(57)【要約】【課題】  高信頼性、高性能かつ低価格な波長可変レーザを提供する。【解決手段】  波長可変レーザ１０は、異なる大きさのリング共振器１１１，１１２が方向性結合器１２２を介して連結されてなる二重リング共振器１１と、リング共振器１１１に方向性結合器１２１を介して一端１３１が接続されたＬＤ側導波路１３と、リング共振器１１２に方向性結合器１２３を介して一端１４１が接続された反射側導波路１４と、リング共振器１１１等が形成されたＰＬＣ基板１５と、反射側導波路１４の他端１４２に設けられた高反射膜１６と、対向する二つの発光端面１７１，１７２の一方に低反射膜１８が形成され、低反射膜１８にＬＤ側導波路１３の他端１３２が光結合されたＬＤチップ１７と、二重リング共振器１１の共振波長を変化させる膜状ヒータ１９１〜１９４とを備えたものである。【選択図】  図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる光路長を有するリング状導波路からなる複数のリング共振器を光学的結合手段により連結した多重リング共振器と、
前記複数のリング共振器の一つに光学的結合手段により一端が接続されたＬＤ側導波路と、
前記複数のリング共振器の他の一つに光学的結合手段により一端が接続された反射側導波路と、
前記リング共振器、前記ＬＤ側導波路及び前記反射側導波路が形成された一つの基板と、
前記反射側導波路の他端に設けられた反射膜と、
対向する二つの発光端面の一方に低反射膜が形成され、当該低反射膜を介して前記ＬＤ側導波路に光結合されたレーザダイオードチップと、
前記多重リング共振器の共振波長を変化させる波長可変手段とを有することを特徴とする波長可変レーザ。
【請求項２】
前記多重リング共振器は、少なくとも２以上の前記リング共振器を含むことを特徴とする請求項１に記載の波長可変レーザ。
【請求項３】
前記レーザダイオードチップの低反射膜と前記前記ＬＤ側導波路とが突き合わされて光結合していることを特徴とする請求項１に記載の波長可変レーザ。
【請求項４】
前記レーザダイオードチップの低反射膜と前記前記ＬＤ側導波路とが光学手段により光結合していることを特徴とする請求項１に記載の波長可変レーザ。
【請求項５】
前記光学手段として、レンズを用いた請求項４に記載の波長可変レーザ。
【請求項６】
前記複数のリング共振器は、周期的に現れる反射ピークの間隔が異なるように前記リング状導波路の直径が設定され、反射ピークの一致点で共振を引き起こすことを特徴とする請求項１に記載の波長可変レーザ。
【請求項７】
前記光学的結合手段として、方向性結合器を用いた請求項１に記載の波長可変レーザ。
【請求項８】
前記波長可変手段は、前記リング共振器のリング状導波路の屈折率を変化させて、共振波長を変化させることを特徴とする請求項１に記載の波長可変レーザ。
【請求項９】
前記波長可変手段は、前記リング状導波路の温度特性を利用して前記リング状導波路の屈折率を変化させるものであることを特徴とする請求項７に記載の波長可変レーザ。
【請求項１０】
前記多重リング共振器の共振波長を検出する波長検出手段を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の波長可変レーザ。
【請求項１１】
前記波長検出手段は、一定範囲の波長のみの光を通過または遮蔽させて、前記波長を検出することを特徴とする請求項９に記載の波長可変レーザ。
【請求項１２】
前記波長検出手段で検出された共振波長情報に基づいて前記多重リング共振器の共振をフィードバック制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項１０に記載の波長可変レーザ。
【請求項１３】
前記ＬＤ側導波路の一端の延長された端面又は前記反射側導波路の一端の延長された端面から出射される迷光による影響を抑制する迷光抑制部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の波長可変レーザ。
【請求項１４】
前記多重リング共振器と前記レーザダイオードチップとの間の前記ＬＤ側導波路中，前記多重リング共振器と前記高反射膜との間の前記反射側導波路中又はリング共振器間のうち少なくとも１箇所に、一定範囲の波長の光のみを通過させるフィルタを挿入したことを特徴とする請求項１に記載の波長可変レーザ。
【請求項１５】
前記ＬＤ側導波路の一端の延長された端面又は前記反射側導波路の一端の延長された端面に受光素子を設けたことを特徴とする請求項１に記載の波長可変レーザ。
【請求項１６】
前記レーザダイオードチップは、前記基板上にパッシブアライメント技術によって実装されたことを特徴とする請求項１に記載の波長可変レーザ。
【請求項１７】
前記受光素子は、前記基板上にパッシブアライメント技術によって実装されたことを特徴とする請求項１５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、例えばＷＤＭ（Wavelength Division Mutiplexing）伝送システム等に用いられる、波長可変レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
ブロードバンド時代を迎え、光ファイバの効率的な活用に向け、一台で複数の光波長の通信が可能なＷＤＭ伝送システムの導入が進んでいる。最近では、数十の光波長を多重化し、より高速な伝送を可能にするＤＷＤＭ装置（高密度波長分割多重装置）の活用も拡がっている。これに伴い、各ＷＤＭ伝送システムには光波長毎に対応した光源が必要となり、高多重化に伴い、その必要数は飛躍的に増加している。更に最近では、任意波長を各ノードでAdd/DropするＲＯＡＤＭ（Reconfigurable optical add/drop multiplexers）が、商用化を目指して検討されつつある。このＲＯＡＤＭシステムを導入すれば、波長多重による伝送容量の拡大に加え、波長を変えることによる光路切り換えが可能となるので、光ネットワークの自由度が飛躍的に高まる。【０００３】
ＷＤＭ伝送システム用の光源としては、これまで単一軸モード発振するＤＦＢ−ＬＤ（Distributed feedback laser diode：分布帰還型半導体レーザ）がその使いやすさ及び信頼性の高さから広く使われてきた。ＤＦＢ−ＬＤは、共振器全域に深さ３０ｎｍ程度の回折格子が形成されており、回折格子周期と等価屈折率の２倍との積に対応した波長で安定した単一軸モード発振が得られる。しかし、ＤＦＢ−ＬＤでは、発振波長の広範囲に渡るチューニングが不可能であるので、ＩＴＵグリッド毎に波長のみが異なった製品を用いて、ＷＤＭ伝送システムを構成している。このため、波長毎に異なった製品を用いる必要があるので、波長毎の製品を管理するコストが上昇したり、故障対応のための余剰な在庫が必要になったりしていた。更に、波長により光路を切り換えるＲＯＡＤＭでは、通常のＤＦＢ−ＬＤを使用してしまうと、温度変化で変えられる３ｎｍ程度に波長範囲の可変幅が制限されてしまう。したがって、波長資源を積極的に使用するＲＯＡＤＭの特長を活かした光ネットワークの構成が困難となってしまう。【０００４】
これら現状のＤＦＢ−ＬＤのもつ課題を克服し、広い波長範囲で単一軸モード発振を実現すべく、波長可変レーザの研究が精力的に行われている。以下、下記非特許文献１に詳述されている中から幾つかを例示することにより、従来の波長可変レーザについて説明する。【０００５】
波長可変レーザは、レーザ素子内に波長可変機構を設けたタイプと、レーザ素子外に波長可変機構を設けたタイプとの、２種類に大別される。【０００６】
前者の場合、利得を生み出す活性領域と、回折格子による反射を生み出すＤＢＲ領域とが、同一レーザ素子内に形成されたＤＢＲ−ＬＤ（Distributed Bragg reflector laser diode）が提案されている。このＤＢＲ−ＬＤの波長可変範囲は、最高でも１０ｎｍ程度である。また、利得を生み出す活性領域とこれを前方と後方で挟むＤＢＲ領域とが同一レーザ素子内に形成された、不均一回折格子を用いたＤＢＲ−ＬＤが提案されている。前方と後方のＤＢＲ領域は、不均一回折格子によって多数の反射ピークが発生し、かつ反射ピークの間隔が前方と後方で僅かにずれている。この構造によっていわゆる「バーニア効果」が得られるので、極めて広い波長可変が可能となる。この不均一回折格子を用いたＤＢＲ−ＬＤでは、１００ｎｍを越える波長可変動作及び４０ｎｍの準連続波長可変動作が実現されている。【０００７】
後者の場合、レーザ素子外に設けた回折格子を回転させて特定の波長の光をレーザ素子に戻す波長可変レーザが提案されている。【０００８】
【非特許文献１】小林功郎著，「光集積デバイス」，初版２刷，共立出版株式会社，２０００年１２月，ｐ．１０４−１２２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の波長可変レーザにおいては、これまで多くの構造が提案されているものの、モードホッピングの発生、複雑な波長制御方法、弱い振動耐性、素子増大による高価格化等の欠点があるため、実用化が困難な状況が続いている。【００１０】
ＤＢＲ−ＬＤでは、ＤＢＲ領域にキャリア注入を行うことにより、この部分での屈折率を変化させて、波長可変動作を実現している。このため、電流注入により結晶欠陥が増殖すると、電流注入に対する屈折率変化の割合が著しく変動するので、長期に渡り一定波長でのレーザ発振を維持することが難しい。更に、現状の化合物半導体のプロセス技術では、２インチ以上のインチアップは不可能である。そのため、複雑化してサイズの大きくなったレーザ素子では、現状以上の価格低減が難しい。【００１１】
またレーザ素子外に波長可変機構を設けた構成では、振動によってモードジャンプが容易に発生することから、これを避けるための大がかりな耐震機構が必要となる。そのため、モジュールサイズの大型化及び価格の上昇を招いてしまう。【００１２】
本発明の目的は、実用化に際して問題となっていた従来の波長可変レーザの課題を克服し、高信頼性、高性能かつ低価格な波長可変レーザを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するため、本発明に係る波長可変レーザは、互いに異なる光路長を有するリング状導波路からなる複数のリング共振器を光学的結合手段により連結した多重リング共振器と、前記複数のリング共振器の一つに光学的結合手段により一端が接続されたＬＤ側導波路と、前記複数のリング共振器の他の一つに光学的結合手段により一端が接続された反射側導波路と、前記リング共振器、前記ＬＤ側導波路及び前記反射側導波路が形成された一つの基板と、前記反射側導波路の他端に設けられた反射膜と、対向する二つの発光端面の一方に低反射膜が形成され、当該低反射膜を介して前記ＬＤ側導波路に光結合されたレーザダイオードチップ（Laser Diode Chip；以下、ＬＤチップという）と、前記多重リング共振器の共振波長を変化させる波長可変手段とを有することを特徴とするものである。なお、光学的結合手段としては、方向性結合器と用いてもよい。また光学手段としては、レンズを用いてもよい。【００１４】
ＬＤチップから出射された光は、低反射膜→ＬＤ側導波路→多重リング共振器→反射側導波路→反射膜→反射側導波路→多重リング共振器→ＬＤ側導波路→低反射膜、という経路を通って戻ってくる。この戻り光の波長は、多重リング共振器の共振波長である。その理由は、多重リング共振器を構成する各リング共振器はＦＳＲ（Free Spectral Range）が僅かに異なっているため、各リング共振器で発生している反射（透過）の周期的な変化が一致した波長（共振波長）において更に大きな反射が発生するからである。そして、周期の一致する波長は各リング共振器の円周長と導波路屈折率変化とにより大きく変わるため、効率の良い波長可変動作が得られる。この導波路屈折率は熱光学効果によって変えることができる。熱光学効果とは、熱によって材料の屈折率が増加する現象であり、通常どのような材料も持っている。すなわち、複数のリング共振器の温度特性を利用して、多重リング共振器の共振波長を変化させることが可能である。波長可変手段は、リング共振器を加熱するものでも冷却するものでもよい。このように、本発明では、円周の僅かに異なるリング共振器を複数直列に接続して多重リング共振器を構成し、これにより発生するバーニア効果を巧みに利用している。【００１５】
前記多重リング共振器は、少なくとも２以上の前記リング共振器を含んでいる。多重リング共振器を２つのリング共振器により構成すると、最も単純な構成となるとともに、二つのリング共振器の温度を制御することにより、二重リング共振器における共振波長を容易に変えることができる。なお、多重リング共振器は、リング共振器の数がＮ個ならば、Ｎ個のリング共振器の共振波長の全てが一致した波長で共振する。すなわち、Ｎ個のリング共振器の温度を制御することから、Ｎが増えるほど、多重リング共振器の共振波長を変える方法が増える。【００１６】
前記レーザダイオードチップの低反射膜と前記前記ＬＤ側導波路とを突き合わせて光結合する、或いは前記レーザダイオードチップの低反射膜と前記前記ＬＤ側導波路とを光学手段により光結合してもよいものである。このように、前記レーザダイオードチップの低反射膜と前記前記ＬＤ側導波路とを光結合する構成を、状況に応じて選択することができる。【００１７】
前記複数のリング共振器は、周期的に現れる反射ピークの間隔が異なるように前記リング状導波路の直径が設定され、反射ピークの一致点で共振を引き起こす構成となっている。波長可変手段は、前記リング共振器のリング状導波路の屈折率を変化させて、共振波長を変化させる。具体的に前記波長可変手段は、前記リング状導波路の温度特性を利用して前記リング状導波路の屈折率を変化させる。【００１８】
したがって、固定波長のＤＦＢ−ＬＤでは得られない広い波長範囲での波長可変動作を、これまでの外部鏡を用いない簡便な構成により実現できる。しかも、通常の外部鏡型の波長可変レーザとは異なり、可動部が存在しないので、高信頼性に加え高い振動衝撃特性を実現できる。これに加えて、波長チューニングは、リング状導波路の温度特性を利用してリング状導波路の屈折率を変化させるため、半導体導波路に電流を注入する方式に比較して、特性の経年変化が極めて小さい。【００１９】
前記多重リング共振器の共振波長を検出する波長検出手段を更に備えている。前記波長検出手段は、一定範囲の波長のみの光を通過させて、前記波長を検出するようにしてもよい。この波長検出手段によって、多重リング共振器の共振波長を知ることができる。【００２０】
前記多重リング共振器と前記レーザダイオードチップとの間の前記ＬＤ側導波路中，前記多重リング共振器と前記高反射膜との間の前記反射側導波路中又はリング共振器間のうち少なくとの１箇所に、一定範囲の波長の光のみを通過させるフィルタを挿入してもよい。前記ＬＤ側導波路の一端の延長された端面又は前記反射側導波路の一端の延長された端面に受光素子を設けてもよい。この場合、一定範囲の波長の光のみがフィルタを通過して受光素子で検出されるようにしてもよい。この受光素子により、ＬＤチップから出射されるレーザ光の強度をモニタすることができる。またフィルタにより一定範囲の波長のレーザ光を通過させることができる。【００２１】
前記波長検出手段で検出された共振波長情報に基づいて前記多重リング共振器の共振をフィードバック制御する制御手段を備えた構成としてもよい。これにより、共振波長が一定になるように、フィードバック制御を実行できる。【００２２】
前記ＬＤ側導波路の一端の延長された端面又は前記反射側導波路の一端の延長された端面から出射される迷光による影響を抑制する迷光抑制部を設けてもよい。これにより、迷光による影響を抑制することができる。【００２３】
前記レーザダイオードチップを、前記基板上にパッシブアライメント技術によって実装してもよい。前記受光素子を、前記基板上にパッシブアライメント技術によって実装してもよい。本工法を用いれば、光出力をモニタすることなく位置合わせマークだけを用いて、各チップを実装することにより、製造工程を簡易化できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る波長可変レーザによれば、多重リング共振器を形成した基板にＬＤチップを実装し、多重リング共振器の温度によって共振波長を変化させることにより、極めて広い範囲の波長のレーザ光を得ることができる。また、半導体レーザへの電流注入や機械的な可動部材を用いていないので、高信頼性が高い。しかも、基板にＬＤチップを実装しただけの構成であるから、製造が容易であり、安価である。【００２５】
さらに、本発明のレーザ構造を用いることにより、通常のＤＦＢ−ＬＤでは得られない広い波長範囲での波長可変動作を、これまでの外部鏡を用いない簡便な構成により実現できる。しかも、通常の外部鏡型の波長可変レーザとは異なり、可動部が存在しないので、高信頼性に加え高い振動衝撃特性を実現できる。これに加えて、波長チューニングは、リング共振器のリング状導波路の屈折率を変化させて行うため、半導体導波路に電流を注入する方式に比較して、特性の経年変化が極めて小さい。以上、本発明に係る波長可変レーザは、従来の波長可変レーザに比較して多くの点で優れており、更に低価格による生産が可能なことから、実用上極めて有効な構成である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。【００２７】
図１は、本発明に係る波長可変レーザの第１実施形態を示す平面図である。以下、この図面に基づき説明する。【００２８】
本実施形態の波長可変レーザ１０は、互いに異なる光路長を有するリング状導波路からなるリング共振器１１１，１１２が方向性結合器１２２を介して連結されてなる二重リング共振器１１と、リング共振器１１１に方向性結合器１２１を介して一端１３１が接続されたＬＤ側導波路１３と、リング共振器１１２に方向性結合器１２３を介して一端１４１が接続された反射側導波路１４と、リング共振器１１１，１１２、ＬＤ側導波路１３及び反射側導波路１４が形成された一つのＰＬＣ基板１５と、反射側導波路１４の他端１４２に設けられた高反射膜１６と、ＰＬＣ基板１５上に設けられるとともに、対向する二つの発光端面１７１，１７２の一方（発光端面１７１）に低反射膜１８が形成され、低反射膜１８にＬＤ側導波路１３の他端１３２が突き合わされて光結合したＬＤチップ１７と、リング共振器１１１，１１２の温度特性を利用して二重リング共振器１１の共振波長を変化させる膜状ヒータ１９１〜１９４とを備えたものである。なお、上述した導波路としては、石英ガラスなどを用いることができる。【００２９】
ＰＬＣ基板１５は、例えばシリコン基板上に、ＣＶＤ、フォトリソグラフィ及びＲＩＥなどの微細加工技術を用いて、導波路となるコア層と導波路以外のクラッド層とを形成したものである。なお、基板としては、ＰＬＣ基板１５以外の基板を用いてもよい。またコア層とクラッド層の材料としては、シリカ材料の他、ポリマー，光導体などの他の材料を用いてもよい。高反射膜１６は、誘電体多層膜又は金などの金属膜からなり、ＰＬＣ基板１５の側面に成膜されている。なお、高反射膜１６は、レーザ光を十分に反射する特性を有するものであれば、いずれの反射膜であってもよい。ＬＤチップ１７としては、通常のレーザダイオードチップを用いる。低反射膜１８は、例えば誘電体多層膜である。膜状ヒータ１９１〜１９４は、例えばプラチナやクロムなどの金属膜である。また、膜状ヒータ１９１〜１９４には、図示しないが、膜状ヒータ１９１〜１９４の両端に接する金膜からなる配線、これらの配線に通電する電源、この電源の出力電圧又は出力電流を制御するコントローラ等が付設されている。波長可変手段として、リング共振器１１１，１１２のリング状導波路の温度特性を利用してリング状導波路の屈折率を変化させる膜状ヒータ１９１〜１９４を用いたが、これに限られるものではない。膜状ヒータ１９１〜１９４に代えて、加熱・冷却により、リング共振器１１１，１１２のリング状導波路の温度特性を利用してリング状導波路の屈折率を変化させる構成としてもよい。要は、リング共振器１１１，１１２のリング状導波路の屈折率を変化させて共振波長を変化させるものであれば、いずれのものでもよい。なお、波長可変手段として、基板上に設けられた膜状ヒータを用いると、基板上に例えば金属膜を形成することにより波長可変手段を簡単に得られるので、製造が容易である。【００３０】
ＬＤチップ１７は、パッシブアライメント技術によってＰＬＣ基板１５上に直接実装されている。パッシブアライメント技術とは、ＰＬＣ基板１５面に形成されたマークパターンと、ＬＤチップ１７のマークパターンとを用いて、位置決めを行う技術である。この技術によれば、これまで光モジュール作製の際に行われていた光軸調芯を不要にできるので、モジュール作製のコスト及びリードタイムを大きく改善できる。【００３１】
ＬＤチップ１７から出射された光Ｌ１は、低反射膜１８→ＬＤ側導波路１３→二重リング共振器１１→反射側導波路１４→高反射膜１６→反射側導波路１４→二重リング共振器１１→ＬＤ側導波路１３→低反射膜１８という経路を通って戻り、発光端面１７２からレーザ光Ｌ２として出射される。この戻り光Ｌ２の波長は、二重リング共振器１１の共振波長である。【００３２】
図２は波長可変レーザ１０の波長可変動作を示し、図２［１］はリング状導波路の直径が小さい方のリング共振器１１２の反射スペクトルを示すグラフ、図２［２］はリング状導波路の直径が大きい方のリング共振器１１１の反射スペクトルを示すグラフ、図２［３］は二重リング共振器１１の反射スペクトルを示すグラフである。以下、図１及び図２に基づき、波長可変レーザ１０の作用及び効果について説明する。【００３３】
リング共振器１１１，１１２は、周期的に現れる反射ピークの間隔が異なるようにリング状導波路の直径が設定され、反射ピークの一致点で共振を引き起こすように構成されている。具体的には、図２［１］［２］に示すように、リング共振器１１１，１１２は、周期的に現われる多数の反射ピークの間隔がわずかに異なるように、その直径Ｒ１，Ｒ２が設定されている。ここで、実線で示すリング共振器１１２の反射ピーク間隔がリング共振器１１１の反射ピーク間隔よりも狭く、かつ波長λ１でリング共振器１１１，１１２の反射ピークが一致しているとする。このとき、二重リング共振器１１は、図２［３］に示すように、波長λ１で共振を起こす。【００３４】
膜状ヒータ１９１，１９２をある通電量で加熱していた状態から、その通電量を減少させることにより、リング共振器１１１の温度を下げたとする。すると、そのリング状導波路の屈折率が減少することにより、リング共振器１１１の反射スペクトルが、図２［２］に破線で示すように、全体として短波長側へ僅かに移動する。その結果、波長λ２でリング共振器１１１，１１２の反射ピークが一致することにより、二重リング共振器１１は、図２［３］に破線で示すように、波長λ２で共振を起こす。このように、図２［２］にΔλで示す反射ピーク波長変化によって、λ１からλ２への波長変化を起こすことができる。例えば、リング共振器１１１，１１２で両者の反射ピークの間隔が１０％ずれていると、屈折率変化による二重リング共振器１１の反射ピークの動きは１０倍の共振波長変化となって現われる。これを次々と繰り返すことによって、間欠的ではあるが極めて広い波長可変範囲が得られる。これは、ノギスや昔の通信機の周波数を変えるダイアルに採用されていたバーニアダイアルと同じ原理である。これに加え、膜状ヒータ１９３，１９４の通電量を制御してもう一方のリング共振器１１２の反射スペクトルも移動させることにより、極めて広い範囲で連続的に波長を変えることができる。【００３５】
図３は二重リング共振器１１の反射スペクトルのグラフを示し、図３［１］はリング共振器１１１，１１２間の位相差φ＝0.44πの場合であり、図３［２］はリング共振器１１１，１１２間の位相差φ＝1.76πの場合である。以下、図１及び図３に基づき、波長可変レーザ１０における波長選択機構及び波長可変機構について詳細に説明する。【００３６】
まず、二重リング共振器１１の光伝達関数は次式により与えられる。
【数１】
2005096462.tif 000002
【００３７】
ここで、κ１，κ２，κ３は二重リング共振器１１中に設けられた方向性結合器１２１，１２２，１２３の分岐比、λは波長、ｎは導波路等価屈折率、ΔＬ１はリング共振器１１２の円周長、ΔＬ２はリング共振器１１１の円周長、φはリング共振器１１１，１１２間の位相差をそれぞれ表す。κ１＝κ３＝0.1296、κ２＝0.0081、ΔＬ１＝2000μｍ、ΔＬ２＝2040μｍとし、高反射膜１６から光を折り返した場合の反射スペクトルの計算結果を図３に示す。【００３８】
図３［１］に示すように、φ＝0.44πに設定すると、1.56μm付近に反射ピークが出現する。一方、図３［２］に示すように、φ＝1.76πに設定すると、反射ピークは1.53μm付近に出現する。したがって、ほぼπの位相変化により、Ｃ帯全域（1.53μｍ〜1.56μｍ）に渡る反射ピークの移動が可能である。このように、πの位相変化で広範囲に渡る波長可変動作を可能にしているのは、円周長、すなわち直径Ｒ１，Ｒ２が僅かに異なるリング共振器１１１，１１２を二つ直列に接続し、これにより発生するバーニア効果を巧みに利用している点にある。これは、直列に接続されたリング共振器１１１，１１２のＦＳＲが僅かに異なっているため、各リング共振器１１１，１１２で発生している反射（透過）の周期的な変化が一致した波長（共振波長）においてさらに大きな反射が発生するからである。これにより周期の一致する波長はリング共振器１１１，１１２の円周長と導波路屈折率変化とにより大きく変わるため、効率の良い波長可変動作が期待できる。先に計算で示したように、Ｃ帯全域のチューニング動作を行う場合でもこれに必要な位相変化はπ程度である。これは、シリカ導波路の場合、８０℃程度のヒータ通電による温度変化により実現可能な値である。【００３９】
本実施形態では、ここで述べた二重リング共振器１１の反射特性をＬＤの波長選択機構として用いて、波長可変動作を実現する。具体的には、リング共振器１１１，１１２を構成するリング状導波路直上に付けられた膜状ヒータ１９１〜１９４に通電することにより、局所的に温度を上昇させる。そして、この温度を制御することにより、所望の波長での反射量を増加させることができ、同波長でのレーザ発振を実現させる。先に述べたように、本実施形態の構成であれば、Ｃ帯全域又はＬ帯全域（1.56μｍ〜1.59μｍ）に渡り反射ピーク波長を膜状ヒータ１９１〜１９４への通電によりシフトさせ、これにより広範囲な波長範囲で波長可変動作を行うことができる。【００４０】
図４は、本発明に係る波長可変レーザの第２実施形態を示す平面図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図１と同一部分は同一符号を付すことにより説明を省略する。【００４１】
本実施形態の波長可変レーザ２０は、ＬＤ側導波路１３の一端１３１及び反射側導波路１４の一端１４１に、それらの延長された端面１３３，１４３を所定の方向に向かせる湾曲部１３４，１４４が形成されたものである。これにより、端面１３３，１４３から出射される迷光を影響の少ない方へ導くことができる。【００４２】
なお、図４では、迷光抑制部として湾曲部１３４，１４４を用いたが、これに限られるものではない。ＬＤ側導波路の一端の延長された端面又は前記反射側導波路の一端の延長された端面から出射される迷光による影響を抑制するものであれば、いずれの迷光抑制部を用いてもよい。【００４３】
図５は、本発明に係る波長可変レーザの第３実施形態を示す平面図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図１と同一部分は同一符号を付すことにより説明を省略する。【００４４】
本実施形態の波長可変レーザ３０は、ＬＤ側導波路１３の一端１３１の延長された端面１３３に、受光素子３１が設けられている。この受光素子３１により、ＬＤチップ１７から出射されるレーザ光Ｌ２の強度をモニタすることができる。受光素子３１は、例えばフォトダイオードであり、パッシブアライメント技術によってＬＤチップ１７とともにＰＬＣ基板１５上に直接実装される。なお、受光素子３１は、反射側導波路１４２の一端１４１の延長された端面１４３に設けてもよい。【００４５】
図６は、本発明に係る波長可変レーザの第４実施形態を示す平面図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図１及び図５と同一部分は同一符号を付すことにより説明を省略する。【００４６】
本実施形態の波長可変レーザ４０は、ＬＤ側導波路１３の一端１３１の延長された端面１３３に設けられた受光素子３１と、受光素子３１と二重リング共振器１１との間のＬＤ側導波路１３中に挿入され一定範囲の波長の光のみを通過させる非対称マッハ−ツェンダ干渉計４１と、受光素子３１で検出された光強度が一定になるように膜状ヒータ１９１〜１９４への通電を制御する制御手段４２と、を更に備えている。【００４７】
非対称マッハツェンダ干渉計４１は、短い導波路４１１と長い導波路４１２とが方向性結合器４１３，４１４によって並列に接続された構造を有し、導波路４１１，４１２間の光路長差に基づく干渉を利用したフィルタとして機能する。また、非対称マッハ−ツェンダ干渉計４１は、他の導波路と同時にＰＬＣ基板１５に形成することができる。制御手段４２は、例えばＤＳＰ等のマイクロコンピュータ、ＡＤ変換器、ＤＡ変換器及び増幅器等からなる、一般的なものである。【００４８】
非対称マッハツェンダ干渉計４１及び受光素子３１は、一定範囲の波長の光を通過させて、２重リング共振器１１の共振波長を検出する波長検出手段として機能する。なお、非対称マッハ−ツェンダ干渉計４１及び受光素子３１は、反射側導波路１４に設けてもよい。【００４９】
本実施形態において、制御手段４２は、波長検出手段（３１，４１）が検出した共振波長情報に基づいて、２重リング共振器１１の共振をフィードバック制御する。【００５０】
図７は、本発明に係る波長可変レーザの第５実施形態を示す平面図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図１及び図６と同一部分は同一符号を付すことにより説明を省略する。【００５１】
本実施形態の波長可変レーザ５０は、二重リング共振器１１と高反射膜１６との間の反射側導波路１４中に、非対称マッハツェンダ干渉計４１が挿入されている。非対称マッハツェンダ干渉計４１は、一定範囲の波長の光のみを通過させるフィルタとして機能する。このフィルタ機能により、２重リング共振器１１からのうち、一定範囲内の波長のみの光が非対称マッハツェンダ干渉計４１を通過する。その光の波長は２重リング共振器１１の共振波長に相当する。非対称マッハツェンダ干渉計は、リング共振器間など光の往復する箇所のいずれに挿入されてもよい。【００５２】
図８は、本発明に係る波長可変レーザの第６実施形態を示す平面図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図１と同一部分は同一符号を付すことにより説明を省略する。【００５３】
本実施形態の波長可変レーザ６０は、互いに異なる光路長を有するリング状導波路からなるリング共振器１１１，１１２，１１３が方向性結合器１２２，１２３を介して連結されてなる三重リング共振器６１と、リング共振器１１１に方向性結合器１２１を介して一端１３１が接続されたＬＤ側導波路１３と、リング共振器１１３に方向性結合器１２４を介して一端１４１が接続された反射側導波路１４と、リング共振器１１１，１１２，１１３、ＬＤ側導波路１３及び反射側導波路１４が形成された一つのＰＬＣ基板１５と、反射側導波路１４の他端１４２に設けられた高反射膜１６と、ＰＬＣ基板１５上に設けられるとともに、対向する二つの発光端面１７１，１７２の一方（発光端面１７１）に低反射膜１８が形成され、低反射膜１８にＬＤ側導波路１３の他端１３２が接続されたＬＤチップ１７と、リング共振器１１１，１１２，１１３の温度特性を利用して三重リング共振器６１の共振波長を変化させる膜状ヒータ１９１〜１９６とを備えたものである。なお導波路としては、石英ガラスなどを用いることができる。【００５４】
本実施形態では、多重リング共振器が三重リング共振器６１となっている。三重リング共振器６１は、三個のリング共振器１１１，１１２，１１３の共振波長の全てが一致した波長で共振する。すなわち、三個のリング共振器１１１，１１２，１１３の温度を制御することができるので、三重リング共振器６１の共振波長を変える方法が多様になる。【００５５】
図９は、本発明に係る波長可変レーザの第７実施形態を示す平面図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図１と同一部分は同一符号を付すことにより説明を省略する。【００５６】
本実施形態の波長可変レーザ７０は、互いに異なる光路長を有するリング状導波路からなるリング共振器１１１，１１２が方向性結合器１２２ａ，１２２ｂ及び直線導波路１２２ｃを介して連結されてなる二重リング共振器１１と、リング共振器１１１に方向性結合器１２１を介して一端１３１が接続されたＬＤ側導波路１３と、リング共振器１１２に方向性結合器１２３を介して一端１４１が接続された反射側導波路１４と、リング共振器１１１，１１２、ＬＤ側導波路１３及び反射側導波路１４が形成された一つのＰＬＣ基板１５と、反射側導波路１４の他端１４２に設けられた高反射膜１６と、ＰＬＣ基板１５上に設けられるとともに、対向する二つの発光端面１７１，１７２の一方（発光端面１７１）に低反射膜１８が形成され、低反射膜１８にＬＤ側導波路１３の他端１３２が接続されたＬＤチップ１７と、リング共振器１１１，１１２の温度特性を利用して二重リング共振器１１の共振波長を変化させる膜状ヒータ１９１〜１９４とを備えたものである。なお導波路としては、石英ガラスなどを用いることができる。【００５７】
本実施形態では、リング共振器１１１，１１２を連結する光学的結合手段として、方向性結合器に代えて直線導波路１２２ｃを用いている。要は、複数のリング共振器１１，１１２を連結する光学的結合手段としては、方向性結合器，或いは導波路のいずれを用いてもよい。【００５８】
図１０は、本発明に係る波長可変レーザの第８実施形態を示す平面図である。図１１は、本発明に係る波長可変レーザの第９実施形態を示す平面図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図１及び図９と同一部分は同一符号を付すことにより説明を省略する。【００５９】
以上説明した図１，図４〜図９に示す実施形態では、ＬＤチップ１７を基板１５上に実装した場合について説明したが、これに限られるものではない。図１０及び図１１に示すように、ＬＤチップ１７を基板から切り離して設けてもよいものである。【００６０】
図１０に示す実施形態は、ＬＤチップ１７を基板１５から切り離して設けている。そして、ＬＤチップ１７の低反射膜１８とＬＤ側導波路１３とを突き合わせて光結合している。ＬＤチップ１７の低反射膜１８とＬＤ側導波路１３との間隔は、３０μｍ以下で精密に実装される。なお、ＬＤチップ１７の低反射膜１８とＬＤ側導波路１３とを密着させて光結合してもよい。【００６１】
図１０に示す実施形態によれば、ＬＤチップ１７が他の基板などに実装されている場合などに有効である。さらに、ＬＤチップ１７の低反射膜１８とＬＤ側導波路１３とを突き合わせて光結合しているため、その間の寸法を短くすることができる。【００６２】
図１１に示す実施形態は、図１０の実施形態のようにＬＤチップ１７を基板１５から切り離して設けている。そして、ＬＤチップ１７の低反射膜１８とＬＤ側導波路１３とをレンズなどの光結合手段８０を介して光結合している。この光結合手段８０により、ＬＤチップ１７の低反射膜１８とＬＤ側導波路１３との光スポットサイズの整合が可能となる。【００６３】
図１１に示す実施形態によれば、図１０の実施形態と同様にＬＤチップ１７が他の基板などに実装されている場合などに有効であるばかりでなく、ＬＤチップ１７の低反射膜１８とＬＤ側導波路１３との光結合部での光結合損失を大きく低減することができる。【００６４】
以上の説明では、各実施形態を独立して説明したが、これらの実施形態の構成を適宜組み合わせることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明に係る波長可変レーザの第１実施形態を示す平面図である。
【図２】図１の波長可変レーザの波長可変動作を示し、図２［１］は直径の小さい方のリング共振器の反射スペクトルを示すグラフ、図２［２］は直径の大きい方のリング共振器の反射スペクトルを示すグラフ、図２［３］は二重リング共振器の反射スペクトルを示すグラフである。
【図３】図１の波長可変レーザにおける二重リング共振器の反射スペクトルのグラフを示し、図３［１］は二つのリング共振器間の位相差φ＝0.44πの場合であり、図３［２］は二つのリング共振器間の位相差φ＝1.76πの場合である。
【図４】本発明に係る波長可変レーザの第２実施形態を示す平面図である。
【図５】本発明に係る波長可変レーザの第３実施形態を示す平面図である。
【図６】本発明に係る波長可変レーザの第４実施形態を示す平面図である。
【図７】本発明に係る波長可変レーザの第５実施形態を示す平面図である。
【図８】本発明に係る波長可変レーザの第６実施形態を示す平面図である。
【図９】本発明に係る波長可変レーザの第７実施形態を示す平面図である。
【図１０】本発明に係る波長可変レーザの第８実施形態を示す平面図である。
【図１１】本発明に係る波長可変レーザの第９実施形態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０  波長可変レーザ
１１１，１１２，１１３  リング共振器
１２１，１２２，１２２ａ，１２２ｂ，１２３，１２４  方向性結合器（光学的結合手段）
１１  二重リング共振器
１３  ＬＤ側導波路
１３１  ＬＤ側導波路の一端
１３２  ＬＤ側導波路の他端
１４  反射側導波路
１４１  反射側導波路の一端
１４２  反射側導波路の他端
１５  ＰＬＣ基板（基板）
１６  高反射膜
１７  ＬＤチップ
１７１，１７２  発光端面
１８  低反射膜
１９１，１９２，１９３，１９４，１９５，１９６  膜状ヒータ
３１  受光素子
４１  非対称マッハツェンダ干渉計
４２  制御手段
６１  三重リング共振器
８０  レンズ（光結合手段）
【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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【国際調査報告】
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