JP2018129338A - 波長可変レーザ装置 - Google Patents

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剛之 山本
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Abstract

【課題】装置サイズの小型化を可能とする波長可変レーザ装置を実現する。
【解決手段】波長可変レーザ装置は、波長可変フィルタ１４及びミラー１１を有する波長可変レーザ１と、波長可変フィルタ１とミラー１１との間に設けられており、波長可変フィルタ１４側の第１ポート２ａ及び第２ポート２ｂとミラー１１側の第３ポート２ｃ及び第４ポート２ｄとを有し、第１ポート２ａに波長可変フィルタ１４が、第３ポート２ｃにミラー１１がそれぞれ接続された第１光スプリッタ２と、第２ポート２ｂに接続された第１光導波路３と、第４ポート２ｄに接続された第２光導波路４と、第１光導波路３及び第２光導波路４が接続されて光結合する光カプラ５とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、波長可変レーザ装置に関する。
波長多重化技術を用いた光通信システムとして、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）通信システムがある。ＷＤＭ通信システムは、標準化で定められた等間隔のグリッド波長の信号光を束ねて１つの光ファイバ内を伝送させることにより、飛躍的な伝送容量の増加が可能な技術である。ＷＤＭ通信システムの光源には、主に波長可変レーザが用いられている。ＷＤＭ通信システムに用いられる波長可変レーザでは、グリッド波長に適合するように発振波長を精密に制御する必要があり、一般的に波長ロッカーが用いられている。
従来の波長ロッカーは、例えば、第１ビームスプリッタ、第２ビームスプリッタ、エタロン、第１光検出器、及び第２光検出器を有している。波長可変レーザの出力光から第１ビームスプリッタで一部分岐された光は、更に第２ビームスプリッタで２つの光に分岐される。一方の光は、エタロン等の周期的なフィルタを通過し、第１光検出器でその透過光強度がモニタされる。他方の光は、そのまま光強度が第２光検出器でモニタされる。第１光検出器と第２光検出器のモニタ値の比率（エタロンの透過率に相当する）が所望の波長におけるエタロンの透過率の値に適合するようにフィードバックされ、波長の制御が行われる。
波長ロッカーは、上記のように多数の部品から構成されるため、そのサイズが大きく、波長可変レーザと共に波長ロッカーを１つのパッケージの中に組み込んでなる波長可変レーザ装置の小型化の障害となっている。これに対して、例えば特許文献１には、ビームスプリッタと、エタロンの替わりとなる遅延干渉導波路とを、１つの光導波路型デバイスとして集約することによって、波長ロッカーのサイズを小型化する技術が開示されている。遅延干渉導波路は、光を２つに分岐し、長さの相異なる第１光導波路及び第２光導波路を有して構成される。遅延干渉導波路は、分岐された各光を第１光導波路及び第２光導波路にそれぞれ伝搬させてから再び結合させることにより、第１光導波路と第２光導波路との光導波路長差に対応して、出力される光の強度が波長に対して周期的に変化するフィルタである。遅延干渉導波路の波長周期は、第１光導波路と第２光導波路との光導波路長差に反比例する。このような構成にすることにより、複数の部品を用いていた従来と比較して、波長ロッカーのサイズを飛躍的に小さくすることが可能となる。
特開２０１５−６８８５４号公報 特開２０１５−６０９４４号公報 特開２０１３−１５７２８号公報
ＷＤＭ通信システムでは、グリッド間隔は現在のところ５０ＧＨｚが主流であり、今後６．２５ＧＨｚなど更に狭い間隔へ移行すると考えられている。５０ＧＨｚのグリッド間隔用の波長ロッカーでは、周期的なフィルタの周波数は５０ＧＨｚが適切であるが、遅延干渉導波路においてこれを実現する場合には、２つの光導波路の光路長差を６ｍｍ程度とする必要がある。光導波路の材料にもよるが、必要な光導波路長差が１．５ｍｍ〜４ｍｍと非常に長くなる。また今後、更に狭いグリッド間隔に移行することを考えると、必要な光導波路長は更に大きくなることが予想される。従って、波長ロッカー用の周期的なフィルタとして遅延干渉導波路を用いる場合に、そのサイズの小型化に限界があり、ひいては、波長ロッカーを含めた波長可変レーザ装置の小型化の障害となっている。
本発明は、装置サイズの小型化を実現する波長可変レーザ装置を提供することを目的とする。
一つの態様では、波長可変レーザ装置は、波長可変フィルタ及びミラーを有する波長可変レーザと、前記波長可変フィルタと前記ミラーとの間に設けられており、前記波長可変フィルタ側の第１ポート及び第２ポートと前記ミラー側の第３ポート及び第４ポートとを有し、前記第１ポートに前記波長可変フィルタが、前記第３ポートに前記ミラーがそれぞれ接続された第１光スプリッタと、前記第２ポートに接続された第１光導波路と、前記第４ポートに接続された第２光導波路と、前記第１光導波路及び前記第２光導波路が接続されて光結合する光カプラとを備える。
一つの側面では、本発明によれば、装置サイズの小型化を可能とする波長可変レーザ装置が実現する。
第１の実施形態による波長可変レーザ装置の基本構成を示す模式図である。 第１の実施形態による波長可変レーザ装置の奏する作用効果を説明するための模式図である。 第１の実施形態による波長可変レーザ装置の一構成例を示す模式図である。 第２の実施形態による波長可変レーザ装置の一構成例を示す模式図である。 第２の実施形態の変形例による波長可変レーザ装置の一構成例を示す模式図である。 第３の実施形態による波長可変レーザ装置の一構成例を示す模式図である。 第４の実施形態による波長可変レーザ装置の一構成例を示す模式図である。 第５の実施形態による波長可変レーザ装置の一構成例を示す模式図である。 第６の実施形態による波長可変レーザユニットの概略構成を示す模式図である。 第７の実施形態による光トランシーバの概略構成を示す模式図である。
以下、波長可変レーザ装置の諸実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態による波長可変レーザ装置の基本構成を示す模式図である。
この波長可変レーザ装置は、波長可変レーザ１、第１光スプリッタ２、第１光導波路３、第２光導波路４、光カプラ５、及び第１光検出器６を備えている。
波長可変レーザ１は、第１ミラー１１及び第２ミラー１２を有し、第１ミラー１１と第２ミラー１２との間に半導体光増幅器（ＳＯＡ）１３及び波長可変フィルタ１４が配されている。第１ミラー１１と第２ミラー１２との間でレーザ共振器が構成されている。
第１光スプリッタ２、第１光導波路３、第２光導波路４、光カプラ５、第１光検出器６、及び第１ミラー１１（波長可変レーザ１と共用）は、周期的な光透過特性を持つ波長ロッカーとして機能する。波長ロッカーのうち、第１光スプリッタ２と第１ミラー１１の間の光導波路部分及び第１光導波路３と、第２光導波路４とにより、遅延干渉導波路が構成される。
波長可変レーザ１の構成部材である第１ミラー１１及び波長可変フィルタ１４、第１光スプリッタ２、及び光カプラ５は、第１光導波路３及び第２光導波路４と共に、光導波路として半導体基板１５上に形成されて光導波路デバイス構造１０とされている。
第１光スプリッタ２は、波長可変フィルタ１４と第１ミラー１１との間に配されており、波長可変フィルタ１４側の第１ポート２ａ及び第２ポート２ｂと、第１ミラー１１側の第３ポート２ｃ及び第４ポート２ｄとを有している。第１ポート２ａに波長可変フィルタが、第２ポート２ｂに第１光導波路３が、第３ポート２ｃに第１ミラー１１が、第４ポート２ｄに第２光導波路４がそれぞれ接続されている。
光カプラ５は、一端側に第１光導波路３及び第２光導波路４が、他端側に第１光検出器６がそれぞれ接続されており、第１光導波路３及び第２光導波路４をそれぞれ通過した光を光結合する。
この波長可変レーザ装置では、第１ミラー１１と第２ミラー１２との間のレーザ共振器内において、波長可変フィルタ１４で選択された波長のレーザ光が往復する。レーザ共振器内をＳＯＡ１３側から伝搬してきた光は、第１光スプリッタ２において２方向に分岐され、一方の光は第３ポート２ｃを介してレーザ共振器内に伝搬し、他方の光は第４ポート２ｄを介して第２光導波路４に伝搬する。ＳＯＡ１３とは逆側、即ち第１ミラー１１側から伝搬してきた光は、第１光スプリッタ２において２方向に分岐され、一方の光は第１ポート２ａを介してそのままレーザ共振器内を伝搬し、他方の光は第２ポート２ｂを介して第１光導波路３に伝搬する。第１光導波路３及び第２光導波路４をそれぞれ伝搬してきた光は、光カプラ５で光結合される。光カプラ５から出力される光の強度は、波長に対して２種の光における遅延量に応じた周期で変化する。そのため、第１光スプリッタ２と第１ミラー１１の間の光導波路部分及び第１光導波路３と、第２光導波路４とを有する遅延干渉導波路は、周期的な透過特性を持つ光導波路として用いられる。
図２は、第１の実施形態による波長可変レーザ装置の奏する作用効果を説明するための模式図である。
第１光スプリッタ２の第１ポート２ａを光の起点として考える。破線で示す矢印Ａのように、第２光導波路４に伝搬する光は、第１ポート２ａから第４ポート２ｄに直接入射する。これに対して、実線で示す矢印Ｂのように、第１光導波路３に伝搬する光は、第１ポート２ａから第３ポート２ｃに伝搬して、第３ポート２ｃと第１ミラー１１との間を往復し、第３ポート２ｃから第２ポート２ｂを経て第１光導波路３に入射する。第１光導波路３に伝搬する光は、第２光導波路４に伝搬する光に対して、第１光スプリッタ２に入射する前に、第３ポート２ｃと第１ミラー１１との間の往復分の距離だけ遅延する。従って、第２光導波路４を伝搬する光に対する第１光導波路３を伝搬する光の遅延量ΔＬは、第１光導波路３及び第２光導波路４の光導波路長をＬ1，Ｌ2、第１光スプリッタ２と第１ミラー１１との間の距離をＬCとした場合、以下のような関係となる。
ΔＬ＝（Ｌ1＋２ＬC）−Ｌ2 ・・・（１）
ΔＬの値が所望の周期の光透過特性に対応した遅延量となるように、Ｌ1、Ｌ2、及びＬCが調整されている。
一方、例えば特許文献１では、波長ロッカーで遅延干渉導波路を構成する第１光導波路及び第２光導波路の光導波路長をＬ1，Ｌ2（Ｌ1≧Ｌ2）とすると、光の遅延量ΔＬ0は、以下のような関係となる。
ΔＬ0＝Ｌ1−Ｌ2 ・・・（２）
（１）式及び（２）式より、本実施形態では、特許文献１の遅延干渉導波路と同じ遅延量を得るために必要な第１光導波路の長さを、特許文献１の場合よりも２ＬCの分だけ短縮することができる。これにより、波長ロッカーのサイズを小型化し、ひいては波長ロッカーを含む波長可変レーザ装置全体のサイズを小型化することが可能となる。
以下、本実施形態による波長可変レーザ装置のより具体的な構成例について説明する。図３は、第１の実施形態による波長可変レーザ装置の一構成例を示す模式図である。
この波長可変レーザ装置は、図１で示した本実施形態による波長可変レーザ装置の各構成部材を備えており、第２ミラー１２の近傍にビームスプリッタ７及びフォトダイオードである第２光検出器８を有している。光導波路デバイス構造１０では、シリコン基板である半導体基板１５上に、第１ミラー１１及び波長可変フィルタ１４、第１光スプリッタ２、及び光カプラ５が第１光導波路３及び第２光導波路４と共にシリコン導波路で形成されている。
第１光スプリッタ２は、２×２の方向性結合器である。光カプラ５は、２×１の多モード干渉導波路（ＭＭＩ）光カプラである。第１光検出器６はフォトダイオードである。第１ミラー１１はループミラーである。波長可変フィルタ１４は、２重リング共振器を有するバーニア型のフィルタであり、２重リング共振器上にそれぞれヒータ電極が設けられている。このフィルタでは、ヒータ電極でリング共振器（例えば一方のリング共振器）を加熱することにより、リング共振器の屈折率が変化し、２つのリング共振器における周期的な共振波長が重なる波長が変化する。これにより、任意の波長を選択することができる。
光導波路デバイス構造１０では、第１光スプリッタ２に対して第１ミラー１１とは逆側において、波長可変フィルタ１４と利得媒質となるＳＯＡ１３とが光学的に結合されている。ＳＯＡ１３は、例えば波長１．５５μｍ周辺で利得を持つようにその活性層の構造が調整されている。ＳＯＡ１３の波長可変フィルタ１４と結合する側の端面では、光導波路が当該端面に対して斜めになっており、且つ当該端面には無反射コーティングが施されている。ＳＯＡ１３の逆側の端面では、光導波路が当該端面に対して垂直になっており、当該端面は劈開面とされている。当該端面は第２ミラー１２として機能し、第１ミラー１１となるループミラーと第２ミラー１２であるＳＯＡ１３の端面との間でレーザ共振器が形成される。
波長可変レーザ１の出力光は、ＳＯＡ１３の端面である第２ミラー１２から取り出される。出力光の一部は、ビームスプリッタ７で分岐され、第２光検出器８によって出力光強度がモニタされる。
方向性結合器である第１光スプリッタ２では、例えば第１ポート２ａと第３ポート２ｃ、及び第２ポート２ｂと第４ポート２ｄがスルーポートとなるように光導波路が接続されている。第１ポート２ａから第４ポート２ｄ及び第３ポート２ｃから第２ポート２ｂ、即ちクロスポート側に例えば２０％の光が結合するように、結合部分の光導波路のギャップや結合長が適切に調整されている。
波長可変フィルタ１４は第１ポート２ａに、第１ミラー１１は第３ポート２ｃに接続されており、８０％の光がそのままレーザ共振器内に伝搬する。第１光スプリッタ２において、第１ミラー１１側のクロスポート、即ち第４ポート２ｄには、第２光導波路４が接続されている。第２光導波路４には、ＳＯＡ１３及び波長可変フィルタ１４側から伝搬してきた光が第１光スプリッタ２で分岐されて伝搬し、その割合は２０％となる。第１光スプリッタ２の波長可変フィルタ１４側のクロスポート、即ち第２ポート２ｂには、第１光導波路３が接続されている。第１光導波路３には、第１ミラー１１側から伝搬してきた光が第１光スプリッタ２で分岐されて伝搬し、その割合は２０％となる。
第１光導波路３及び第２光導波路４は、第１光スプリッタ２とは逆側において光カプラ５で光結合され、結合された光は光導波路デバイス構造１０の端面から出力される。出力された光は、第１光検出器６でその強度がモニタされる。第１光検出器６と第２光検出器８とのモニタ値の比率（＝遅延干渉導波路の透過率に相当する）を基に、波長可変フィルタ１４の２重リング共振器におけるヒータ電極の電源にフィードバックをかけてレーザ光の波長制御が行われる。
第１光導波路３の光導波路長Ｌ1、第２光導波路４の光導波路長Ｌ2、及び第１光スプリッタ２と第１ミラー１１との間の距離ＬCは、波長ロッカーとして用いる波長可変フィルタ１４の目標とする周期によって異なる。例えば、周波数５０ＧＨｚ（波長にして０．４ ｎｍ）の周期とするためには、遅延量ΔＬとしてトータルで例えば１．５ｍｍ程度必要である。従って、上記の（１）式より、
ΔＬ＝（Ｌ1＋２ＬC）−Ｌ2＝１．５ｍｍ
とすれば良い。
例えばＬC＝０．７５ｍｍ程度とすれば、遅延干渉導波路の遅延部分を全てレーザ共振器内に配置して、Ｌ1をＬ2と同じ長さとすれば良く、波長ロッカーの遅延干渉導波路において光導波路を追加配置する必要がない。即ち特許文献１では、第１光導波路を第２光導波路よりも１．５ｍｍ程度長くする必要があったところ、本実施形態ではこれが不要となる。その結果、波長ロッカーのサイズを小型化して、ひいては波長ロッカーを含む波長可変レーザ装置全体のサイズを小型化することが可能となる。
更に、波長可変フィルタ１４の周期に対応する周波数を小さく、例えば２５ＧＨｚ程度にする場合には、遅延量としてトータルで３ｍｍ程度を要する。本実施形態では、例えばＬC＝０．７５ｍｍ程度とすれば、Ｌ1をＬ2よりも１．５ｍｍ程度長くすれば良い。この場合、特許文献１と比較して遅延干渉導波路の長さを半分にすることができ、波長ロッカー部分のサイズの小型化が可能となる。
以上説明したように、本実施形態による波長可変レーザ装置によれば、波長ロッカーの遅延干渉導波路として必要な長さの少なくとも一部をレーザ共振器内の光導波路の長さで補うことができる。そのため、波長ロッカーの遅延干渉導波路のサイズを小型化し、ひいては波長ロッカーを含む波長可変レーザ装置全体のサイズを小型化することが可能となる。
なお本実施形態では、レーザ共振器内で遅延干渉導波路の遅延部分を一部補うことになるため、波長可変レーザ１としては共振器長が長いものが好ましい。例えば、位相変調方式に用いるレーザ光源では、スペクトル線幅が狭いことが求められるが、狭線幅化には共振器長を大きくすることが有効である。そのため、一般的に共振器長の大きいレーザが用いられる。従って、本実施形態の技術を狭線幅の波長可変レーザ装置に適用することで、レーザ共振器内でより長く遅延部分を補うことができるようになるため、より有効に機能する。
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態と同様に波長可変レーザ装置を開示するが、その波長ロッカーの構成が異なる点で第１の実施形態と相違する。図４は、第２の実施形態による波長可変レーザ装置の一構成例を示す模式図である。図４では、第１の実施形態の図３で示した構成部材と同じものについては、同符号を付して詳しい説明を省略する。
この波長可変レーザ装置では、２重リング共振器を有する波長可変フィルタ１４と方向性結合器である第１光スプリッタ２との間に、他の方向性結合器である第２光スプリッタ２１が挿入されている。第２光スプリッタ２１により、レーザ共振器内を伝搬する光の一部が別途分岐される。第２光スプリッタ２１による光の分岐比は、図４中の下側と上側とで例えば１０：１とする。第２光スプリッタ２１の下側には、波長可変フィルタ１４及び第１光スプリッタ２が接続されている。第２光スプリッタ２１の上側には、通過した光がそのまま光導波路デバイス構造１０の端面から光出射されるように光導波路が設けられている。この出射光をモニタする位置に、フォトダイオードである第２光検出器８が配置されている。
第２光検出器８は、第１光スプリッタ２に入射する光強度をモニタすることができる。遅延干渉導波路を通過した光をモニタする第１光検出器６のモニタ値と、第２光検出器８のモニタ値との比を規格化することにより、遅延干渉導波路の透過率に相当する値をモニタすることができる。このモニタ値が所望の波長の透過率に相当する値に一致するように、波長可変レーザ１の出力光の波長を制御することにより、精密な波長制御を行うことができる。
本実施形態による波長可変レーザ装置によれば、第１の実施形態と比較して、第２光検出器８に光を分岐するためのビームスプリッタが不要になる。そのため、波長ロッカーのサイズを更に小型化し、ひいては波長ロッカーを含む波長可変レーザ装置全体のサイズの大幅な小型化が実現する。
なお、本実施形態では、波長可変フィルタ１４と第１光スプリッタ２との間に第２光スプリッタ２１が配置されているが、この構成に替わって、例えば第１光スプリッタ２と第１ミラー１１との間に第２光スプリッタ２１を配置する構成を採ることもできる。
−変形例−
ここで、第２の実施形態の変形例について説明する。図５は、第２の実施形態の変形例による波長可変レーザ装置の一構成例を示す模式図である。図５では、図４で示した構成部材と同じものについては、同符号を付して詳しい説明を省略する。
この波長可変レーザ装置では、第２光スプリッタ２１が波長可変フィルタ１４と第１光スプリッタ２との間に配置される構成に替わって、第２光スプリッタ２１が第２光導波路４内に挿入されている。
第１光カプラ５で光結合される前の第２光導波路４を伝搬する光は、第１光導波路３を伝搬する光との干渉による波長依存性が生じる前の光である。そのため、第２光スプリッタ２１により、第１光カプラ５で光結合される前の第２光導波路４を伝搬する光を、レーザ光強度として第２光検出器８でそのままモニタすることができる。従って、この構成でも、第１光検出器６のモニタ値を第２光検出器８のモニタ値で規格化し、波長ロッカーにおける周期的なフィルタである遅延干渉導波路の透過率に相当する値を求めて、これを基にレーザ光の波長制御をすることが可能となる。
元々、第１光導波路３側へ向かう光は、第１光スプリッタ２と第１ミラー１１との間の往復分の損失を余計に受けることになる。そのため、第２光導波路４を伝搬する光は、第１光導波路３を伝搬する光に対して損失が小さい。本実施形態では、第２光導波路４内に第２光スプリッタ２１を挿入することにより、第１光導波路３及び第２光導波路４を伝搬する光の強度のバランスを向上させることができ、周期的なフィルタ特性の消光比を向上させることが可能となる。
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について説明する。本実施形態では、第２の実施形態と同様に波長可変レーザ装置を開示するが、その波長ロッカーの構成が異なる点で第２の実施形態と相違する。図６は、第３の実施形態による波長可変レーザ装置の一構成例を示す模式図である。図６では、第２の実施形態の変形例の図５で示した構成部材と同じものについては、同符号を付して詳しい説明を省略する。
この波長可変レーザ装置では、第１光検出器及び第２光検出器が光導波路デバイス構造１０の外部に配置される構成に替わって、第１光検出器及び第２光検出器が光導波路デバイス構造１０内に集積されている。即ち、波長可変レーザ装置は、シリコン基板である半導体基板１５上に第１光検出器及び第２光検出器が集積され、光導波路デバイス構造１０として形成されている。本実施形態では、第１光検出器及び第２光検出器は、例えばゲルマニウム・フォトダイオード（Ｇｅ−ＰＤ）２２，２３である。
本実施形態によれば、第１光検出器及び第２光検出器を光導波路デバイス構造１０内に集積することにより、波長ロッカーを含めた波長可変レーザ装置のサイズの更なる小型化が実現する。
（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態について説明する。本実施形態では、第３の実施形態と同様に波長可変レーザ装置を開示するが、その波長ロッカーの構成が異なる点で第３の実施形態と相違する。図７は、第４の実施形態による波長可変レーザ装置の一構成例を示す模式図である。図７では、第３の実施形態の図６で示した構成部材と同じものについては、同符号を付して詳しい説明を省略する。
この波長可変レーザ装置では、２×１のＭＭＩ光カプラである光カプラ５に替わって、９０°ハイブリッド９が設けられている。９０°ハイブリッド９は、２つの入力ポート及び少なくとも２つの出力ポートを有している。一方の入力ポートが第１光導波路３に、他方の入力ポートが第２光導波路４にそれぞれ接続されている。９０°ハイブリッド９は、一方の出力ポートと他方の出力ポートとで出力光の位相差がπ／２（９０°）となるフィルタ特性を有している。
本実施形態では、９０°ハイブリッド９の一方の出力ポートに第１光検出器が、他方の出力ポートに第３光検出器が接続されている。波長可変レーザ装置は、シリコン基板である半導体基板１５上に第１光検出器、第２光検出器、及び第３光検出器が集積され、光導波路デバイス構造１０として形成されている。本実施形態では、第１光検出器、第２光検出器、及び第３光検出器は、例えばＧｅ−ＰＤ２２，２３，２４である。
本実施形態によれば、第１光検出器、第２光検出器、及び第３光検出器を光導波路デバイス構造１０内に集積することにより、波長ロッカーを含めた波長可変レーザ装置のサイズの更なる小型化が実現する。
また、上記のように９０°ハイブリッド９を光カプラとして用い、互いの位相差が９０°となる２つの出力ポートの出力光強度をモニタすることにより、如何なる波長についても安定した波長制御が実現される。
（第５の実施形態）
以下、第５の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態と同様に波長可変レーザ装置を開示するが、その波長ロッカーの構成が異なる点で第１の実施形態と相違する。図８は、第５の実施形態による波長可変レーザ装置の一構成例を示す模式図である。図８では、第１の実施形態の図３で示した構成部材と同じものについては、同符号を付して詳しい説明を省略する。
この波長可変レーザ装置では、図８中で第１光スプリッタ２の直下に第１光カプラ５が配置されている。第１光スプリッタ２の第２ポート２ｂと第１光カプラ５とを接続する第１光導波路３１と、第１光スプリッタ２の第４ポート２ｄと第１光カプラ５とを接続する第２光導波路３２とが配置されている。第１光導波路３１と第２光導波路３２とは、略同一の極めて短い長さとされ、第１光スプリッタ２に対して対称に配置されている。
本実施形態では、第１光スプリッタ２と第１ミラー１１との配置位置が、両者間の距離ＬCが第２光導波路４を伝搬する光に対する第１光導波路３を伝搬する光の遅延量ΔＬと略等しくなるように、調節されている。即ちこの場合、遅延干渉導波路の遅延部分は、略全てレーザ共振器内に配置されることになる。
上記の配置構成では、レーザ共振器の外部における遅延干渉導波路の遅延部分が不要となり、第１光導波路３１及び第２光導波路３２の長さを共に極限まで短縮することができる。その結果、波長ロッカーのサイズを可及的に小型化して、ひいては波長ロッカーを含む波長可変レーザ装置全体のサイズを可及的に小型化することが可能となる。
（第６の実施形態）
以下、第６の実施形態について説明する。本実施形態では、第１〜第５の実施形態（変形例を含む）から選ばれた１種の波長可変レーザ装置を備えた波長可変レーザユニットを開示する。以下の例では、図６に示した第３の実施形態による波長可変レーザ装置を備えた波長可変レーザユニットについて説明する。図９は、第６の実施形態による波長可変レーザユニットの概略構成を示す模式図である。図９では、第３の実施形態の図６で示した構成部材と同じものについては、同符号を付して詳しい説明を省略する。
この波長可変レーザユニットは、第３の実施形態による波長可変レーザ装置である光導波路デバイス構造１０と、コントローラ４１と、波長制御用電源４２とを備えている。
コントローラ４１は、光導波路デバイス構造１０のＧｅ−ＰＤ２２，２３とそれぞれ電気的に接続されており、Ｇｅ−ＰＤ２２の第１モニタ値及びＧｅ−ＰＤ２３の第２モニタ値の各信号を受け取り、これに基づいて波長制御用電源４２に制御信号を送る。波長制御用電源４２は、コントローラ４１から受け取った制御信号に従って、波長可変フィルタ１４の２つのリング共振器の各ヒータ電極に第１ヒータ電流及び第２ヒータ電流をそれぞれ流す。
波長可変レーザユニットでは、光導波路デバイス構造１０のモニタ値、即ち波長ロッカー用のフィルタの透過率に相当する値を基準として、当該モニタ値が目標となる波長の透過率と一致するように、各リング共振器のヒータ電流をフィードバック制御する。これにより、所望の波長においてレーザ発振をさせることが可能となる。
本実施形態によれば、小型の波長可変レーザ装置を備え、所望波長のレーザ発振を行うことができる信頼性の高い波長可変レーザユニットが実現する。
（第７の実施形態）
以下、第７の実施形態について説明する。本実施形態では、第６の実施形態の波長可変レーザユニットを備えた光トランシーバを開示する図１０は、第７の実施形態による光トランシーバの概略構成を示す模式図である。図１０では、第６の実施形態の図９で示した構成部材と同じものについては、同符号を付して詳しい説明を省略する。
この光トランシーバは、第３の実施形態による波長可変レーザ装置である光導波路デバイス構造１０と、ＤＰ−ＱＰＳＫ光変調器５１と、コヒーレントレシーバ５２とを備えている。
ＤＰ−ＱＰＳＫ光変調器５１は、光導波路デバイス構造１０から出力されるレーザ光を変調して、光信号である送信信号を生成して送信するための偏波多重４値位相変調（DP-QPSK）方式の光変調器である。コヒーレントレシーバ５２は、光信号である受信信号を受信するためのものである。
本実施形態によれば、小型の波長可変レーザ装置を備え、任意の波長において光送受信が可能な信頼性の高い光トランシーバが実現する。
以下、波長可変レーザ装置の諸態様について、付記としてまとめて記載する。
（付記１）波長可変フィルタ及びミラーを有する波長可変レーザと、
前記波長可変フィルタと前記ミラーとの間に設けられており、前記波長可変フィルタ側の第１ポート及び第２ポートと前記ミラー側の第３ポート及び第４ポートとを有し、前記第１ポートに前記波長可変フィルタが、前記第３ポートに前記ミラーがそれぞれ接続された第１光スプリッタと、
前記第２ポートに接続された第１光導波路と、
前記第４ポートに接続された第２光導波路と、
前記第１光導波路及び前記第２光導波路が接続されて光結合する光カプラと
を備えたことを特徴とする波長可変レーザ装置。
（付記２）前記第１光導波路の長さをＬ1、前記第２光導波路の長さをＬ2、前記第１光スプリッタと前記ミラーとの間の距離をＬCとした場合に、
（Ｌ1＋２ＬC）−Ｌ2
の値が、所望の周期の光透過特性に対応した遅延量となるように、Ｌ1、Ｌ2、及びＬCが調整されていることを特徴とする付記１に記載の波長可変レーザ装置。
（付記３）前記第１光導波路と前記第２光導波路とが同じ長さとされていることを特徴とする付記１又は２に記載の波長可変レーザ装置。
（付記４）前記第１光導波路と前記第２光導波路とが、前記第１光スプリッタに対して対称に配置されていることを特徴とする付記３に記載の波長可変レーザ装置。
（付記５）前記光カプラの出力光強度を検出する第１光検出器と、
前記波長可変レーザの出力光強度を検出する第２光検出器と
を更に備えたことを特徴とする付記１〜４のいずれか１項に記載の波長可変レーザ装置。
（付記６）前記波長可変フィルタと接続された第２光スプリッタを更に備え、
前記第２光検出器は、前記第２光スプリッタで分岐された光を検出することを特徴とする付記５に記載の波長可変レーザ装置。
（付記７）前記第２光スプリッタは、前記波長可変フィルタと前記第１光スプリッタとの間に接続されていることを特徴とする付記６に記載の波長可変レーザ装置。
（付記８）前記第２光スプリッタは、前記第２光導波路内に挿入されていることを特徴とする付記６に記載の波長可変レーザ装置。
（付記９）前記波長可変フィルタ、前記ミラー、前記第１光スプリッタ、及び前記光カプラは、前記第１光導波路及び前記第２光導波路と共に、光導波路として基板上に形成されていることを特徴とする付記１〜８のいずれか１項に記載の波長可変レーザ装置。
（付記１０）前記波長可変フィルタ、前記ミラー、前記第１光スプリッタ、前記第２光スプリッタ、及び前記光カプラは、前記第１光導波路及び前記第２光導波路と共に、光導波路として基板上に形成されていることを特徴とする付記６〜８のいずれか１項に記載の波長可変レーザ装置。
（付記１１）前記波長可変フィルタ、前記ミラー、前記第１光スプリッタ、前記第２光スプリッタ、及び前記第１光カプラは、前記第１光導波路及び前記第２光導波路と共に、光導波路として基板上に形成されており、
前記第１光検出器及び前記第２光検出器は、前記基板上に集積されていることを特徴とする付記６〜８のいずれか１項に記載の波長可変レーザ装置。
（付記１２）前記光カプラは、出力光の位相差がπ／２となる一対の出力ポートを有するものであることを特徴とする付記１〜１１のいずれか１項に記載の波長可変レーザ装置。
１ 波長可変レーザ
２ 第１光スプリッタ
２ａ 第１ポート
２ｂ 第２ポート
２ｃ 第３ポート
２ｄ 第４ポート
３，３１ 第１光導波路
４，３２ 第２光導波路
５ 光カプラ
６ 第１光検出器
７ ビームスプリッタ
８ 第２光検出器
９ ９０°ハイブリッド
１０ 光導波路デバイス構造
１１ 第１ミラー
１２ 第２ミラー
１３ ＳＯＡ
１４ 波長可変フィルタ
１５ 半導体基板
２１ 第２光スプリッタ
２２，２３，２４ Ｇｅ−ＰＤ
４１ コントローラ
４２ 波長制御用電源
５１ ＤＰ−ＱＰＳＫ光変調器
５２ コヒーレントレシーバ

Claims (10)

  1. 波長可変フィルタ及びミラーを有する波長可変レーザと、
    前記波長可変フィルタと前記ミラーとの間に設けられており、前記波長可変フィルタ側の第１ポート及び第２ポートと前記ミラー側の第３ポート及び第４ポートとを有し、前記第１ポートに前記波長可変フィルタが、前記第３ポートに前記ミラーがそれぞれ接続された第１光スプリッタと、
    前記第２ポートに接続された第１光導波路と、
    前記第４ポートに接続された第２光導波路と、
    前記第１光導波路及び前記第２光導波路が接続されて光結合する光カプラと、
    を備えたことを特徴とする波長可変レーザ装置。
  2. 前記第１光導波路の長さをＬ1、前記第２光導波路の長さをＬ2、前記第１光スプリッタと前記ミラーとの間の距離をＬCとした場合に、
    （Ｌ1＋２ＬC）−Ｌ2
    の値が、所望の周期の光透過特性に対応した遅延量となるように、Ｌ1、Ｌ2、及びＬCが調整され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装置。
  3. 前記第１光導波路と前記第２光導波路とが同じ長さとされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の波長可変レーザ装置。
  4. 前記第１光導波路と前記第２光導波路とが、前記第１光スプリッタに対して対称に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の波長可変レーザ装置。
  5. 前記光カプラの出力光強度を検出する第１光検出器と、
    前記波長可変レーザの出力光強度を検出する第２光検出器と
    を更に備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の波長可変レーザ装置。
  6. 前記波長可変フィルタと接続された第２光スプリッタを更に備え、
    前記第２光検出器は、前記第２光スプリッタで分岐された光を検出することを特徴とする請求項５に記載の波長可変レーザ装置。
  7. 前記第２光スプリッタは、前記波長可変フィルタと前記第１光スプリッタとの間に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の波長可変レーザ装置。
  8. 前記第２光スプリッタは、前記第２光導波路内に挿入されていることを特徴とする請求項６に記載の波長可変レーザ装置。
  9. 前記波長可変フィルタ、前記ミラー、前記第１光スプリッタ、及び前記光カプラは、前記第１光導波路及び前記第２光導波路と共に、光導波路として基板上に形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の波長可変レーザ装置。
  10. 前記波長可変フィルタ、前記ミラー、前記第１光スプリッタ、前記第２光スプリッタ、及び前記第１光カプラは、前記第１光導波路及び前記第２光導波路と共に、光導波路として基板上に形成されており、
    前記第１光検出器及び前記第２光検出器は、前記基板上に集積されていることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の波長可変レーザ装置。
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