JP2015122352A - 波長可変光源、波長可変光源モジュール、および光集積素子 - Google Patents

Abstract

【課題】送受信用の光源として兼用し、かつレーザ発振線幅および消費電力の増大を抑制することが可能な波長可変光源、波長可変光源モジュール、および光集積素子を提供する。
【解決手段】波長可変光源９８は、入力側に複数の第１の入力導波路３３の一端が接続され、出力端に第１の出力導波路３７が接続され、かつ各第１の入力導波路３３から入力された光を合波し第１の出力導波路３７に出力する第１の光合波回路３５と、入力側に複数の第２の入力導波路３４の一端が接続され、出力側に第２の出力導波路３８が接続され、かつ各第２の入力導波路３４から入力された光を合波し第２の出力導波路３８に出力する第２の光合波回路３６と、一端が各第１の入力導波路３３の他端に接続され、他端が各第２の入力導波路３４の他端に接続され、各々が異なる波長で単一モード発振可能な複数のＤＦＢ−ＬＤ１０（分布帰還型ＬＤ）とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の半導体レーザを集積した波長可変光源、当該波長可変光源を備える波長可変光源モジュールおよび光集積素子に関する。

近年、通信需要の飛躍的な増加に伴い、大容量の光ファイバ通信システムが求められており、少なくとも３０〜４０ｄＢ以上の高いサイドモード抑圧比（Side Mode Suppression Ratio : SMSR）が得られる単一モードのＬＤ（Laser Diode）（以下、単一モードＬＤという）を用いて、波長が異なる複数の信号光を多重化することによって１本の光ファイバで大容量伝送を可能とする波長分割多重通信システムが実現されている。

単一モードＬＤとしては、例えば、分布帰還型ＬＤ（Distributed Feedback Laser Diode、以下、ＤＦＢ−ＬＤという）や、分布ブラッグ反射型ＬＤ（Distributed Bragg Reflector Laser Diode、以下、ＤＢＲ−ＬＤという）などがある。

また、波長分割多重通信システムの低コスト化を図るためには、全波長帯域をカバーする低コストの波長可変光源が必要となり、同一基板上に単一モードＬＤがモノリシック集積された波長可変光源がその候補として注目されている。

通常、上記の波長可変光源は、データ信号を生成する外部変調器モジュールと組み合わせて用いられるが、他に電界吸収（Electro absorption : EA）型光変調器やマッハツェンダ（Mach Zehnder : MZ）型光変調器を同一基板上にモノリシック集積する研究も行われている。

従来、複数のＤＦＢ−ＬＤの出力側が多モード干渉（Multi Mode Interference）型の光合波回路（以下、ＭＭＩという）の入力導波路に接続され、ＭＭＩにて合波された光が出力導波路から出力するよう構成された波長可変光源が開示されている（例えば、特許文献１参照）。なお、以下では、Ｋ入力（Ｋは自然数）、Ｌ出力（Ｌは自然数）のＭＭＩのことを、Ｋ×Ｌ−ＭＭＩと記す。すなわち、Ｋ入力とはＭＭＩに接続されるＫ本の入力導波路のことをいい、Ｌ出力とはＭＭＩに接続されるＬ本の出力導波路のことをいう。

また、複数のＬＤの出力側がＮ×２−ＭＭＩ（Ｎは３以上の自然数）に接続され、ＭＭＩの２本の出力導波路がマッハツェンダ変調器の２本のアーム接続された波長可変光源が開示されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２によれば、Ｎ×１−ＭＭＩを用いる場合と比較して、光損失を改善することが可能となる。

また、波長可変レーザダイオードと波長モニタが一体に集積され、波長可変レーザダイオードの後方から出力された光が導波路を介して波長モニタに入力される波長可変光源が開示されている（例えば、特許文献３参照）。特許文献３によれば、小型の波長可変光源モジュールを構成することが可能となる。

特許第３８８７７４４号公報 特許第４７２８７４６号公報 特開２０１３−８９９６１号公報

近年、幹線系において伝送速度４０Ｇｂｐｓ以上の波長分割多重通信システムでは、光位相変調を用いたデジタルコヒーレント通信が実用化されつつある。デジタルコヒーレント通信を採用した波長分割多重通信システムでは、レーザ発振線幅が１ＭＨｚ以下、より望ましくは５００ｋＨｚ以下の狭線幅波長可変光源が送受信用の光源として用いられている。

上記のデジタルコヒーレント通信を採用した波長分割多重通信において、送信用および受信用で使用する光信号の波長が異なる場合、送信用と受信用とで別個の波長可変光源が必要であり、当該波長可変光源を備える送受信装置全体の消費電力が増加する。

一方、上記のデジタルコヒーレント通信を採用した波長分割多重通信において、送信用および受信用で使用する光信号の波長が同じ場合も多くあり、一般的に送信用と受信用とで必要とされる狭線幅波長可変光源の光出力は異なる。このような場合は、送受信装置全体の消費電力の低減や実装面積の低減の観点から、１つの波長可変光源を送受信用の光源として兼用することが望ましい。

例えば、特許文献１〜３の波長可変光源を送受信用の光源として兼用する場合において、特許文献１〜３の波長可変光源は１出力であるため偏波保持カプラによって２出力にする必要がある。しかし、このような構成では偏波保持カプラで分岐損が生じてしまうため、当該分岐損を補うために波長可変光源の出力側に設けられた半導体光増幅素子（Semiconductor Optical Amplifier、以下、ＳＯＡという）に対する注入電流を増やして波長可変光源からの光出力を増加させる必要があるが、消費電力やレーザ発振線幅の増大の原因になるという問題がある。

本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、送受信用の光源として兼用し、かつレーザ発振線幅および消費電力の増大を抑制することが可能な波長可変光源、波長可変光源モジュール、および光集積素子を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明による波長可変光源は、第１の入力側および第１の出力側を有し、第１の入力側に複数の第１の入力導波路の一端が接続され、第１の出力端に第１の出力導波路が接続され、かつ各第１の入力導波路から入力された第１の光を合波し、当該合波した第１の光を第１の出力導波路に出力する第１の光合波回路と、第２の入力側および第２の出力側を有し、第２の入力側に複数の第２の入力導波路の一端が接続され、第２の出力側に第２の出力導波路が接続され、かつ各第２の入力導波路から入力された第２の光を合波し、当該合波した第２の光を第２の出力導波路に出力する第２の光合波回路と、一端が各第１の入力導波路の他端に接続され、他端が各第２の入力導波路の他端に接続され、各々が異なる波長で単一モード発振可能な複数の半導体レーザと、第１の出力導波路に接続された第１の光増幅器と、第２の出力導波路に接続された第２の光増幅器とを備える。

本発明によると、波長可変光源は、第１の入力側および第１の出力側を有し、第１の入力側に複数の第１の入力導波路の一端が接続され、第１の出力端に第１の出力導波路が接続され、かつ各第１の入力導波路から入力された第１の光を合波し、当該合波した第１の光を第１の出力導波路に出力する第１の光合波回路と、第２の入力側および第２の出力側を有し、第２の入力側に複数の第２の入力導波路の一端が接続され、第２の出力側に第２の出力導波路が接続され、かつ各第２の入力導波路から入力された第２の光を合波し、当該合波した第２の光を第２の出力導波路に出力する第２の光合波回路と、一端が各第１の入力導波路の他端に接続され、他端が各第２の入力導波路の他端に接続され、各々が異なる波長で単一モード発振可能な複数の半導体レーザと、第１の出力導波路に接続された第１の光増幅器と、第２の出力導波路に接続された第２の光増幅器とを備えるため、送受信用の光源として兼用し、かつレーザ発振線幅および消費電力の増大を抑制することが可能となる。

本発明の実施の形態１による波長可変光源の構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態２による波長可変光源の構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態３による波長可変光源の構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態４による波長可変光源の構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態５による光集積素子の構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態６による波長可変光源モジュールの構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態７による送受信装置の構成の一例を示す図である。 前提技術による波長可変光源の構成の一例を示す図である。 前提技術による波長可変光源におけるＭＭＩ入力導波路の構成の一例を示す断面図である。 前提技術による波長可変光源におけるＳＯＡの構成の一例を示す断面図である。 前提技術による送受信装置の構成の一例を示す図である。 前提技術による波長可変光源モジュールの構成の一例を示す図である。

本発明の実施の形態について、図面に基づいて以下に説明する。

なお、以下、各図において同一または同様の構成要素については、同じ符号あるいは同じ名称を付しており、それらの機能も同様である。

また、各実施の形態において例示される各構成要素の寸法、材質、形状、あるいはそれらの相対的な配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜変更されるものであり、本発明はそれらの例示に限定されるものではない。

＜前提技術＞
まず、本発明の前提となる技術（前提技術）について説明する。

図８は、前提技術による波長可変光源の構成の一例を示す図であり、発振波長が異なる複数の単一モードＬＤを用いた波長可変光源の構成の一例を示している。

ＤＦＢ−ＬＤアレイ１１は、Ｎ個のＤＦＢ−ＬＤ１０から構成され、Ｎ×１−ＭＭＩ３０（Ｎは３以上の自然数）のＭＭＩ入力導波路３１に接続されている。

ＳＯＡ６０は、Ｎ×１−ＭＭＩ３０のＭＭＩ出力導波路３２に接続されている。

上記の構成において、ＤＦＢ−ＬＤアレイ１１のうちの任意のＤＦＢ−ＬＤ１０をレーザ発振させると、ＤＦＢ−ＬＤ１０から出力された光（以下、ＬＤ出力光という）の１／ＮはＭＭＩ出力導波路３２にて結合し、残りの（Ｎ−１）／ＮはＭＭＩ出力導波路３２の外に放射される。分岐損失や結合損失等の補償は、ＳＯＡ６０に対して電流注入することによって行われ、ＳＯＡ６０からは高い送信用光出力７０が外部に出力される。

図９は、図８のＡ−Ａ断面の一例を示す断面図であり、ＭＭＩ入力導波路３１の構成の一例を示している。

ＭＭＩ入力導波路３１は、ＩｎＰ基板４０上に、ＩｎＰ下部クラッド層４１、ＩｎＰ電流ブロック層４４およびＩｎＧａＡｓＰ導波路層４２、ＩｎＰ上部クラッド層４３を順に積層して形成している。

ＩｎＧａＡｓＰ導波路層４２には、ＬＤ出力光に対する吸収のないＩｎＧａＡｓＰ系材料が用いられている。また、ＩｎＧａＡｓＰ導波路層４２は、バルクのエピタキシャル層でもよく、多重量子井戸（Multiple Quantum Well : MQW）層でもよい。

なお、図９では、ＭＭＩ入力導波路３１の構成について示しているが、ＭＭＩ出力導波路３２の構成についても同様である。

また、Ｎ×１−ＭＭＩ３０の幅広の多モード領域における構成は、ＩｎＧａＡｓＰ導波路層４２の幅（図９の紙面左右方向の幅）がＭＭＩ入力導波路３１およびＭＭＩ出力導波路３２よりも広くなっていることを除けば、ＭＭＩ入力導波路３１およびＭＭＩ出力導波路３２の構成と同様である。

図１０は、図８のＢ−Ｂ断面の一例を示す断面図であり、ＳＯＡ６０の構成の一例を示している。

ＳＯＡ６０は、ＩｎＰ基板４０上に、下部クラッド層４１、ＩｎＰ電流ブロック層４４およびＩｎＧａＡｓＰ活性層４５、ＩｎＰ上部クラッド層４３、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４６を順に積層して形成している。

ＩｎＧａＡｓＰ活性層４５には、ＭＭＩ出力導波路３２を通過する光（以下、導波光という）に対して利得を有するＩｎＧａＡｓＰ系材料が用いられている。また、ＩｎＧａＡｓＰ活性層４５は、バルクのエピタキシャル層でもよく、多重量子井戸（Multiple Quantum Well : MQW）層でもよい。

なお、図１０では、ＳＯＡ６０の構成について示しているが、ＤＦＢ−ＬＤ１０の構成についても同様である。ＤＦＢ−ＬＤ１０およびＳＯＡ６０では、ＩｎＰ基板４０およびＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４６に設けられた電極（図示せず）を介して電流注入を行うと、ＩｎＧａＡｓＰ活性層４５に利得が生じて自然放出光が発生する。ＤＦＢ−ＬＤ１０では、回折格子によって反射された特定の波長の自然放出光が誘導放出の種光となり、予め定められた閾値電流を超えるとレーザ発振する。一方、ＳＯＡ６０は、ＬＤ出力光に対する増幅器として機能するが、単独でレーザ発振しないように設計されている。

ＤＦＢ−ＬＤ１０の発振波長は、ＤＦＢ−ＬＤ１０の温度（以下、素子温度という）に応じて約０．１ｎｍ／℃の割合で変化する。従って、素子温度を所定の範囲（例えば、１０℃〜５０℃）で変化させたときに、Ｎ個（例えば、Ｎ＝１０〜１６）のＤＦＢ−ＬＤアレイ１１のうちの任意のＤＦＢ−ＬＤ１０の発振波長が、隣接する他のＤＦＢ−ＬＤ１０の発振波長と一致するように、各ＤＦＢ−ＬＤ１０の発振波長の間隔を設計しておく。このとき、ＤＦＢ−ＬＤ１０の選択と素子温度調整との併用によって、ワンチップで形成されたＤＦＢ−ＬＤアレイ１１でＣ帯（Conventional band）またはＬ帯（Long band）の全波長帯域（約３０ｎｍ〜４０ｎｍ）をカバーすることができる。

なお、図９，１０では、長波長光通信素子で用いられるＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｓＰ系材料を一例として示しているが、ＩｎＡｌＧａＡｓ系材料であってもよい。

図１１は、前提技術による送受信装置８０の構成の一例を示す図であり、デジタルコヒーレント通信システム用の送受信装置８０の構成を示している。

波長可変光源モジュール９１から出力された送信用光出力７１は、変調器モジュール８１にて変調された後、送信信号７３として外部に出力される。

また、外部から受信した受信信号７４は、波長可変光源モジュール９１から出力された受信用光出力７２とともに受信器モジュール８２に入力され、信号処理後に復元される。

図１１に示す送受信装置８０において、変調器モジュール８１にて挿入損失が生じるため、一般的に送信用光出力７１は高い出力を必要とするが、受信用光出力７２は相対的に低い出力であってもよい。

しかし、上述の通り、送信用および受信用で使用する光信号の波長が同じ場合は、送受信装置８０全体の消費電力の低減や実装面積の低減の観点から、１つの波長可変光源モジュールを送受信用の光源として兼用することが望ましい。

図１２は、前提技術による波長可変光源モジュール９１の構成の一例を示す図であり、送信用および受信用で使用する光信号の波長が同じであり、１つの波長可変光源モジュール９１を送受信用の光源として兼用した場合の構成を示している。

波長可変光源モジュール９１は、波長可変光源９０と、結合光学系９２と、ビームスプリッタ９５と、モニタ９６とを備えている。また、波長可変光源モジュール９１のＬＤ出力側には、光ファイバ９３および偏波保持カプラ９４が接続されている。

波長可変光源９０は、単一モードのＬＤ出力光を出射し、出射されたＬＤ出力光はレンズや光アイソレータ（図示せず）等を含む結合光学系９２を介して光ファイバ９３に結合する。光ファイバ９３に結合したＬＤ出力光は、偏波保持カプラ９４によって所定の比率に分岐され、分岐された各々のＬＤ出力光は送信用光出力７１および受信用光出力７２として出力される。

また、結合光学系９２を通過するＬＤ出力光の一部は、ビームスプリッタ９５にて取り出され、波長フィルタやフォトダイオード等（図示せず）を含むモニタ９６にてＬＤ出力光の波長や出力レベルが検出される。

上記の構成において、波長可変光源９０は１出力であるため、偏波保持カプラ９４によって２出力にしている。しかし、このような構成では偏波保持カプラ９４で分岐損が生じてしまうため、当該分岐損を補うために波長可変光源９０の出力側に設けられたＳＯＡ（図示せず）に対する注入電流を増やして波長可変光源９０からのＬＤ出力光の出力を増加させる必要があるが、消費電力やレーザ発振線幅の増大の原因になるという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、以下に詳細に説明する。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１による波長可変光源９８の構成の一例を示す図である。

図１に示すように、本実施の形態１による波長可変光源９８は、１２個のＤＦＢ−ＬＤ１０（半導体レーザ）から構成されるＤＦＢ−ＬＤアレイと、第１の入力導波路３３および第２の入力導波路３４と、１２×１−ＭＭＩである第１の光合波回路３５および第２の光合波回路３６と、第１の出力導波路３７および第２の出力導波路３８と、第１のＳＯＡ６１（第１の光増幅器）および第２のＳＯＡ６２（第２の光増幅器）とを備えている。

なお、図１では、図示を簡単にするために８個のＤＦＢ−ＬＤ１０が示されているが、実際には上記の通り１２個であるものとする。また、第１の入力導波路３３、第２の入力導波路３４、第１の光合波回路３５、および第２の光合波路３６についても同様である。また、特に断りがない限り、他の実施の形態においても同様である。

図８に示す前提技術による波長可変光源との差異は、各ＤＦＢ−ＬＤ１０の両端に、第１の入力導波路３３および第１の光合波回路３５と、第２の入力導波路３４および第２の光合波回路３６とが各々接続されている点である。

第１の光合波回路３５は、入力側（第１の入力側）および出力側（第１の出力側）を有し、入力側に１２本の第１の入力導波路３３の一端が接続され、出力側に１本の第１の出力導波路３７が接続され、かつ各第１の入力導波路３３から入力されたＬＤ出力光（第１の光）を合波し、当該合波したＬＤ出力光を第１の出力導波路３７に出力する。

第２の光合波回路３６は、入力側（第２の入力側）および出力側（第２の出力側）を有し、入力側に１２本の第２の入力導波路３４の一端が接続され、出力側に１本の第２の出力導波路３８が接続され、かつ各第２の入力導波路３４から入力されたＬＤ出力光（第２の光）を合波し、当該合波したＬＤ出力光を第２の出力導波路３８に出力する。

１２個のＤＦＢ−ＬＤ１０は、一端が各第１の入力導波路３３の他端に接続され、他端が各第２の入力導波路３４の他端に接続され、各々が異なる波長で単一モード発振可能である。

第１のＳＯＡ６１は、第１の出力導波路３７に接続されている。

第２のＳＯＡ６２は、第２の出力導波路３８に接続されている。

第１のＳＯＡ６１および第２のＳＯＡ６２は、長さ（ＬＤ出力光の通過方向の長さ）以外は同一の導波路型であり、第２のＳＯＡ６２よりも第１のＳＯＡ６１の方が長い。また、第１のＳＯＡ６１および第２のＳＯＡ６２の各々には、電流注入機構（図示せず）が独立して接続されている。

第１のＳＯＡ６１および第２のＳＯＡ６２は、第１の出力導波路３７および第２の出力導波路３８の所定の箇所をエッチングで除去した後、バットジョイント成長と呼ばれる再成長技術によって、第１の出力導波路３７の断面と第１のＳＯＡ６１の断面、および第２の出力導波路３８の断面と第２のＳＯＡ６２の断面とが各々直接接合するように形成される。

第１の出力導波路３７および第２の出力導波路３８の出力端での反射戻り光の発生を抑制するために、出力端面には無反射コーティング（図示せず）が施されている。反射戻り光の発生を抑制することによって、レーザ発振線幅の増大を抑制することができる。このとき、第１の出力導波路３７および第２の出力導波路３８のうちの少なくとも一方は、出力端側が曲がり導波路として形成されるようにしてもよい。このような構成とすることによって、反射戻り光の発生をさらに抑制することができる。

なお、第１の入力導波路３３および第２の入力導波路３４の構成は図９に示す構成と同様であり、第１のＳＯＡ６１、第２のＳＯＡ６２、およびＤＦＢ−ＬＤ１０の構成は図１０に示す構成と同様であるため、ここでは説明を省略する。

次に、波長可変光源の動作について説明する。

任意のＤＦＢ−ＬＤ１０を選択して閾値電流以上の電流注入を行うと、当該選択されたＤＦＢ−ＬＤ１０にてレーザ発振が生じる。ＤＦＢ−ＬＤ１０から出力されたＬＤ出力光は、第１の入力導波路３３および第２の入力導波路３４を介して、第１の光合波回路３５および第２の光合波回路３６の多モード領域に入力される。後述の通り（実施の形態３参照）、第１の光合波回路３５および第２の光合波回路３６が適切に設計されていれば、全波長帯域に渡って第１の光合波回路３５および第２の光合波回路３６の各々に、前提技術によるＤＦＢ−ＬＤ１０（図８参照）と略同程度である約１／１２の割合でＬＤ出力光を結合させることができる。従って、前提技術によるＤＦＢ−ＬＤ１０よりも駆動電流を増大させる必要はない（すなわち、ＤＦＢ−ＬＤ１０の駆動電流は、前提技術と同程度でよい）。

第１のＳＯＡ６１および第２のＳＯＡ６２に対して電流注入を行うと、第１の出力導波路３７および第２の出力導波路３８を進行する各ＬＤ出力光は増幅され、電流値を増やすと第１のＳＯＡ６１および第２のＳＯＡ６２における増幅率も増大する。当該増幅率は、入力光を基準とした出力光強度を対数表示することによって表されるが、一般的に非線形的な振る舞いを示す。すなわち、入力光が弱い（低出力）と増幅率は略一定であるが、入力光が強い（高出力）と増幅率が低下するため、最大出力が入力光強度とともに飽和する傾向を示す。また、第１のＳＯＡ６１および第２のＳＯＡ６２の単位長さ当たりの飽和出力は、第１のＳＯＡ６１および第２のＳＯＡ６２の活性層（図１０のＩｎＧａＡｓＰ活性層４５に相当）の光閉じ込め係数や電流密度によって決まる。従って、第１のＳＯＡ６１および第２のＳＯＡ６２の活性層の光閉じ込め係数や電流密度が同じであれば、第１のＳＯＡ６１および第２のＳＯＡ６２の最大出力は、第１のＳＯＡ６１および第２のＳＯＡ６２の長さによって決定される。

図１に示すように、第１のＳＯＡ６１の長さは第２のＳＯＡ６２の長さよりも長く、活性層の幅や光閉じ込め係数は同一である。従って、同じ電流密度における最大出力は、第１のＳＯＡ６１の方が第２のＳＯＡ６２よりも高くなる。すなわち、第１のＳＯＡ６１の方が第２のＳＯＡ６２よりも増幅率が高い。

上述の通り、デジタルコヒーレント通信システム用の送受信装置では、受信用光出力７２は送信用光出力７１よりも低くてもよいため、第１のＳＯＡ６１にて増幅された光を送信用光出力７１として用い、第２のＳＯＡ６２にて増幅された光を受信用光出力７２として用いることが可能となる。

換言すれば、第１のＳＯＡ６１の長さが前提技術によるＳＯＡ６０（図８参照）と同一であれば、同等の送信用光出力７１を得るために必要はＤＦＢ−ＬＤ１０の駆動電流と第１のＳＯＡ６１に対する注入電流は同じであり、受信用光出力７２を得るために必要な第２のＳＯＡ６２に対する注入電流は前提技術よりも少ない。従って、図１に示す本実施の形態１による１つの波長可変光源９８を送受信装置に用いた場合、別個の波長可変光源を用いた前提技術による送受信装置８０（図１１）に比べて、消費電力を１／２以下に低減することができる。

また、図１に示す波長可変光源９８では、第１の出力導波路３７および第２の出力導波路３８の出力端における反射戻り光の発生を抑制するために、出力端面に無反射コーティングが施されている。しかし、高い出力を得るために第１のＳＯＡ６１および第２のＳＯＡ６２の増幅率を増大させると、出力端面を反射した僅かな反射戻り光が第１のＳＯＡ６１および第２のＳＯＡ６２にて増幅されてＤＦＢ−ＬＤ１０側に戻り、各ＤＦＢ−ＬＤ１０の発振状態を不安定化させてレーザ発振線幅を増大させる可能性がある。このような問題の対策として、本実施の形態１では、第２のＳＯＡ６２の利得（増幅率）を低く設定することによって、出力端面からの反射戻り光の増幅を抑制し、レーザ発振線幅の増大を抑制することが可能である。

以上のことから、本実施の形態１によれば、波長可変光源を送受信用の光源として兼用し、かつレーザ発振線幅および消費電力の増大を抑制することが可能となる。

＜実施の形態２＞
図２は、本発明の実施の形態２による波長可変光源９８の構成の一例を示す図である。

図２に示すように、本実施の形態２による波長可変光源９８は、第１の出力導波路３７および第２の出力導波路３８が、弧形状かつ互いの出力端が波長可変光源９８の同一端面側に存在するように形成されていることを特徴としている。その他の構成および動作は、実施の形態１（図１参照）と同様であるため、ここでは説明を省略する。

第１の出力導波路３７および第２の出力導波路３８は、ＬＤ出力光の透過損失の抑制が可能な半径に設定された弧形状に形成されている。

送信用光出力７１および受信用光出力７２の各々は、波長可変光源９８の端面から同一方向に数ｍｍの間隔を設けて出力され、各々別個の結合光学系を介して光ファイバに結合することができる。

以上のことから、本実施の形態２によれば、実施の形態１による効果に加えて、ＬＤ出力光の透過損失を抑制することができる。また、送信用光出力７１および受信用光出力７２を波長可変光源９８の同一端面側から出力させるため、レンズアレイ等のアレイ型光学部品を用いることができ、光学系を小型化、低コスト化することができる。

＜実施の形態３＞
図３は、本発明の実施の形態３による波長可変光源９８の構成の一例を示す図である。

図３に示すように、本実施の形態３による波長可変光源９８は、第２の光合波回路３６が１２×２−ＭＭＩであることを特徴としている。その他の構成および動作は、実施の形態１（図１参照）と同様であるため、ここでは説明を省略する。

第２の光合波回路３６の出力側には、第２のＳＯＡ６２が形成されている第２の出力導波路３８と、モニタ用出力導波路３９とが接続されている。

モニタ用出力導波路３９には、ＳＯＡが形成されず、モニタ用光出力７５を出力するために用いられる。

ここで、Ｎ×２−ＭＭＩ（Ｎ＝１２）である第２の光合波回路３６の多モード領域の横幅（第２の光合波回路３６の入力側の入力端面および出力側の出力端面の幅、図３の紙面上下方向の幅）をＷ、長さ（入力端面および出力端面と直交する面の長さ、図３の紙面左右方向の長さ）をＬとする。

１２本の第２の入力導波路３４の配置位置は、第２の光合波回路３６の多モード領域の横幅中央を原点（座標０）として（入力端面のＷ／２を中心として）、対称かつＷ／Ｎの間隔で配置されている。また、両外側の２本の第２の入力導波路３４は、第２の光合波回路３６の多モード領域の端からＷ／（２Ｎ）の位置、すなわち座標（Ｗ／２−Ｗ／２４、−Ｗ／２＋Ｗ／２４）に配置されている。なお、第１の入力導波路３３についても同様に配置されている。

一方、第２の出力導波路３８およびモニタ用出力導波路３９も、出力端面のＷ／２を中心として、対称かつＷ／Ｎの間隔で配置され、図３の例では１２本の第２の入力導波路３４のうちの中央に配置される２本の第２の入力導波路３４と同じ中心対称位置、すなわち座標（±Ｗ／２４）に配置される。

なお、図３に示す第２の光合波回路３６（１２×２−ＭＭＩ）の多モード領域の長さＬは、第２の入力導波路３４の配置を上記と同様にした場合における図１に示す第２の光合波回路３６（１２×１−ＭＭＩ）の長さＬの最適値と略同じでよい。

次に、波長可変光源の動作について説明する。

任意のＤＦＢ−ＬＤ１０を選択して閾値電流以上の電流注入を行うと、当該選択されたＤＦＢ−ＬＤ１０にてレーザ発振が生じる。ＤＦＢ−ＬＤ１０から出力されたＬＤ出力光は、第１の入力導波路３３および第２の入力導波路３４を介して、第１の光合波回路３５および第２の光合波回路３６の多モード領域に入力される。上記のように、第１の光合波回路３５および第２の光合波回路３６が適切に設計されていれば、全波長帯域に渡って第１の出力導波路３７、第２の出力導波路３８、およびモニタ用出力導波路３９に、それぞれ前提技術によるＤＦＢ−ＬＤ１０（図８参照）と略同程度である約１／１２の割合でＬＤ出力光を結合させることができ、前提技術によるＤＦＢ−ＬＤ１０よりも駆動電流を増大させる必要はない（すなわち、ＤＦＢ−ＬＤ１０の駆動電流は前提技術と同程度でよい）。

第１の光合波回路３５および第２の光合波回路３６に対して電流注入を行うと、第１の出力導波路３７および第２の出力導波路３８を進行するＬＤ出力光は増幅され、第１のＳＯＡ６１にて増幅された光を送信用光出力７１として用い、第２のＳＯＡ６２にて増幅された光を受信用光出力７２として用いる。

また、モニタ用光出力７５は、適切なフォトダイオードやエタロンの組み合わせで受光することによって、ＬＤ出力光の光出力または発振波長のモニタ用として用いることができる。

以上のことから、本実施の形態３によれば、実施の形態１による効果に加えて、ＬＤ出力光の発振波長や光出力をモニタすることができる。また、モニタするためにＬＤ出力光を分岐する必要がないため、挿入損失を低減することができる。

＜実施の形態４＞
図４は、本発明の実施の形態４による波長可変光源９８の構成の一例を示す図である。

図４に示すように、本実施の形態４による波長可変光源９８は、第２の光合波回路３６が１２×２−ＭＭＩであることを特徴としている。その他の構成および動作は、実施の形態２（図２参照）と同様であるため、ここでは説明を省略する。

第２の光合波回路３６の出力側には、第２のＳＯＡ６２が形成されている第２の出力導波路３８と、モニタ用出力導波路３９とが接続されている。

モニタ用出力導波路３９には、ＳＯＡが形成されず、モニタ用光出力７５を出力するために用いられる。

また、モニタ用出力導波路３９は、ＬＤ出力光の透過損失の抑制が可能な半径に設定された弧形状であり、かつ出力端が第１の出力導波路３７および第２の出力導波路３８の出力端側とは異なる波長可変光源９８の端面側に存在するように形成されている。すなわち、モニタ用光出力７５は、送信用光出力７１および受信用光出力７２とは異なる方向に出力され、その後フォトダイオードやエタロンに入力される。

以上のことから、本実施の形態４によれば、実施の形態２による効果に加えて、ＬＤ出力光の発振波長や光出力をモニタすることができる。また、モニタするためにＬＤ出力光を分岐する必要がないため、挿入損失を低減することができる。

＜実施の形態５＞
図５は、本発明の実施の形態５による光集積素子９９の構成の一例を示す図である。

図５に示すように、本実施の形態５による光集積素子９９は、波長可変光源９８と、光位相変調器５０（変調器）と、光９０度ハイブリッド回路５１（受信器）と、フォトダイオード５２とを備えている。なお、波長可変光源９８は、実施の形態３（図３）と同様であるため、ここでは説明を省略する。また、各構成要素は、１つのチップ上に集積されているものとする。

光位相変調器５０は、第１の出力導波路３７に接続されており、第１のＳＯＡ６１から出力された送信用光出力７１を変調し、変調後の信号を送信信号７３として出力する。

光９０度ハイブリッド回路５１は、第２の出力導波路３８に接続されており、第２のＳＯＡ６２から出力された受信用光出力７２と、光集積素子９９の外部から入力された受信信号７４とを干渉させ、光強度信号を有する干渉光を生成する。

フォトダイオード５２は、光９０度ハイブリッド回路５１から出力された干渉光を電気信号に変換した後に出力する。

以上のことから、本実施の形態５によれば、送信および受信を行うことが可能な光集積素子を実現することができる。

なお、本実施の形態５では、波長可変光源９８として実施の形態３による波長可変光源９８を例に説明したが、これに限るものではない。例えば、実施の形態１，２，４による波長可変光源９８を、本実施の形態５による波長可変光源９８としても上記と同様の効果が得られる。

＜実施の形態６＞
図６は、本発明の実施の形態６による波長光源モジュール９７の構成の一例を示す図である。

本実施の形態６では、実施の形態１〜４による波長可変光源９８のいずれかを、波長可変光源モジュール９７の波長可変光源９８として用いることを特徴としている。波長可変光源モジュール９７におけるその他の構成および動作は、前提技術による波長可変光源モジュール９１（図１２参照）と同様であるため、ここでは説明を省略する。

なお、図６では、実施の形態１による波長可変光源９８を用いた場合を一例として示している。

図６に示すように、波長可変光源９８は、送信用光出力７１および受信用光出力７２を別個の出力ポートから出力している。波長可変光源９８から出力された送信用光出力７１および受信用光出力７２は、レンズや光アイソレータ（図示せず）等を含む結合光学系９２によって光ファイバ９３に各々結合される。すなわち、波長可変光源モジュール９７は、波長可変光源９８から出力された送信用光出力７１および受信用光出力７２（複数の出力光）の各々を別個に取り出している。

また、波長可変光源９８から出力された送信用光出力７１のうちの一部の光（出力光）は、ビームスプリッタ９５にて取り出され、波長フィルタやフォトダイオード等（図示せず）を含むモニタ９６にて波長や出力レベルの検出に用いられる。

以上のことから、本実施の形態６によれば、前提技術による波長可変光源モジュール９１の出力側に設けた偏波保持カプラ９４が不要で挿入損失が小さくなるため（すなわち、送信用光出力７１と受信用光出力７２とを別個の結合光学系９２で別個の光ファイバ９３に結合させているため）、波長可変光源９８において第２のＳＯＡ６２の利得（増幅率）を低く設定して必要な光強度を得ることができる。従って、波長可変光源９８において第２のＳＯＡ６２から各ＤＦＢ−ＬＤ１０への反射戻り光の増幅を抑制し、レーザ発振線幅の増大を抑制することが可能である。

なお、上記では、実施の形態１による波長可変光源９８を用いた場合を一例として説明したが、他の実施の形態２〜４による波長可変光源９８を用いることも可能である。

例えば、実施の形態２による波長可変光源９８を用いた場合は、レンズアレイ等を用いた結合光学系を波長可変光源９８の一端面側に並列して配置し、同一方向に出力される送信用光出力７１および受信用光出力７２を光ファイバアレイに結合する。このとき、図６のように、ビームスプリッタによって取り出した光をモニタに入力させるようにしてもよい。

実施の形態３，４による波長可変光源９８は、図６のようなビームスプリッタによる光の分岐が不要となり、モニタも不要となる。

＜実施の形態７＞
図７は、本発明の実施の形態７による送受信装置８３の構成の一例を示す図である。

図７に示すように、本実施の形態７による送受信装置８３は、変調器モジュール８１と、受信器モジュール８２と、波長可変光源モジュール９７とを備えている。

変調器モジュール８１は、マッハツェンダ干渉計等の変調器と、変調器ドライバとをモジュール化したものである。

受信器モジュール８２は、位相変調された信号光を光強度信号に変換する光９０度ハイブリッド回路と、光強度信号を電気信号に変換するフォトダイオードと、アンプとをモジュール化したものである。

波長可変光源モジュール９７は、実施の形態６による波長可変光源モジュール９７に対応している。

波長可変光源モジュール９７から出力された送信用光出力７１は、変調器モジュール８１にて位相変調された後、送信信号７３として外部に出力される。

また、外部から受信した受信信号７４は、波長可変光源モジュール９７から出力された受信用光出力７２とともに受信器モジュール８２に入力され、受信器モジュール８２にて受信用光出力７２と干渉する。その後、受信器モジュール８２のフォトダイオードにて干渉光が光電変換される。このような処理を行うことによって、受信信号７４を受信する。

以上のことから、本実施の形態７によれば、波長可変光源モジュール９７を送受信用の光源モジュールとして兼用することができるため、前提技術による２つの波長可変光源モジュール９１を用いた送受信装置８０（図１１参照）よりも消費電力を低減することができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１０ ＤＦＢ−ＬＤ、１１ ＤＦＢ−ＬＤアレイ、３０ Ｎ×１−ＭＭＩ、３１ ＭＭＩ入力導波路、３２ ＭＭＩ出力導波路、３３ 第１の入力導波路、３４ 第２の入力導波路、３５ 第１の光合波回路、３６ 第２の光合波回路、３７ 第１の出力導波路、３８ 第２の出力導波路、３９ モニタ用出力導波路、４０ ＩｎＰ基板、４１ ＩｎＰ下部クラッド層、４２ ＩｎＧａＡｓＰ導波路層、４３ ＩｎＰ上部クラッド層、４４ ＩｎＰ電流ブロック層、４５ ＩｎＧａＡｓＰ活性層、４６ ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層、５０ 光位相変調器、５１ 光９０度ハイブリッド回路、５２ フォトダイオード、６０ ＳＯＡ、６１ 第１のＳＯＡ、６２ 第２のＳＯＡ、７０ 送信用光出力、７１ 送信用光出力、７２ 受信用光出力、７３ 送信信号、７４ 受信信号、７５ モニタ用光出力、８０ 送受信装置、８１ 変調器モジュール、８２ 受信器モジュール、８３ 送受信装置、９０ 波長可変光源、９１ 波長可変光源モジュール、９２ 結合光学系、９３ 光ファイバ、９４ 偏波保持カプラ、９５ ビームスプリッタ、９６ モニタ、９７ 波長可変光源モジュール、９８ 波長可変光源、９９ 光集積素子。

Claims (6)

1. 第１の入力側および第１の出力側を有し、前記第１の入力側に複数の第１の入力導波路の一端が接続され、前記第１の出力側に第１の出力導波路が接続され、かつ各前記第１の入力導波路から入力された第１の光を合波し、当該合波した前記第１の光を前記第１の出力導波路に出力する第１の光合波回路と、
   第２の入力側および第２の出力側を有し、前記第２の入力側に複数の第２の入力導波路の一端が接続され、前記第２の出力側に第２の出力導波路が接続され、かつ各前記第２の入力導波路から入力された第２の光を合波し、当該合波した前記第２の光を前記第２の出力導波路に出力する第２の光合波回路と、
   一端が各前記第１の入力導波路の他端に接続され、他端が各前記第２の入力導波路の他端に接続され、各々が異なる波長で単一モード発振可能な複数の半導体レーザと、
   前記第１の出力導波路に接続された第１の光増幅器と、
   前記第２の出力導波路に接続された第２の光増幅器と、
   を備える、波長可変光源。
2. 前記第１の出力導波路および前記第２の出力導波路のうちの少なくとも一方は、出力端側が曲がり導波路として形成されることを特徴とする、請求項１に記載の波長可変光源。
3. 前記第１の光合波回路または前記第２の光合波回路の前記入力側の入力端面および前記出力側の出力端面の幅がＷであり、前記第１の入力導波路または前記第２の入力導波路がＮ本（Ｎは３以上の自然数）存在し、前記第１の出力導波路または前記第２の出力導波路が複数本存在する場合において、
   前記第１の入力導波路または前記第２の入力導波路は、前記入力端面のＷ／２を中心として対称かつＷ／Ｎの間隔で配置され、
   前記第１の出力導波路または前記第２の出力導波路は、前記出力端面のＷ／２を中心として対称かつＷ／Ｎの間隔で配置されることを特徴とする、請求項１または２に記載の波長可変光源。
4. 前記第１の出力導波路および前記第２の出力導波路は、弧形状かつ互いの出力端が前記波長可変光源の同一端面側に存在するように形成されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の波長可変光源。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の波長可変光源を備え、
   前記波長可変光源から出力された複数の出力光の各々を別個に取り出し可能であることを特徴とする、波長可変光源モジュール。
6. 請求項１から４のいずれか１項に記載の波長可変光源と、変調器および受信器のうちの少なくとも一方とを備える光集積素子であって、
   前記第１の光増幅器の増幅率は、前記第２の光増幅器の増幅率よりも大きく、
   前記変調器は、前記波長可変光源の前記第１の光増幅器に接続され、
   前記受信器は、前記波長可変光源の前記第２の光増幅器に接続されることを特徴とする、光集積素子。

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