の発明は、上記の波長可変レーザにおいて、前記利得媒体が、エルビウムがドープされたＬｉＮｂＯ３より成ることを特徴としている。
【００２７】
これにより、本発明では、半導体素子を使用することなく利得媒体を形成することが可能となる。
【００２８】
更に、請求項５記載の発明は、上記の波長可変レーザにおいて、前記利得媒体が、半導体素子で形成されることを特徴としている。
【００２９】
これにより、本発明では、利得媒体を比較的導波路方向に関して短く構成でき、また、利得媒体のレスポンスを高速にすることが可能となる。
【００３０】
更に、請求項６記載の発明は、上記の波長可変レーザにおいて、前記利得媒体及び／又は前記第１のフィルタが、前記レーザ光の導波路に対して所定角度の傾きを有することを特徴としている。
【００３１】
これにより、本発明では、利得媒体及び／又は第１のフィルタにおいて複合共振器が形成することを防止できる。
【００３２】
更に、請求項７記載の発明は、上記の波長可変レーザにおいて、前記利得媒体と前記第１のフィルタとが同一のプラットホーム上に形成されることを特徴としている。
【００３３】
これにより、本発明では、利得媒体と第１のフィルタとが集積される具体的構成を提供することが可能となる。
【００３４】
更に、請求項８記載の発明は、上記の波長可変レーザにおいて、前記２つの反射面の一方又は両方が、前記利得媒体の一方の面及び／又は前記第１のフィルタの一方の面上に形成されることを特徴としている。
【００３５】
これにより、本発明では、反射面と利得媒体又は第１のフィルタとを同一構成として形成することが可能となるため、キャビティ長をより縮小することが可能となる。
【００３６】
更に、請求項９記載の発明は、上記の波長可変レーザにおいて、前記利得媒体から最も離れた位置に、前記第２のフィルタと前記２つの反射面の一方を形成する第１の反射鏡とが配置され、前記波長可変レーザの出力が、前記第１の反射鏡と異なる第２の反射鏡から抽出されることを特徴としている。
【００３７】
これにより、本発明では、第２のフィルタを介した光の強度と、これを介さない光の強度との差を明確化することが可能となるため、所望するレーザ光を明確に出力させることが可能となる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
本発明を説明するにあたり、その原理について先に述べる。
【００３９】
本発明は、光学周波数の広帯域にまたがり、レーザ共鳴装置の単一の縦光学モードを高速に選択するための波長可変レーザを提供するものである。
【００４０】
所望でない周波数での発振が強く抑制される単一モード制御は、利得媒体を用いて広域周波数にまたがった光学エネルギーを発生させ、次に、第１の光学バンドパス伝送フィルタ（以下、第１のバンドパスフィルタと略す）を用いてこの光学エネルギーをフィルタリングし、結果として得られた狭域な光学エネルギーのスペクトラムを周期的な第２の光学バンドパス伝送フィルタ（以下、第２のバンドパスフィルタと略す）を用いてフィルタリングし、更に、共鳴装置のキャビティを用いてこの光学エネルギーを共鳴させることで実現される。尚、第２のバンドパスフィルタは、所望する波長チャネル間隔と同等な自由スペクトル領域を持ち、レーザキャビティの１つの縦モードを選択するのに十分に狭い透過ピークを持つものである。また、レーザ発振は、共鳴装置のキャビティに上述した構成要素を設け、これらを光学的に結合することで実現される。尚、上記した２つのバンドパスフィルタは、ソリッドステートの可変フィルタを用いる。
【００４１】
従来のバンドパスフィルタが用いられた波長可変レーザにおける１つの縦モードの選択性は、隣接する縦モードの間隔と、そのバンドパスフィルタの透過ピークの鋭さと、に依存する。実際上、透過ピークが利用できる程度に鋭く、且つ波長可変できるバンドパスフィルタは限られている。そこで本発明では、可能な限り透過半値幅が狭い透過フィルタを第２のバンドパスフィルタとして用いることにより、鋭い透過特性を得る。また、本発明では、隣接する縦モードの間隔が増加するようにできるだけキャビティの長さを縮小し、これにより、２つの隣接する縦モード間隔を広げて損失差を増加させる。
【００４２】
上述した波長可変レーザにおける利得媒体には、半導体光学増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）等を適用することができる。また、第１のバンドパスフィルタには、音響光学素子であるＡＯＴＦ（Ａｃｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）等を適用することができ、また、第２のバンドパスフィルタには、ファブリ−ペロー・エタロン・フィルタ（以下、ＦＰエタロンフィルタという）等を適用することができる。これらの構成要素は、２つの反射面間に形成されるキャビティにおける導波路上に設けられる。尚、上記の２つの反射面の内、少なくとも一方は、出力のために半反射鏡が適用される。但し、この半透過鏡の透過率は、必要に応じて種々変形されるものである。
【００４３】
ＦＰエタロンフィルタにおける透過ピークの周波数は、ＩＴＵ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｕｎｉｏｎ）グリッドの仕様で規格された特定の周波数にマッチするよう設計配置される。この結果、周波数ロッカーのようなフィードバック構成を有する周波数制御回路を必要とせずに、正確な周波数のレーザ光を
出力させることが可能となる。
【００４４】
以上のような構成を有することで、本発明では、他の縦モードが強く抑制された単一モードを出力として得られ、且つ、出力させるレーザ光の周波数を高速に選択することが可能となる。これは、光ファイバを除去することでレーザ装置のキャビティ長が縮小された結果として、並びに、狭域の透過ピークを持つ周期的なフィルタ（ＦＰエタロンフィルタ）を用いた結果として得られる効果である。尚、第１のバンドパスフィルタには、チューナブルであり、また、要求する周波数以外の周期的な透過ピークでの発振を抑制するものが用いられる。加えて、第２のバンドパスフィルタとして、ＩＴＵグリッドに正確にマッチする所望の周波数ピークを有するものを用いることで、ＩＴＵグリッドにおいて規格された周波数へ容易且つ高速に制御することが可能となる。
【００４５】
以下、本発明を好適に実施した形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００４６】
本発明の実施例について以下に図面を用いて詳細に説明する。図３は、本実施例による波長可変レーザの概略を示すブロック図である。
【００４７】
図３を参照すると、本実施例による波長可変レーザでは、２つの反射面（半透過鏡２，反射鏡６）間にレーザ共振器となるキャビティ１０が形成される。尚、この２つの反射面の内、少なくとも一方には、キャビティ１０からレーザ光を取り出すための構成として、半透過鏡（２）が使用される。また、半透過鏡２の出力側には、単一モードの光ファイバが結合される。
【００４８】
キャビティ１０内には、光学エネルギーを発生させるための利得媒体１と、ソリッドステートのチューナブルなバンドパスフィルタ３と、が設けられる。利得媒体１内の半導体光学増幅器（ＳＯＡ）において発生する光学エネルギーは、１００ｎｍ程の典型的に広域な周波数領域以上に広く分布する。バンドパスフィルタ３は、上述における第１のバンドパスフィルタであり、機械的構成を必要とせずにその透過特性を制御できるものを用いる。また、バンドパスフィルタ３は、図５（ｂ）に示すように、比較的に広い透過特性を持つものである。尚、上記の光ファイバの延長上に、レーザ光のパワーをモニタリングする構成を設け、この結果に基づいて利得媒体１の利得を制御するよう構成するとよい。
【００４９】
更にキャビティ内には、第３の基本構成として、周期的に配列された狭域の透過ピークを数多く持つフィルタ（エタロンフィルタ５）が第２のバンドパスフィルタとして設けられる。このエタロンフィルタ５は、図５（ｃ）に示すように、周期的に隔てられた高い透過ピークを持つものである。
【００５０】
また、キャビティ１０内に設けられた上記全ての光学要素は、キャビティ１０を構成する反射面（半透過鏡２，反射鏡６）に挟まれた領域であって、共鳴を生じさせる光路７上に位置される。
【００５１】
周波数コントローラ４は、所望の発振周波数を選択するために、バンドパスフィルタ３の透過特性を制御する。また、図４に示すように、波長可変レーザの一方の端（レーザ光の出力側）に、出力されたレーザ光を変調させるための強度変調器８を設けても良い。これにより、データ信号を変調させることが可能となる。
【００５２】
キャビティ１０内でのレーザ発振は、後述する２つの条件を同時に満たす周波数でのみ生じる。第１の条件は、往復により生じる波長の位相変化量が３６０度の倍数となることである。これは、レーザ発振を得るために必要な条件である。
【００５３】
満足すべき第２の条件は、波長を往復させることにより与えられる全損失と全利得とが、基本的に同等量となることである。レーザ発振は主に、往復による損失が最も小さい周波数の周りに生じる。
【００５４】
これらの条件により許可される縦モードは、図５（ｄ）に示すように、複数のスペクトルの重なりになる。例えば長さＬのキャビティが屈折率ｎの均一な媒質で満たされているとすると、隣接する縦モード間の周波数間隔ｆｄは、ｃ／（２ｎＬ）となる。ここで、ｃは真空中での光の速さである。
【００５５】
従って、ｆｄ＝ｃ／（２ｎＬ）の関係から、長さＬが増加するにつれて周波数間隔ｆｄが狭くなるため、従来の波長可変型のバンドパスフィルタでは短い素子長で１つの縦モードを選択することが困難である。これに対し本実施例では、波長可変型バンドパスフィルタの透過帯域は比較的広くてよいため、短い素子長でよく、キャビティ１０の長さＬを可能な限り短くすることが出来る。
【００５６】
図５（ａ）は、光学的なフィードバック構成を用いていない利得媒体１での典型的な利得スペクトラムを示す図である。但し、本説明における利得媒体１には、ＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）半導体が用いられているものとする。
【００５７】
図５（ａ）中、破線は、往復による損失を伴うレーザ装置において、レーザ発振のために要求される最小の利得の例を示す。また、この破線に相当する値は、レーザ発振する条件となるしきい値となる。即ち、図５（ａ）中、利得がしきい値以上となる周波数領域では、レーザ発振を制御することができる。
【００５８】
本実施例は、上述したような２つのフィルタ（バンドパスフィルタ３，エタロンフィルタ５）を用いて縦モードの往復による損失の周波数依存性を調整することで、発振により生じるレーザ光の周波数を制御する。これにより、本実施例では、縦モードの多くが図６（ａ）に示すようにエネルギーを競い始めてしまうという問題が回避される。尚、キャビティ１０内での損失に差を持たせる構成がない場合、通常、縦モードの多くが図６（ａ）に示すようにエネルギーを競い始めてしまう。
【００５９】
利得媒体１で得られるスペクトラムにおける不要な縦モードが強く抑制されたレーザ装置に対して単一モード制御を行うためには、縦モード同士で十分大きな損失差を持たせることが要求される。これは、特に隣接する光学縦モード間に要求される。
【００６０】
また、隣接する縦モードが抑制される程度は、副モード抑制比（Ｓｉｄｅ−Ｍｏｄｅ  Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ｒａｔｉｏ：ＳＭＳＲ）として表される。このＳＭＳＲは、縦モード間の最小の損失差に関係するものである。この理論は、ＭｃＩｌｒｏｙによる『ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，  ｖｏｌ．２６  ｎｏ．６』（以下、文献１とする）において開示されている。尚、文献１によれば、隣接する縦モード間の損失差が１ｄＢあれば、４０ｄＢ以上のＳＭＳＲが得られるとしている。しかしながら、縦モードが密集している場合、文献１に対して、例えば１００ｎｍの波長可変幅を有し、１ＧＨｚのモード間隔に対して１ｄＢの損失差を有する短い単一の波長可変フィルタを適用することが困難である。
【００６１】
これに対し、本実施例ではフィルタへの要求を軽減するために、２つのタイプのフィルタが用いられている。１つは周期的なフィルタであるエタロンフィルタ５であり、この典型的な特性を図５（ｃ）に示す。エタロンフィルタ５は、狭い透過ピークが容易に実現される狭い透過帯域幅を有する。このため、本実施例では、略５ｃｍ又はそれ以下の短いキャビティ長であれば、隣接する縦モード間の損失差が１ｄＢで、フィネスが約２０の領域を持つＦＰエタロンフィルタをエタロンフィルタ５として用いることができる。
【００６２】
エタロンフィルタ５の自由スペクトル領域は、ＩＴＵグリッドで規定される周波数間隔に概してセットされる。尚、望ましくは、ＩＴＵグリッドで規定された周波数に完全に一致させた方がよい。周波数間隔の典型的な値としては、１００ＧＨｚ又は５０ＧＨｚ、波長に換算すると約０．８ｎｍ又は約０．４ｎｍである。エタロンフィルタ５には、エアギャップタイプのエタロンを使用できる。また、選択した周波数以外での発振を避けるためには、バンドパスフィルタ３が少なくとも利得媒体１の利得幅以上の波長可変幅を持つことが要求される。但し本実施例では、バンドパスフィルタ３の透過特性への要求が軽減されている。この理由は、損失差が０．４ｎｍ若しくは０．８ｎｍ離れた周波数間に対して要求されるためである。このバンドパスフィルタ３の透過特性の例を図５（ｂ）に示す。
【００６３】
上述のような光学的構成要素を有することで、本実施例では１つの縦モードを選択することが可能となる。第２のバンドパスフィルタであるエタロンフィルタ５により透過させる縦モードのスペクトラムを選択することが可能となるためである。これを図６（ｃ）に示す。この結果、多くの縦モードが減じられ、このエタロンフィルタ５の透過ピークの間隔が広いため、バンドパスフィルタ３の帯域幅は、相対的に広域でもよい。また、本実施例による構成を光学的フィードバック構成を有する光学共鳴装置に適用した場合に得られる光学モードのスペクトラムを図６（ｄ）に示す。
【００６４】
上述において、チューナブルなバンドパスフィルタ３には、ＡＯＴＦが適用される。但し、ＡＯＴＦは、光学出力と弾性表面波（ＳＡＷ）との相互作用により透過特性を変化させる光学フィルタである。また、ＡＯＴＦに印加されるＳＡＷは、ＬｉＮｂＯ３のような、複屈折物質に設けられた電極にラジオ周波数（ＲＦ）を印加することによって発生される。また、発生されたＳＡＷは、ＡＯＴＦ（バンドパスフィルタ３）を導波路方向に沿って伝達する。このとき、バンドパスフィルタ３内部の導波路において光の偏波の回転が生じる。この偏向は、ＳＡＷの周波数に関係した周波数の中心付近において生じる。偏光分離フィルタを用いることで、周波数帯域を入力から第１の導波路の出力方向へ導き、また、残った出力を第２の導波路の出力方向へ導くことが可能となる。
【００６５】
モード選択は、ＳＡＷの周波数を変えることにより高速に制御することができる。但し、周波数を＃１から＃２へ切り換える際の手順では、＃１を開放する前に、ＡＯＴＦの透過特性が双方の波長に合わせられる。これは、ＡＯＴＦのユニークな特性の一面であり、２つのＲＦ波を重ねることができることを利用している。この構成によれば、制御中に中間の波長で発光することを防止でき、更に、制御速度を向上させることができる。
【００６６】
しかしながら、バンドパスフィルタ３としてＡＯＴＦ１４を使用することは、伝達するＳＡＷの使用により生じる固有の問題を抱えている。即ち、ＳＡＷの速度は、光学的周波数におけるドップラーシフトを引き起こす。そこで本実施例では、２つの等価のＡＯＴＦ素子を接続して使用することで、周波数のドップラーシフトを排除し、これにより、一定の出力制御性が得られるよう構成する。
【００６７】
ここで、ＳＡＷが光波と同一の方向に伝播する場合、ドップラーシフトは、ＴＥ偏向モードからＴＭ偏向モードへの変換の際に正方向へ生じる。これに対して、ＴＭ偏向モードからＴＥ偏向モードへの変換の際には負方向へ生じる。また、光波とＳＡＷとが逆の方向に伝播する場合、それぞれの変換におけるドップラーシフトは上述の逆方向となる。
【００６８】
また、本実施例のより具体的構成を図７（ａ），（ｂ）に示す。但し、本具体例において、エタロン１７は可能な限り反射面（反射鏡１８）の近傍に設けられる。そこで、図７（ｂ）のように、エタロン１７がＡＯＴＦ１４に面するように構成された場合、ＳＯＡ１５の一方の面には、半透過鏡２３が直接設けられる。これに対し、ＳＯＡ１５がエタロン１７とＡＯＴＦ１４とに挟まれるよう構成された場合、図７（ａ）に示すように、ＡＯＴＦ１４の一方の面には半透過鏡１３が直接設けられる。
【００６９】
ＡＯＴＦ１４のバンドパス特性の切り替え速度は、ＳＡＷが相互作用領域の端から端まで伝播する時間と関連している。この時間は、１０μｓまで短縮することができる。これにより、迅速な周波数切り換えが可能となる。
【００７０】
反射面（反射鏡１８，半透過鏡１３／２３）の間に形成されるキャビティからレーザ光を出力するためには、少なくとも一方の反射面を半透過鏡（１３／２３）とする必要がある。
【００７１】
高性能の波長可変レーザは、キャビティ全体における損失の削減が要求されるが、損失の主な要因は結合損失である。スポットサイズを一致させるために増幅器（ＳＯＡ１５）及びＡＯＴＦ１４の双方に設けられたスポットサイズ変換器は、結合損失を削減するのに適している。
【００７２】
不要な反射が存在する場合、ＳＯＡ１５の利得特性に非常に大きな格差を生じさせるが、図７（ａ）に示す本実施例はこのような問題を解決する。ＳＯＡ１５の両面には、図７（ａ）に示すように、無反射（ＡＲ）コーティングがなされることで、無反射一面出力構成となる。
【００７３】
また、図７（ｂ）に示す例では、ＳＯＡ１５がエタロン１７から可能な限り離れた場所に配置されている。そして、低反射コーティング又はへき開面がＳＯＡ１５側の一方の面に形成され、他の一方の面にＡＲコーティングがなされている。これにより、第２のフィルタ（エタロン１７）を透過してから反射鏡１８で反射して戻る光と、エタロン１７から反射した光とがＳＯＡ１５に混入することを防ぐことができる。
【００７４】
ＳＯＡ１５又はＡＯＴＦ１４とこれ以外とを結合する部分に、上述のようなレンズ（コリメータ１２，１６）を用いることで、キャビティ長を更に短くし、また、波長可変レーザをさらにコンパクトにすることができる。尚、ＳＯＡ１５又はＡＯＴＦ１４とこれ以外とを結合する部分とを、付け合わせ構造（Ｂｕｔｔ−Ｃｏｕｐｌｅｄ構造）とすることで、コリメータレンズを省略し、キャビティ長を更に縮減することも可能である。
【００７５】
また、ＳＯＡ１５とＡＯＴＦ１４との向かい合う面に所定の角度をセッティングすることで、ＳＯＡ１５とＡＯＴＦ１４とをより接近させることが可能となる。この所定の角度とは、ＳＯＡ１５とＡＯＴＦ１４との間を伝播するレーザ光の導波路に対する、ＳＯＡ１５の出力面とＡＯＴＦ１４の出力面との角度が同等となる角度である。これは、図８に示すように、相互の出力面を平行とすることで解決される。
【００７６】
第２のキーとなる解決課題は、キャビティにおける反射面間の不要な反射を取り除くことである。これは、ＳＯＡ１５の面を導波路に対して傾かせることと、エタロン１７を微小に傾けることとで解決される。尚、これら全ての面には、ＡＲコーティングがなされる。
【００７７】
上述した本実施例は、特にＳＯＡ１５近辺における不均一な利得を減じるために、反射が最小限に抑えられたＡＯＴＦ１４に結合されるＳＯＡ１５の一方の面を、先細とし、且つ、ＡＲコーティングが施された窓構造とし、更に、これを導波路に対して傾きを持たせた構造としている。図９は、先が細く、窓構成を有し、ＳＯＡ１５の出力面の通常軌道に対して導波路が傾いている、ＳＯＡ１５の無反射面（２６，２７）の好適な構成を示す図である。
【００７８】
波長可変レーザの安定性を向上させるためには、共通の基板等のプラットホームに全て上記の構成要素を設ける必要がある。
【００７９】
更に、ＡＯＴＦ１４の材料としても使用できる材質である微小なドープがなされたライトガイドを用いることで、より一層、波長可変レーザを集積することが可能となる。この材質の例としては、エルビウムがドープされたＬｉＮｂＯ３が挙げられる。図１０にこのように構成した場合の例を示す。
【００８０】
上述した実施例の具体的構成を図７（ｂ）を用いて説明する。図７（ｂ）において、利得媒体（ＳＯＡ１５）は、ＭＱＷ構造を有する導波路より形成される。ＳＯＡ１５における導波路（アクティブライトガイド２５）の詳細な構成は、図９に示す。ＳＯＡ１５において、一方の面は略１０％の低反射（ＬＲ）コーティングがなされ、もう一方の面はＡＲコーティングがなされる。また、ＡＲコーティングがなされた面はＡＯＴＦに結合される。窓構成は、先端になるにつれ細くなり、略２５μｍの長さを持ち、また、その傾きは１０度である。これにより、出力面へ延びるライトガイドの幅が縮小される。このようなコーティングされた窓構成の反射率は１０−６桁である。尚、ＳＯＡ１５内部での利得は、２００ｍＡの電流で３０ｄＢであった。
【００８１】
ＡＯＴＦ１４は、長さが略２ｃｍであり、ドップラーシフトを補うために、図７（ｂ）に示すように、２ステージの構成とされている。また、ＳＯＡ１５とＡＯＴＦ１４との間には、結合部が設けられる。但し、ＡＯＴＦ１５はコリメータを有さない。
【００８２】
エタロン１７には、１００ＧＨｚの自由スペクトル領域とフィネスが１５とを持つエタロンが用いられ、コリメータ１２，１６には、焦点距離が２ｍｍである一般的なレンズが用いられる。反射鏡１８は、１４００ｎｍから１７２０ｎｍの波長領域に対して９８％以上の反射率を持ち、材質がＴｉＯ２であるものを用いる。反射鏡１８と半透過鏡１３，２３との間に形成されるキャビティ全体の長さは５ｃｍであり、その構成要素は導波路上に配置されている。
【００８３】
図１１は、本実施例の波長可変レーザに関して、異なるレーザ波長で得られる典型的なスペクトラムを示すグラフである。尚、図１１は、１４８０ｎｍから１５３０ｎｍの波長に関して示しており、その可変領域を５０ｎｍとしている。図１１によれば、本実施例による波長可変レーザでは、３ミリワット以上の出力が得られる。また、ノイズの相対強度（ＲＩＮ）は、７．５ＧＨｚの周波数において、−１４０ｄＢ／Ｈｚ以下の良好な値となった。また、副モード抑制比（ＳＭＳＲ）は４０ｄＢよりも良好な値となった。
【００８４】
また、上記した各実施例は、本発明を好適に実施した形態の一例に過ぎず、本発明は、その主旨を逸脱しない限り、種々変形して実施することが可能なものである。
【００８５】
（付記１）
２つの反射面により形成された共鳴領域を有する波長可変レーザであって、
レーザ光を生成する利得媒体と、
該利得媒体で生成されたレーザ光の第１の所定波長領域を透過させる第１のフィルタと、
該第１のフィルタを透過したレーザ光の第２の所定波長領域を透過させる第２のフィルタと、を有し、
前記第１のフィルタは、前記第１の所定透過領域を調整できる可変フィルタであり、前記第２のフィルタは、前記第２の所定透過領域が周期的に配列されたフィルタであることを特徴とする波長可変レーザ。
【００８６】
（付記２）
付記１記載の前記波長可変レーザにおいて、
前記第１のフィルタは、音響光学素子で構成されることを特徴とする波長可変レーザ。
【００８７】
（付記３）
付記２記載の前記波長可変レーザにおいて、
前記第１のフィルタは、ドップラーシフトを相殺するように２段構成となっていることを特徴とする波長可変レーザ。
【００８８】
（付記４）
付記１から３の何れか１項に記載の前記波長可変レーザにおいて、
前記２つの反射面は、少なくとも前記利得媒体で生成されるレーザ光の波長を反射させることを特徴とする波長可変レーザ。
【００８９】
（付記５）
付記１から４の何れか１項に記載の前記波長可変レーザにおいて、
前記第２のフィルタは、前記レーザ光の導波路に対して所定角度の傾きを有することを特徴とする波長可変レーザ。
【００９０】
（付記６）
付記１から５の何れか１項に記載の前記波長可変レーザにおいて、
前記利得媒体は、エルビウムがドープされたＬｉＮｂＯ３より成ることを特徴とする波長可変レーザ。
【００９１】
（付記７）
付記６記載の前記波長可変レーザにおいて、
前記利得媒体は、前記第１のフィルタに集積されていることを特徴とする波長可変レーザ。
【００９２】
（付記８）
付記１から５の何れか１項に記載の前記波長可変レーザにおいて、
前記利得媒体は、半導体素子で形成されることを特徴とする波長可変レーザ。
【００９３】
（付記９）
付記８記載の前記波長可変レーザにおいて、
前記利得媒体は、前記レーザ光のスポットサイズを変換する第１のスポットサイズコンバータを有することを特徴とする波長可変レーザ。
【００９４】
（付記１０）
付記８又は９記載の前記波長可変レーザにおいて、
前記利得媒体と前記第１のフィルタとが付け合わせ構造で接合されることを特徴とする波長可変レーザ。
【００９５】
（付記１１）
付記８から１０の何れかに記載の前記波長可変レーザにおいて、
前記利得媒体及び／又は前記第１のフィルタは、前記レーザ光の導波路に対して所定角度の傾きを有することを特徴とする波長可変レーザ。
【００９６】
（付記１２）
付記１１記載の前記波長可変レーザにおいて、
前記利得媒体の接合面と前記第１のフィルタの接合面とは、平行に配置されることを特徴とする波長可変レーザ。
【００９７】
（付記１３）
付記２から１２の何れかに記載の前記波長可変レーザにおいて、
前記第１のフィルタは、前記レーザ光のスポットサイズを変換する第２のサイズコンバータを有することを特徴とする波長可変レーザ。
【００９８】
（付記１４）
付記２から１２の何れか１項に記載の前記波長可変レーザにおいて、
前記利得媒体と前記第１のフィルタとが同一のプラットホーム上に形成されることを特徴とする波長可変レーザ。
【００９９】
（付記１５）
付記１から１４の何れか１項に記載の前記波長可変レーザにおいて、
前記２つの反射面の一方又は両方は、前記利得媒体の一方の面及び／又は前記第１のフィルタの一方の面上に形成されることを特徴とする波長可変レーザ。
【０１００】
（付記１６）
付記８から１５の何れか１項に記載の前記波長可変レーザにおいて、
前記利得媒体は、窓構造を有することを特徴とする波長可変レーザ。
【０１０１】
（付記１７）
付記１から１６の何れか１項に記載の前記波長可変レーザにおいて、
前記第２のフィルタは、前記反射面の何れか一方の近接する位置に設けられることを特徴とする波長可変レーザ。
【０１０２】
（付記１８）
付記１から１７の何れか１項に記載の前記波長可変レーザにおいて、
前記利得媒体から最も離れた位置に、前記第２のフィルタと前記２つの反射面の一方を形成する第１の反射鏡とが配置され、
前記波長可変レーザの出力は、前記第１の反射鏡と異なる第２の反射鏡から抽出されることを特徴とする波長可変レーザ。
【０１０３】
（付記１９）
付記１から１８の何れか１項に記載の前記波長可変レーザにおいて、
前記波長可変レーザの出力端に設けられ、該波長可変レーザのレーザ出力の強度をモニタリングする強度検出手段と、
該強度検出手段により検出された前記レーザ出力の強度に基づいて、前記利得媒体の注入電流を制御する利得制御手段と、
を有することを特徴とする波長可変レーザ。
【０１０４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、周波数制御を高速に行える、単純な構成の波長可変レーザを提供することができる。
【０１０５】
更に、請求項２記載の発明によれば、ＳＡＷにより透過領域が可変なフィルタを用いて構成することが可能となる。
【０１０６】
更に、請求項３記載の発明によれば、往復により生じるドップラーシフトを相殺することが可能となる。
【０１０７】
更に、請求項４記載の発明によれば、例えばＩＴＵグリッドで規定されている波長を透過させるように第２のフィルタを調節することが可能となる。
【０１０８】
更に、請求項５記載の発明によれば、半導体素子を使用することなく利得媒体を形成することが可能となる。
【０１０９】
更に、請求項６記載の発明によれば、利得媒体を比較的導波路方向に関して短く構成でき、また、利得媒体のレスポンスを高速にすることが可能となる。
【０１１０】
更に、請求項７記載の発明によれば、利得媒体及び／又は第１のフィルタにおいて複合共振器が形成することを防止できる。
【０１１１】
更に、請求項８記載の発明によれば、利得媒体と第１のフィルタとが集積される具体的構成を提供することが可能となる。
【０１１２】
更に、請求項９記載の発明によれば、反射面と利得媒体又は第１のフィルタとを同一構成として形成することが可能となるため、キャビティ長をより縮小することが可能となる。
【０１１３】
更に、請求項１０記載の発明によれば、第２のフィルタを介したレーザ光の強度と、これを介さないレーザ光の強度との差を明確化することが可能となるため、所望するレーザ光を明確に出力させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術１による波長可変レーザの構成を示すブロック図である。
【図２】従来技術２による波長可変レーザの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例による波長可変レーザの構成を示すブロック図である。
【図４】図３の構成例の他の構成例を示すブロック図である。
【図５】（ａ）は利得媒体１による利得を説明するためのグラフであり、（ｂ）はバンドパスフィルタ３の透過特性を示すブラフであり、（ｃ）はエタロンフィルタ３の透過特性を示すグラフであり、（ｄ）は縦モードのスペクトラムを説明するための図である。
【図６】（ａ）は利得媒体１で増幅される縦モードのスペクトラムを説明するためのグラフであり、（ｂ）はバンドパスフィルタ３を透過する縦モードのスペクトラムを説明するブラフであり、（ｃ）はエタロンフィルタ３の透過する縦モードのスペクトラムを説明するグラフであり、（ｄ）は得られるレーザ出力を説明するためのグラフである。
【図７】（ａ）は本発明の実施例による波長可変レーザの具体的構成を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の他の具体的構成を示す図である。
【図８】図７（ａ）又は（ｂ）におけるＳＯＡ１５・ＡＯＴＦ１４間の構成を説明するための拡大図である。
【図９】ＳＯＡ１５の構成を示す図である。
【図１０】ＡＯＴＦ１４の他の具体的構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施例における具体的構成より得られる出力値を示すグラフである。
【符号の説明】
１  利得媒体
２、１３、２３  半透過鏡
３  バンドパスフィルタ
４  周波数コントローラ
５  エタロンフィルタ
６、１８  反射鏡
７  導波路
８  周波数変調器
１０  キャビティ
１１  光ファイバ
１２、１６  コリメータ
１４  ＡＯＴＦ
１５  ＳＯＡ
１７  エタロン
２５  アクティブライトガイド
２６、２７  無反射面
３１  エルビウムドープ領域
【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】
0004146658.tif 000009
【図９】
0004146658.tif 000010
【図１０】
0004146658.tif 000011
【図１１】
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