WO2022172919A1 - 光学デバイスおよび波長可変レーザ - Google Patents

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陽祐 寺田
立郎 黒部
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古河電気工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to optical devices and wavelength tunable lasers.
  • Patent Document 1 A tunable laser equipped with a ring resonator is conventionally known (for example, Patent Document 1).
  • a 2 ⁇ 2 multimode interference waveguide (MMI) is provided at a coupling portion between a linear waveguide and a ring waveguide.
  • one of the objects of the present invention is, for example, an optical device having a novel and improved configuration such that optical loss can be further reduced and stray light can be treated more appropriately, and a wavelength to obtain a tunable laser.
  • the optical device of the present invention includes, for example, a multimode interference waveguide having a first end in a first direction and a second end in a direction opposite to the first direction, and at the first end , a first port shifted in the second direction from the center in the second direction that intersects the first direction, and a side opposite the first port with respect to the center in the second direction at the first end a second port located at the second end, a third port located at the center in the second direction at the second end, and a second port located at both sides of the third port in the second direction at the second end and two staggered fourth ports, wherein the multimode interference waveguide is configured such that in-phase components of light input to the first port and the second port are coupled to the third port; Opposite phase components of light input to one port and said second port are configured to be coupled to said two fourth ports.
  • the optical device may include an optical processor optically connected to the fourth port.
  • the optical device may include a third connection waveguide, one end of which is optically connected to the first port and the other end of which is optically connected to the second port.
  • the optical device includes a first multimode interference waveguide as the multimode interference waveguide, and the multimode interference waveguide spaced apart from the first multimode interference waveguide in a direction opposite to the second direction.
  • a second multimode interference waveguide as a mode interference waveguide, a first waveguide optically connected to the first port of the first multimode interference waveguide, and the first multimode interference waveguide a curved first connection waveguide optically connecting the third port and the third port of the second multimode interference waveguide; and the first port of the second multimode interference waveguide and the third a curved second connecting waveguide optically connecting the second port of one multimode interference waveguide; and a second waveguide optically connecting the second port of the second multimode interference waveguide. and a wave path.
  • the optical device comprises a fourth port of the two fourth ports of the first multimode interference waveguide that is closer to the second multimode interference waveguide and the two fourth ports of the second multimode interference waveguide.
  • a first optical processor optically connected to both of a fourth port of the four ports that is closer to the first multimode interference waveguide may be provided.
  • the optical device comprises a fourth port farther from the second multimode interference waveguide among the two fourth ports of the first multimode interference waveguide and the two fourth ports of the second multimode interference waveguide.
  • a second optical processor optically connected to both of the four ports far from the first multimode interference waveguide may be provided.
  • the wavelength tunable laser of the present invention includes one or more of the optical devices, for example, as filters or reflectors.
  • FIG. 1 is an exemplary schematic plan view of the optical device of the first embodiment.
  • FIG. 2 is an exemplary schematic plan view of the optical device of the second embodiment.
  • FIG. 3 is an exemplary schematic plan view of the wavelength tunable laser of the third embodiment.
  • FIG. 4 is an exemplary and schematic plan view of the wavelength tunable laser of the fourth embodiment.
  • FIG. 5 is an exemplary and schematic plan view of the wavelength tunable laser of the fifth embodiment.
  • FIG. 6 is an exemplary and schematic plan view of the wavelength tunable laser of the sixth embodiment.
  • FIG. 7 is an exemplary schematic plan view of the wavelength tunable laser of the seventh embodiment.
  • FIG. 8 is an exemplary schematic plan view of the wavelength tunable laser of the eighth embodiment.
  • FIG. 9 is an exemplary schematic plan view of a tunable laser according to the ninth embodiment.
  • FIG. 10 is an exemplary schematic plan view of the wavelength tunable laser of the tenth embodiment.
  • Exemplary embodiments of the present invention are disclosed below.
  • the configurations of the embodiments shown below and the actions and results (effects) brought about by the configurations are examples.
  • the present invention can be realized by configurations other than those disclosed in the following embodiments.
  • at least one of various effects (including derivative effects) obtained by the configuration can be obtained.
  • the D1 direction is indicated by an arrow D1
  • the D2 direction is indicated by an arrow D2
  • the Z direction is indicated by an arrow Z.
  • the D1 direction, D2 direction, and Z direction intersect each other and are orthogonal to each other.
  • FIG. 1 is a plan view of the optical device 10 of the first embodiment.
  • the optical device 10 has a multimode interference waveguide 11 and a plurality of waveguides 12 and 14 optically connected to the multimode interference waveguide 11 via a plurality of ports p1 to p4.
  • Waveguides 12 are connected to the ports p1, p2, and p3, respectively, and waveguides 14 are connected to the two ports p4, respectively.
  • the multimode interference waveguide 11 has an end portion 11a in the D1 direction and an end portion 11b in the direction opposite to the D1 direction.
  • the D1 direction is an example of a first direction.
  • the end portion 11a is an example of a first end portion
  • the end portion 11b is an example of a second end portion.
  • the multimode interference waveguide 11 has a port p1 at the end 11a that is shifted in the D2 direction from the center in the D2 direction.
  • the D2 direction crosses the D1 direction and is an example of the second direction.
  • the port p1 is an example of a first port.
  • the multimode interference waveguide 11 has a port p2 at the end 11a, which is shifted in the direction opposite to the D2 direction from the center in the D2 direction.
  • the port p2 is located on the opposite side of the port p1 with respect to the center of the end portion 11a in the D2 direction.
  • Port p2 is an example of a second port.
  • the multimode interference waveguide 11 has a port p3 located in the center in the D2 direction at the end 11b.
  • Port p3 is an example of a third port.
  • the multimode interference waveguide 11 of this embodiment is configured as a 1 ⁇ 2 multimode interference waveguide 11 that outputs light input from ports p1 and p2 to port p3.
  • the inventors have found that the 1 ⁇ 2 multimode interference waveguide 11 has a lower optical loss sensitivity to processing errors than the 2 ⁇ 2 multimode interference waveguide through intensive studies through simulations, experiments, and the like. Found it. This is because the 2 ⁇ 2 multimode interference waveguide has a narrower width in the D2 direction than the 1 ⁇ 2 multimode interference waveguide in specifications corresponding to light of the same wavelength.
  • the optical loss significantly increases (for example, about 0.6 dB) when the processing error is ⁇ 50 [nm].
  • the increase in optical loss can be suppressed to a lower level (for example, about 0.2 dB).
  • the multimode interference waveguide 11 of this embodiment has a port p4 shifted to both sides in the D2 direction with respect to the port p3 of the end portion 11b.
  • Port p4 is an example of a fourth port. Stray light can be handled appropriately from the waveguide 14 connected to port p4.
  • the light input to the ports p1 and p2 in the same phase is coupled to the port p3, and the light input to the ports p1 and p2 in the opposite phase is coupled to the two ports p4.
  • Specifications such as the length in the D1 direction, the width in the D2 direction, the shape of the side surfaces on both sides in the D2 direction, and the shapes of the end portions 11a and 11b in the D1 direction are set.
  • the multimode interference waveguide 11 of the present embodiment it is possible to obtain the advantage of being able to suppress the optical loss due to the processing error as compared with the 2 ⁇ 2 multimode interference waveguide.
  • the multimode interference waveguide 11 of the present embodiment has a more robust configuration, for example, individual differences (variations) in the characteristics of the optical device 10 can be further reduced, and tolerances can be increased. Advantages such as being able to improve the yield by the amount of setting can be obtained.
  • FIG. 2 is a plan view of the ring resonator 10A of the second embodiment.
  • the ring resonator 10A is an example of an optical device.
  • the ring resonator 10A includes two multimode interference waveguides 11-1 and 11-2, and optically connected to each of the two multimode interference waveguides 11-1 and 11-2. and waveguides 13-1 and 13-2 (12) optically connecting these two multimode interference waveguides 11-1 and 11-2. ) and form a ring resonator.
  • the ring resonator 10A includes light processing units 15-1 and 15-2 (15) that process stray light from the multimode interference waveguides 11-1 and 11-2.
  • the two multimode interference waveguides 11-1 and 11-2 have the same configuration as in the first embodiment.
  • the two multimode interference waveguides 11-1 and 11-2 have a length in the D1 direction, a width in the D2 direction, side surfaces on both sides in the D2 direction, shapes of the ends 11a and 11b in the D1 direction, ports p1 to Specifications such as the number and position of p4 are the same.
  • These two multimode interference waveguides 11-1 and 11-2 are both arranged in parallel with a posture extending in the D1 direction, and are aligned in the D2 direction.
  • the multimode interference waveguide 11-2 is spaced from the multimode interference waveguide 11-1 in the opposite direction of direction D2.
  • the multimode interference waveguide 11-1 is an example of a first multimode interference waveguide
  • the multimode interference waveguide 11-2 is an example of a second multimode interference waveguide.
  • the entire configuration of the ring resonator 10A of the present embodiment which includes two multimode interference waveguides 11, a plurality of waveguides 12, and a plurality of optical processing units 15, is a center line extending in the D1 direction through the center in the D2 direction. It has a line-symmetric configuration with respect to a line (not shown).
  • the waveguide 12-1 (12) is optically connected to the port p1 of the multimode interference waveguide 11-1.
  • Waveguide 12-1 is an example of a first waveguide.
  • Laser light Li is input to multimode interference waveguide 11-1 via waveguide 12-1 and port p1.
  • the waveguide 13-1 (12) optically connects the port p3 of the multimode interference waveguide 11-1 and the port p3 of the multimode interference waveguide 11-2, and has an arc shape with a substantially constant radius of curvature. is curved.
  • Waveguide 13-1 is an example of a first connection waveguide.
  • the waveguide 13-2 (12) optically connects the port p1 of the multimode interference waveguide 11-2 and the port p2 of the multimode interference waveguide 11-1, and has an arc shape with a substantially constant radius of curvature. is curved.
  • the radius of curvature of the waveguide 13-2 is set slightly smaller than the radius of curvature of the waveguide 13-1.
  • the waveguide 13-2 is an example of a second connection waveguide.
  • the waveguide 12-2 (12) is optically connected to the port p2 of the multimode interference waveguide 11-2.
  • Waveguide 12-2 is an example of a second waveguide.
  • Laser light Lo is output from the multimode interference waveguide 11-2 via the port p2 and the waveguide 12-1.
  • the multimode interference waveguides 11-1 and 11-2 are connected to the optical processors 15-1 and 15-2 via the waveguides 14-1 and 14-2 (14) connected to the port p4. properly connected.
  • the optical processors 15-1 and 15-2 process stray light from the multimode interference waveguides 11-1 and 11-2, respectively.
  • the light processing section 15-1 is, for example, a slab waveguide, and diffuses stray light while leaking it to the outside, or scatters the light to the outside from the uneven shape formed at the boundary with the outside. Stray light can be handled.
  • the optical processing unit 15-2 is, for example, a bulk semiconductor or a slab waveguide, and diffuses the stray light two-dimensionally or three-dimensionally to reduce the power density of the stray light. It can leak to the outside of the section 15-2.
  • the optical processing unit 15-1 selects the two ports p4 of the two multimode interference waveguides 11-1 and 11-2, which are closer to each other, and the waveguide 14-1. It is optically connected to the two multimode interference waveguides 11-1 and 11-2 via.
  • the optical processor 15-1 is an example of a first optical processor.
  • optical processing unit 15-2 of the two ports p4 of the two multimode interference waveguides 11-1 and 11-2, through the port p4 and the waveguide 14-2 which are separated from each other, the two It is optically connected to the multimode interference waveguides 11-1 and 11-2.
  • the optical processor 15-2 is an example of a second optical processor.
  • the optical processing section 15-1 is used in common for processing stray light from the two multimode interference waveguides 11-1 and 11-2, and the optical processing section 15-2 is shared between the two multimode interference waveguides 11-1 and 11-2. It is shared for processing stray light of the mode interference waveguides 11-1 and 11-2.
  • the device configuration can be simplified and the size can be reduced.
  • the waveguides 14-1, 14-2 (14) can also be referred to as waste optical waveguides.
  • the extending direction of the waveguides 14-1 and 14-2 at each port p4 forms an acute angle with the direction opposite to the D1 direction. Therefore, reflection of stray light can be suppressed at each port p4.
  • the radius of curvature of the waveguide 14-1 is smaller than the radius of curvature of the waveguides 13-1 and 13-2.
  • the waveguide 14-1 gradually reduces the radius of curvature as it moves away from the port p4 along the clothoid curve, thereby reducing the radius of curvature while suppressing an increase in leakage of stray light due to bending loss. can be set.
  • FIG. 3 is a plan view of the laser device 100 of the third embodiment.
  • the laser device 100 includes a DBR section 20, a ring resonator 10A, a gain section 30, an optical amplifier 40, and a waveguide .
  • the laser device 100 is a semiconductor laser element and an example of a tunable laser.
  • a laser device 100 is provided on a semiconductor laminated substrate 101 .
  • the semiconductor laminated substrate 101 is constructed by laminating a plurality of semiconductor layers on a semiconductor substrate so as to have a predetermined function such as a waveguide.
  • the DBR section 20, ring resonator 10A, gain section 30, optical amplifier 40, and waveguide 102 are all made of InP-based semiconductor materials.
  • the DBR section 20 has a waveguide (not shown) including a distributed Bragg reflection sampled grating (SG-DBR) configuration.
  • the DBR section 20 is an example of a reflecting mirror and can also be called a first reflecting section.
  • the ring resonator 10A has the same configuration as the ring resonator 10A of the second embodiment.
  • the ring resonator 10A functions as a mirror whose reflection characteristics change periodically with respect to the wavelength of the light input from the waveguide 102 .
  • the ring resonator 10A is an example of a filter or reflector, and an example of a second reflector.
  • the gain section 30 has a waveguide (not shown) made of an active layer.
  • the optical amplifier 40 also has a waveguide (not shown) made of an active layer.
  • the active layer has a multiple quantum well (MQW) structure made of, for example, GaInAsP-based semiconductor material or AlGaInAs-based semiconductor material.
  • a passive waveguide is made of, for example, an i-type GaInAsP-based semiconductor material with a bandgap wavelength of 1300 nm.
  • the SG-DBR waveguide is made of, for example, a GaInAsP-based semiconductor material or an AlGaInAs-based semiconductor material, and portions with different refractive indices are arranged periodically so as to form a diffraction grating.
  • a microheater (not shown) is provided in each of the DBR section 20 and the ring resonator 10A.
  • a micro-heater is a so-called resistance heating element that generates heat in accordance with the supply of electric current.
  • the microheater is provided with wiring structures such as electrodes and conductor layers for supplying current.
  • the DBR section 20 and the ring resonator 10A constitute a laser resonator.
  • the DBR section 20 has comb-shaped reflection peaks with periodic frequency intervals according to the reciprocal of the period of the diffraction grating.
  • the DBR section 20 and the ring resonator 10A have different periods, and are configured so that the frequency of the laser light can be coarsely adjusted by a method called vernier type.
  • vernier type a method called vernier type.
  • the gain section 30 is positioned between the DBR section 20 and the ring resonator 10A.
  • the ring resonator 10A is provided on the side opposite to the DBR section 20 with respect to the gain section 30 .
  • the gain section 30 is provided with a pair of electrodes (not shown) spaced apart from each other. By applying a voltage to the pair of electrodes, a current flows through the gain section 30 and an optical amplification effect is obtained. This causes laser oscillation.
  • the optical amplifier 40 is located on the side opposite to the gain section 30 and the ring resonator 10A with respect to the DBR section 20, and is located between the DBR section 20 and the end 101a as a laser light emitting end. there is By applying a voltage to the optical amplifier 40 through electrodes (not shown), a current flows through the optical amplifier 40 and an optical amplification effect is obtained.
  • the optical amplifier 40 optically amplifies the laser light output from the DBR section 20 by laser oscillation.
  • the laser device 100 outputs laser light L amplified by the optical amplifier 40 from the end 101a.
  • the laser light L emitted from the end portion 101 a is emitted light from the laser device 100 .
  • the ring resonator 10A has a configuration similar to that of the second embodiment and has multimode interference waveguides 11-1 and 11-2 (11) similar to those of the first embodiment. ing. Therefore, according to the laser device 100 of the present embodiment, the effects of the first embodiment and the effects of the second embodiment can be obtained.
  • FIG. 4 is a plan view of the laser device 100A of the fourth embodiment.
  • a coupler for optically coupling the two waveguides 12-1 and 12-2 extending from the ring resonator 10A and the waveguide 102 , a multimode interference waveguide 11 similar to the above embodiment is provided.
  • the same effects as those of the above embodiment can be obtained in the coupler.
  • FIG. 5 is a plan view of the laser device 100B of the fifth embodiment.
  • the laser device 100B of the present embodiment includes a DBR section 20, a ring resonator 10A, a gain section 30, and an optical amplifier 40, like the laser device 100 of the third embodiment. , and a waveguide 102 .
  • the gain section 30 is optically connected to the waveguide 12-1 extending from the ring resonator 10A, and the DBR section is connected to another waveguide 12-2 extending from the ring resonator 10A.
  • 20 and optical amplifier 40 are optically connected.
  • a gain section 30, a ring resonator 10A, a DBR section 20, and an optical amplifier 40 are arranged in this order from the end face 101c2 to the end face 101c1 of the semiconductor laminated substrate 101, and are optically connected via a waveguide .
  • the end surface 101c1 is coated with a relatively low reflectance coating
  • the end surface 101c2 is coated with a relatively high reflectance coating.
  • the ring resonator 10A and the DBR section 20 function as a vernier oscillation wavelength selection filter
  • the DBR section 20 functions as a forward reflecting mirror
  • the end surface 101c2 functions as a rear reflecting mirror. function as In such a configuration, the laser beam output from the component between the end face 101c2 functioning as a laser portion and the DBR portion 20 is amplified by the optical amplifier 40, and is output from the end portion 101a as a laser beam.
  • Light L1 is output.
  • a laser beam L2 weaker than the laser beam L1 is output from the end portion 101b of the end surface 101c2.
  • the laser beam L2 may be used as monitor light.
  • a laser device 100B of this embodiment includes a ring resonator 10A and a multimode interference waveguide 11 similar to those of the above embodiments. Therefore, according to this embodiment, the same effects as those of the above embodiment can be obtained.
  • FIG. 6 is a plan view of the laser device 100C of the sixth embodiment.
  • the laser device 100C has the same configuration as the laser device 100B of the fifth embodiment.
  • a loop mirror 50 is provided as a rear reflecting mirror instead of coating the end surface 101c2.
  • a loop mirror 50 has a multimode interference waveguide 11 .
  • Two ports of the multimode interference waveguide 11 opposite to the waveguides 12 and 14 are optically connected via a U-shaped waveguide 16 .
  • a configuration with such multimode interference waveguides 11 and waveguides 16 functions as a mirror.
  • Waveguide 16 is an example of a third connection waveguide.
  • the multimode interference waveguide 11 has the same configuration as in the above embodiment. That is, in the multimode interference waveguide 11, when an in-phase component of light is input to two ports (a first port and a second port) to which the waveguide 16 is connected, the in-phase component 12 is connected to the port (third port), and two ports (first port and second port) to which the waveguide 16 is connected are input with opposite phase components of light , the opposite phase components are coupled to two ports (fourth port) connected to the waveguide 14 .
  • the end of the waveguide 14 opposite to the multimode interference waveguide 11 may be optically connected to the optical processor 15 .
  • a laser device 100C of this embodiment also includes a ring resonator 10A, a multimode interference waveguide 11, and a waveguide 14 similar to those of the above embodiments. Therefore, according to this embodiment, the same effects as those of the above embodiment can be obtained.
  • FIG. 7 is a plan view of a laser device 100D of the seventh embodiment.
  • the laser device 100D of this embodiment includes two ring resonators 10A, a gain section 30, an optical amplifier 40, a broadband mirror 60, and a waveguide .
  • the broadband mirror 60 has, for example, a plurality of mirror parts that reflect laser light for different wavelength bands.
  • the broadband mirror 60 can be produced by etching the semiconductor laminated substrate 101 .
  • broadband mirror 60 may also be referred to as an etched mirror.
  • the gain section 30, the two serial ring resonators 10A, the broadband mirror 60, and the optical amplifier 40 are arranged in this order from the end face 101c2 to the end face 101c1, and are optically connected via the waveguide 102.
  • the end surface 101c1 is coated with a relatively low reflectance coating
  • the end surface 101c2 is coated with a relatively high reflectance coating.
  • the two ring resonators 10A function as vernier oscillation wavelength selection filters
  • the broadband mirror 60 functions as a forward reflecting mirror
  • the end surface 101c2 functions as a rear reflecting mirror. do.
  • the laser light output from the component between the end face 101c2 functioning as a laser section and the broadband mirror 60 is amplified by the optical amplifier 40, and output from the end 101a as laser light.
  • Light L1 is output.
  • a laser beam L2 weaker than the laser beam L1 is output from the end portion 101b of the end surface 101c2.
  • the winding lengths of the two ring resonators 10A are set to slightly different lengths.
  • a laser device 100D of this embodiment also includes a ring resonator 10A and a multimode interference waveguide 11 similar to those of the above embodiment. Therefore, according to this embodiment, the same effects as those of the above embodiment can be obtained.
  • FIG. 8 is a plan view of the laser device 100E of the eighth embodiment.
  • the laser device 100E has the same configuration as the laser device 100D of the seventh embodiment.
  • a loop mirror 50 is provided as a rear reflecting mirror instead of coating the end surface 101c2.
  • the loop mirror 50 has a configuration similar to that of the sixth embodiment.
  • the laser device 100E of this embodiment also includes a ring resonator 10A and a multimode interference waveguide 11 similar to those of the above embodiments. Therefore, according to this embodiment, the same effects as those of the above embodiment can be obtained.
  • FIG. 9 is a plan view of a laser device 100F of the ninth embodiment.
  • the laser device 100F of this embodiment includes two ring resonators 10A, a gain section 30, an optical amplifier 40, a broadband mirror 60, and a waveguide .
  • two serial ring resonators 10A and a gain section 30 are arranged in this order from the end face 101c2 to the end face 101c1 and are optically connected via the waveguide 102.
  • the end surface 101c1 is coated with a relatively low reflectance coating
  • the end surface 101c2 is coated with a relatively high reflectance coating.
  • the end surface 101c1 functions as a front reflecting mirror
  • the two ring resonators 10A function as vernier-type oscillation wavelength selection filters
  • the end surface 101c2 functions as a rear reflecting mirror for the gain section 30.
  • a laser beam L1 generated and amplified by components between the facets 101c2 and 101c1 functioning as a laser portion is output from the end portion 101a as output light.
  • a laser beam L2 weaker than the laser beam L1 is output from the end portion 101b of the end surface 101c2.
  • the laser device 100F of this embodiment also includes a ring resonator 10A and a multimode interference waveguide 11 similar to those of the above embodiments. Therefore, according to this embodiment, the same effects as those of the above embodiment can be obtained.
  • FIG. 10 is a plan view of the laser device 100G of the tenth embodiment.
  • the laser device 100G of this embodiment includes two ring resonators 10A, a multimode interference waveguide 11, a gain section 30, and a waveguide .
  • multimode interference waveguide 11 two ports on the side opposite to the waveguides 12 and 14 are optically connected via a U-shaped waveguide 102 (16).
  • a configuration with such multimode interference waveguides 11 and waveguides 16 functions as a mirror.
  • the two ring resonators 10A are optically connected in series via a waveguide 16. FIG.
  • the multimode interference waveguide 11 is optically connected to the gain section 30 via a waveguide 102 (12) on the opposite side of the waveguide 16.
  • a waveguide 102 (12) on the opposite side of the waveguide 16 may be optically connected to the optical processor 15 .
  • the end surface 101c1 functions as a front reflector for the gain section 30, the two ring resonators 10A function as vernier-type oscillation wavelength selection filters, and the multimode interference waveguides 11 and 16 serves as a back reflector.
  • the laser light L1 generated and amplified by the components including the gain section 30 functioning as a laser section, the multimode interference waveguide 11, and the two ring resonators 10A is From 101a, it is output as an output light.
  • the laser device 100G of this embodiment also includes a ring resonator 10A, a multimode interference waveguide 11, and a waveguide 14 similar to those of the above embodiments. Therefore, according to this embodiment, the same effects as those of the above embodiment can be obtained.
  • the present invention can be used for optical devices and wavelength tunable lasers.
  • Optical device 10A Ring resonator (optical device) 11 Multimode interference waveguide 11-1 Multimode interference waveguide (first multimode interference waveguide) 11-2 ... multimode interference waveguide (second multimode interference waveguide) 11a ... end (first end) 11b... end (second end) 12... Waveguide 12-1... Waveguide (first waveguide) 12-2 ... waveguide (second waveguide) 13-1 ... waveguide (first connection waveguide) 13-2 ... waveguide (second connection waveguide) 14, 14-1, 14-2 ... waveguide (waste optical waveguide) 15... Optical processor 15-1... Optical processor (first optical processor) 15-2 ... Optical processing unit (second optical processing unit) 16... Waveguide (third connection waveguide) 20... DBR section 30...
  • Gain section 40 Optical amplifier 50. Loop mirror (optical device) 100, 100A to 100G...Laser device (wavelength tunable laser) DESCRIPTION OF SYMBOLS 101... Semiconductor laminated substrate 101a, 101b... End part 101c1, 101c2... End face 102... Waveguide D1... Direction (first direction) D2... direction (second direction) L, L1, L2, Li, Lo... Laser light p1... Port (first port) p2 ... port (second port) p3 ... port (third port) p4 ... port (fourth port) Z direction

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Abstract

光学デバイス（１０）は、例えば、第一方向（Ｄ１）の第一端部（１１ａ）と、第一方向とは反対方向の第二端部（１１ｂ）と、を有した多モード干渉導波路（１１）と、第一端部において、第一方向と交差した第二方向（Ｄ２）の中央から当該第二方向にずれた第一ポート（ｐ１）と、第一端部において、第二方向の中央に対して第一ポートとは反対側に位置した第二ポート（ｐ２）と、第二端部において、第二方向の中央に位置した第三ポート（ｐ３）と、第二端部において、第三ポートに対して第二方向の両側にずれた二つの第四ポート（ｐ４）と、を有し、多モード干渉導波路は、第一ポートおよび第二ポートに入力された光の同位相成分が第三ポートに結合され、第一ポートおよび第二ポートに入力された逆位相成分が二つの第四ポートに結合されるよう、構成される。

Description

光学デバイスおよび波長可変レーザ
　本発明は、光学デバイスおよび波長可変レーザに関する。
　従来、リング共振器を備えた波長可変レーザが知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１では、直線状導波路とリング導波路との結合部において、２×２の多モード干渉導波路（ＭＭＩ）が設けられている。
特開２０１３－０９３６２７号公報
　この種の光学デバイスでは、多モード干渉導波路における加工誤差に対する光損失が小さいほど好ましい。また、多モード干渉導波路において生じる迷光を好適に処理する構成を有しているのが好ましい。
　そこで、本発明の課題の一つは、例えば、光損失をより低減できたり、迷光をより好適に処理することができたりするような、より改善された新規な構成を有した光学デバイスおよび波長可変レーザを得ること、である。
　本発明の光学デバイスは、例えば、第一方向の第一端部と、前記第一方向とは反対方向の第二端部と、を有した多モード干渉導波路と、前記第一端部において、前記第一方向と交差した第二方向の中央から当該第二方向にずれた第一ポートと、前記第一端部において、前記第二方向の中央に対して前記第一ポートとは反対側に位置した第二ポートと、前記第二端部において、前記第二方向の中央に位置した第三ポートと、前記第二端部において、前記第三ポートに対して前記第二方向の両側にずれた二つの第四ポートと、を有し、前記多モード干渉導波路は、前記第一ポートおよび前記第二ポートに入力された光の同位相成分が前記第三ポートに結合され、前記第一ポートおよび前記第二ポートに入力された光の逆位相成分が前記二つの第四ポートに結合されるよう、構成される。
　前記光学デバイスは、前記第四ポートと光学的に接続された光処理部を備えてもよい。
　前記光学デバイスは、一端が前記第一ポートと光学的に接続され、他端が前記第二ポートと光学的に接続された、第三接続導波路を備えてもよい。
　前記光学デバイスは、前記多モード干渉導波路としての第一多モード干渉導波路と、前記第一多モード干渉導波路に対して前記第二方向の反対方向に間隔をあけて設けられた前記多モード干渉導波路としての第二多モード干渉導波路と、前記第一多モード干渉導波路の前記第一ポートと光学的に接続された第一導波路と、前記第一多モード干渉導波路の前記第三ポートと前記第二多モード干渉導波路の前記第三ポートとを光学的に接続した湾曲した第一接続導波路と、前記第二多モード干渉導波路の前記第一ポートと前記第一多モード干渉導波路の前記第二ポートとを光学的に接続した湾曲した第二接続導波路と、前記第二多モード干渉導波路の前記第二ポートと光学的に接続された第二導波路と、を備えてもよい。
　前記光学デバイスは、前記第一多モード干渉導波路の前記二つの第四ポートのうち前記第二多モード干渉導波路に近い第四ポート、および前記第二多モード干渉導波路の前記二つの第四ポートのうち前記第一多モード干渉導波路に近い第四ポートの双方と光学的に接続された第一光処理部を備えてもよい。
　前記光学デバイスは、前記第一多モード干渉導波路の前記二つの第四ポートのうち前記第二多モード干渉導波路から遠い第四ポート、および前記第二多モード干渉導波路の前記二つの第四ポートのうち前記第一多モード干渉導波路から遠い第四ポートの双方と光学的に接続された第二光処理部を備えてもよい。
　本発明の波長可変レーザは、例えば、フィルタまたは反射鏡として、前記光学デバイスを一つ以上備える。
　本発明によれば、より改善された新規な光学デバイスおよび波長可変レーザを得ることができる。
図１は、第１実施形態の光学デバイスの例示的かつ模式的な平面図である。 図２は、第２実施形態の光学デバイスの例示的かつ模式的な平面図である。 図３は、第３実施形態の波長可変レーザの例示的かつ模式的な平面図である。 図４は、第４実施形態の波長可変レーザの例示的かつ模式的な平面図である。 図５は、第５実施形態の波長可変レーザの例示的かつ模式的な平面図である。 図６は、第６実施形態の波長可変レーザの例示的かつ模式的な平面図である。 図７は、第７実施形態の波長可変レーザの例示的かつ模式的な平面図である。 図８は、第８実施形態の波長可変レーザの例示的かつ模式的な平面図である。 図９は、第９実施形態の波長可変レーザの例示的かつ模式的な平面図である。 図１０は、第１０実施形態の波長可変レーザの例示的かつ模式的な平面図である。
　以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、構成によって得られる種々の効果（派生的な効果も含む）のうち少なくとも一つを得ることが可能である。
　以下に示される複数の実施形態は、同様の構成を備えている。よって、各実施形態の構成によれば、当該同様の構成に基づく同様の作用および効果が得られる。また、以下では、それら同様の構成には同様の符号が付与されるとともに、重複する説明が省略される場合がある。
　本明細書において、序数は、部位や、方向等を区別するために便宜上付与されており、優先順位や順番を示すものではない。
　また、各図において、Ｄ１方向を矢印Ｄ１で表し、Ｄ２方向を矢印Ｄ２で表し、Ｚ方向を矢印Ｚで表す。Ｄ１方向、Ｄ２方向、およびＺ方向は、互いに交差するとともに互いに直交している。
［第１実施形態］
　図１は、第１実施形態の光学デバイス１０の平面図である。光学デバイス１０は、多モード干渉導波路１１と、当該多モード干渉導波路１１と複数のポートｐ１～ｐ４を介して光学的に接続された複数の導波路１２，１４と、を有している。ポートｐ１，ｐ２，ｐ３には、それぞれ導波路１２が接続され、二つのポートｐ４には、それぞれ導波路１４が接続されている。
　多モード干渉導波路１１は、Ｄ１方向の端部１１ａと、Ｄ１方向の反対方向の端部１１ｂと、を有している。Ｄ１方向は、第一方向の一例である。また、端部１１ａは、第一端部の一例であり、端部１１ｂは、第二端部の一例である。
　多モード干渉導波路１１は、端部１１ａにおいて、Ｄ２方向の中央から当該Ｄ２方向にずれたポートｐ１を有している。Ｄ２方向は、Ｄ１方向と交差しており、第二方向の一例である。また、ポートｐ１は、第一ポートの一例である。
　多モード干渉導波路１１は、端部１１ａにおいて、Ｄ２方向の中央から当該Ｄ２方向の反対方向にずれたポートｐ２を有している。ポートｐ２は、端部１１ａのＤ２方向の中央に対して、ポートｐ１の反対側に位置している。ポートｐ２は、第二ポートの一例である。
　多モード干渉導波路１１は、端部１１ｂにおいて、Ｄ２方向の中央に位置したポートｐ３を有している。ポートｐ３は、第三ポートの一例である。
　本実施形態の多モード干渉導波路１１は、ポートｐ１，ｐ２から入力された光をポートｐ３へ出力する１×２の多モード干渉導波路１１として構成されている。発明者らは、シミュレーションや実験等による鋭意検討により、１×２の多モード干渉導波路１１は、２×２の多モード干渉導波路に比べて、加工誤差に対する光損失の感度が低いことを見出した。これは、同じ波長の光に対応したスペックにおいて、２×２の多モード干渉導波路は、１×２の多モード干渉導波路に比べて、Ｄ２方向の幅が狭くなり、その分、当該幅の加工誤差による影響がより大きくなるためであると考えられる。発明者らの一検討によれば、２×２多モード干渉導波路にあっては、加工誤差が±５０［ｎｍ］において光損失が顕著に増加する（例えば、０．６ｄＢ程度）のに対し、ほぼ同じスペックの１×２の多モード干渉導波路にあっては、加工誤差が±１００［ｎｍ］であっても光損失の増大をより低いレベル（例えば、０．２ｄＢ程度）に抑制できることが判明した。
　このように、光損失を抑制できるという利点があるものの、１×２の多モード干渉導波路１１にあっては、ポートｐ１，ｐ２からの光入力に対し、端部１１ｂのＤ２方向の両側に逆位相成分が到来し、当該逆位相成分が多モード干渉導波路１１の内部で反射するなどにより迷光の一因となることが知られている。迷光は、不要光とも称されうる。
　そこで、本実施形態の多モード干渉導波路１１は、端部１１ｂのポートｐ３に対してＤ２方向の両側にずれたポートｐ４を有している。ポートｐ４は、第四ポートの一例である。ポートｐ４に接続された導波路１４から適宜に迷光を処理することができる。
　多モード干渉導波路１１については、ポートｐ１，ｐ２に同位相で入力された光がポートｐ３に結合し、かつ、ポートｐ１，ｐ２に逆位相で入力された光が二つのポートｐ４に結合するよう、Ｄ１方向の長さや、Ｄ２方向の幅、Ｄ２方向両側の側面形状、Ｄ１方向の端部１１ａ，１１ｂの形状等のスペックが、設定される。
　以上、説明したように、本実施形態の多モード干渉導波路１１によれば、２×２の多モード干渉導波路に比べて加工誤差に対する光損失を抑制することができるという利点が得られる。また、本実施形態の多モード干渉導波路１１は、よりロバスト性の高い構成であるため、例えば、光学デバイス１０の特性の個体差（ばらつき）をより少なくすることができたり、公差をより大きく設定することができる分歩留まりをより向上することができたり、といった利点が得られる。
［第２実施形態］
　図２は、第２実施形態のリング共振器１０Ａの平面図である。リング共振器１０Ａは、光学デバイスの一例である。
　図２に示されるように、リング共振器１０Ａは、二つの多モード干渉導波路１１－１，１１－２と、これら二つの多モード干渉導波路１１－１，１１－２のそれぞれと光学的に接続された導波路１２－１，１２－２（１２）と、これら二つの多モード干渉導波路１１－１，１１－２を光学的に接続する導波路１３－１，１３－２（１２）と、を備え、リング共振器を構成している。
　さらに、リング共振器１０Ａは、多モード干渉導波路１１－１，１１－２からの迷光を処理する光処理部１５－１，１５－２（１５）を備えている。
　二つの多モード干渉導波路１１－１，１１－２は、上記第１実施形態と同様の構成を有している。また、二つの多モード干渉導波路１１－１，１１－２は、Ｄ１方向の長さや、Ｄ２方向の幅、Ｄ２方向両側の側面形状、Ｄ１方向の端部１１ａ，１１ｂの形状、ポートｐ１～ｐ４の数および位置等のスペックが同一である。
　これら二つの多モード干渉導波路１１－１，１１－２は、いずれもＤ１方向に延びた姿勢で平行に配置され、Ｄ２方向に並んでいる。多モード干渉導波路１１－２は、多モード干渉導波路１１－１からＤ２方向の反対方向に離間している。多モード干渉導波路１１－１は、第一多モード干渉導波路の一例であり、多モード干渉導波路１１－２は、第二多モード干渉導波路の一例である。
　本実施形態のリング共振器１０Ａの、二つの多モード干渉導波路１１、複数の導波路１２、および複数の光処理部１５を備えた全体構成は、Ｄ２方向の中央を通りＤ１方向に延びる中心線（不図示）に対して線対称の構成を備えている。
　導波路１２－１（１２）は、多モード干渉導波路１１－１のポートｐ１と光学的に接続されている。導波路１２－１は、第一導波路の一例である。レーザ光Ｌｉは、導波路１２－１およびポートｐ１を介して、多モード干渉導波路１１－１に入力される。
　導波路１３－１（１２）は、多モード干渉導波路１１－１のポートｐ３と、多モード干渉導波路１１－２のポートｐ３とを光学的に接続し、略一定の曲率半径で円弧状に湾曲している。導波路１３－１は、第一接続導波路の一例である。
　導波路１３－２（１２）は、多モード干渉導波路１１－２のポートｐ１と、多モード干渉導波路１１－１のポートｐ２とを光学的に接続し、略一定の曲率半径で円弧状に湾曲している。導波路１３－２の曲率半径は、導波路１３－１の曲率半径より少し小さく設定されている。導波路１３－２は、第二接続導波路の一例である。
　導波路１２－２（１２）は、多モード干渉導波路１１－２のポートｐ２と光学的に接続されている。導波路１２－２は、第二導波路の一例である。レーザ光Ｌｏは、多モード干渉導波路１１－２から、ポートｐ２および導波路１２－１を介して出力される。
　また、多モード干渉導波路１１－１，１１－２は、ポートｐ４に接続された導波路１４－１，１４－２（１４）を介して、光処理部１５－１，１５－２と光学的に接続されている。
　光処理部１５－１，１５－２は、それぞれ、多モード干渉導波路１１－１，１１－２からの迷光を処理する。光処理部１５－１は、例えば、スラブ導波路であり、迷光を拡散しながら外部へ漏洩したり、外部との境界部分に形成された凹凸形状から外部へ光を散乱したりすることにより、迷光を処理することができる。また、光処理部１５－２は、例えば、バルク半導体やスラブ導波路であり、迷光を二次元的にあるいは三次元的に拡散することにより、迷光のパワー密度を低下した上で、当該光処理部１５－２の外部へ漏洩することができる。
　図２から明らかとなるように、光処理部１５－１は、二つの多モード干渉導波路１１－１，１１－２の二つのポートｐ４のうち、互いに近いポートｐ４および導波路１４－１を介して、当該二つの多モード干渉導波路１１－１，１１－２と光学的に接続されている。光処理部１５－１は、第一光処理部の一例である。
　また、光処理部１５－２は、二つの多モード干渉導波路１１－１，１１－２の二つのポートｐ４のうち、互いに離れたポートｐ４および導波路１４－２を介して、当該二つの多モード干渉導波路１１－１，１１－２と光学的に接続されている。光処理部１５－２は、第二光処理部の一例である。
　すなわち、リング共振器１０Ａでは、光処理部１５－１を、二つの多モード干渉導波路１１－１，１１－２の迷光の処理に共用するとともに、光処理部１５－２を、二つの多モード干渉導波路１１－１，１１－２の迷光の処理に共用している。このような構成により、四つのポートｐ４についてそれぞれ別個に光処理部１５を有した構成に比べて、例えば、装置構成をより簡素化できたり、小型化できたりといった利点が得られる。
　導波路１４－１，１４－２（１４）は、廃棄光導波路とも称されうる。導波路１４－１，１４－２の各ポートｐ４における延び方向は、Ｄ１方向の反対方向と鋭角を成している。このため、各ポートｐ４において迷光の反射を抑制することができる。また、導波路１４－１の曲率半径は、導波路１３－１，１３－２の曲率半径よりも小さい。ここで、導波路１４－１は、クロソイド曲線に沿ってポートｐ４から離れるにつれて徐々に曲率半径を小さくすることにより、曲げ損失に起因した迷光の漏洩の増大を抑制しながら、曲率半径をより小さく設定することができる。
　本実施形態によれば、導波路１４－１，１４－２（１２）および光処理部１５－１，１５－２（１５）の構成により、多モード干渉導波路１１－１，１１－２から回収した迷光を、より遠方で反射させ、リング共振器へ戻り難くすることができるので、リング共振器における主要光に対する迷光による悪影響を、抑制することができる。
［第３実施形態］
　図３は、第３実施形態のレーザ装置１００の平面図である。図３に示されるように、レーザ装置１００は、ＤＢＲ部２０と、リング共振器１０Ａと、利得部３０と、光増幅器４０と、導波路１０２と、を備えている。
　レーザ装置１００は、半導体レーザ素子であり、波長可変レーザの一例である。レーザ装置１００は、半導体積層基板１０１に設けられている。半導体積層基板１０１は、半導体基板上に複数の半導体層を積層して、導波路などの所定の機能を持つように構成されている。
　ＤＢＲ部２０、リング共振器１０Ａ、利得部３０、光増幅器４０、および導波路１０２は、いずれもＩｎＰ系半導体材料で作られている。
　ＤＢＲ部２０は、分布型ブラッグ反射型のサンプルドグレーティング（ＳＧ－ＤＢＲ）の構成を含む導波路（不図示）を有している。ＤＢＲ部２０は、反射鏡の一例であり、第一反射部とも称されうる。
　リング共振器１０Ａは、上記第２実施形態のリング共振器１０Ａと同様の構成を有している。リング共振器１０Ａは、導波路１０２から入力された光の波長に対して反射特性が周期的に変化するミラーとして機能する。リング共振器１０Ａは、フィルタまたは反射鏡の一例であり、第二反射部の一例である。
　利得部３０は、活性層で作られた導波路（不図示）を有している。
　また、光増幅器４０は、活性層で作られた導波路（不図示）を有している。
　上記の構成において、活性層は、例えば、ＧａＩｎＡｓＰ系半導体材料、またはＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体材料からなる多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有している。受動型の導波路は、例えば、バンドギャップ波長が１３００ｎｍのｉ型ＧａＩｎＡｓＰ系半導体材料で作られる。ＳＧ－ＤＢＲ構成の導波路は、例えば、ＧａＩｎＡｓＰ系半導体材料、またはＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体材料によって作られ、屈折率が互いに異なる部分が、回折格子が形成されるように周期的に配置されている。
　ＤＢＲ部２０、およびリング共振器１０Ａには、それぞれマイクロヒータ（不図示）が設けられている。マイクロヒータは、所謂抵抗発熱体であり、電流の供給に応じて発熱する。マイクロヒータには、電流を供給するための電極や導体層のような配線構造が設けられている。
　ＤＢＲ部２０とリング共振器１０Ａとは、レーザ共振器を構成している。ＤＢＲ部２０は、回折格子の周期の逆数に応じて周期的な周波数間隔のコム状の反射ピークを有する。ＤＢＲ部２０とリング共振器１０Ａとでは、その周期が異なり、バーニア型と呼ばれる方法によってレーザ光の周波数の粗調が可能な構成となっている。マイクロヒータがＤＢＲ部２０を加熱することにより、当該ＤＢＲ部２０の屈折率が変化し、これにより、コム状の反射ピークが周波数軸方向にシフトする。同様に、マイクロヒータがリング共振器１０Ａを加熱することにより、当該リング共振器１０Ａの屈折率が変化し、コム状の反射ピークが周波数軸方向にシフトする。
　利得部３０は、ＤＢＲ部２０とリング共振器１０Ａとの間に位置されている。言い換えると、リング共振器１０Ａは、利得部３０に対してＤＢＲ部２０とは反対側に設けられている。利得部３０には、互いに離間した一対の電極（不図示）が設けられている。一対の電極に電圧を印加することにより、利得部３０に電流が流れ、光増幅効果が得られる。これにより、レーザ発振が生じる。
　光増幅器４０は、ＤＢＲ部２０に対して利得部３０およびリング共振器１０Ａとは反対側に位置されるとともに、ＤＢＲ部２０とレーザ光の出射端としての端部１０１ａとの間に位置されている。光増幅器４０に電極（不図示）を介して電圧を印加することにより、光増幅器４０に電流が流れ、光増幅効果が得られる。光増幅器４０は、レーザ発振によりＤＢＲ部２０から出力されたレーザ光を光増幅する。
　レーザ装置１００は、端部１０１ａから光増幅器４０で増幅されたレーザ光Ｌを出力する。端部１０１ａから出射されるレーザ光Ｌは、レーザ装置１００の出射光である。
　レーザ装置１００において、リング共振器１０Ａは、上記第２実施形態と同様の構成を備えるとともに、上記第１実施形態と同様の多モード干渉導波路１１－１，１１－２（１１）を有している。よって、本実施形態のレーザ装置１００によれば、上記第１実施形態の効果および第２実施形態の効果が得られる。
［第４実施形態］
　図４は、第４実施形態のレーザ装置１００Ａの平面図である。図４を図３と比較すれば明らかとなるように、本実施形態では、リング共振器１０Ａから延びる二つの導波路１２－１，１２－２と導波路１０２とを光学的に結合するカプラとして、上記実施形態と同様の多モード干渉導波路１１が設けられている。この場合、当該カプラにおいて、上記実施形態と同様の効果が得られる。
［第５実施形態］
　図５は、第５実施形態のレーザ装置１００Ｂの平面図である。図５に示されるように、本実施形態のレーザ装置１００Ｂは、上記第３実施形態のレーザ装置１００と同様に、ＤＢＲ部２０と、リング共振器１０Ａと、利得部３０と、光増幅器４０と、導波路１０２と、を備えている。
　ただし、本実施形態では、リング共振器１０Ａから延びる導波路１２－１には、利得部３０が光学的に接続され、リング共振器１０Ａから延びるもう一つの導波路１２－２には、ＤＢＲ部２０および光増幅器４０が光学的に接続されている。半導体積層基板１０１の端面１０１ｃ２から端面１０１ｃ１にかけて、利得部３０、リング共振器１０Ａ、ＤＢＲ部２０、および光増幅器４０がこの順に並び、導波路１０２を介して光学的に接続されている。また、端面１０１ｃ１には、相対的に反射率の低いコーティングが施され、端面１０１ｃ２には、相対的に反射率の高いコーティングが施されている。この場合、利得部３０に対して、リング共振器１０ＡおよびＤＢＲ部２０が、バーニア型の発振波長選択フィルタとして機能し、ＤＢＲ部２０が、前方反射鏡として機能し、端面１０１ｃ２が、後方反射鏡として機能する。このような構成にあっては、レーザ部として機能する端面１０１ｃ２とＤＢＲ部２０との間の構成要素から出力されたレーザ光が、光増幅器４０で増幅され、端部１０１ａから、出力光としてレーザ光Ｌ１が出力される。他方、端面１０１ｃ２の端部１０１ｂからはレーザ光Ｌ１よりも弱いレーザ光Ｌ２が出力される。レーザ光Ｌ２は、モニタ光として利用されてもよい。
　本実施形態のレーザ装置１００Ｂは、上記実施形態と同様のリング共振器１０Ａおよび多モード干渉導波路１１を備えている。よって、本実施形態によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。
［第６実施形態］
　図６は、第６実施形態のレーザ装置１００Ｃの平面図である。レーザ装置１００Ｃは、上記第５実施形態のレーザ装置１００Ｂと同様の構成を有している。ただし、図６を図５と比較すれば明らかとなるように、本実施形態では、後方反射鏡として、端面１０１ｃ２のコーティングに替えて、ループミラー５０が設けられている。
　ループミラー５０は、多モード干渉導波路１１を有している。当該多モード干渉導波路１１において、導波路１２，１４とは反対側の二つのポートが、Ｕ字状の導波路１６を介して光学的に接続されている。このような多モード干渉導波路１１および導波路１６を有した構成は、ミラーとして機能する。導波路１６は、第三接続導波路の一例である。
　また、多モード干渉導波路１１は、上記実施形態と同様の構成を有している。すなわち、多モード干渉導波路１１は、導波路１６が接続された二つのポート（第一ポートおよび第二ポート）に光の同位相成分が入力された場合には、当該同位相成分が導波路１２が接続されたポート（第三ポート）に結合され、かつ、当該導波路１６が接続された二つのポート（第一ポートおよび第二ポート）に光の逆位相成分が入力された場合には、当該逆位相成分が導波路１４と接続された二つのポート（第四ポート）に結合されるよう、構成されている。なお、図示しないが、導波路１４の多モード干渉導波路１１とは反対側の端部は、光処理部１５と光学的に接続されてもよい。
　本実施形態のレーザ装置１００Ｃも、上記実施形態と同様のリング共振器１０Ａ、多モード干渉導波路１１、および導波路１４を備えている。よって、本実施形態によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。
［第７実施形態］
　図７は、第７実施形態のレーザ装置１００Ｄの平面図である。図７に示されるように、本実施形態のレーザ装置１００Ｄは、二つのリング共振器１０Ａと、利得部３０と、光増幅器４０と、広帯域ミラー６０と、導波路１０２と、を備えている。
　広帯域ミラー６０は、例えば、異なる波長帯域毎にレーザ光を反射する複数のミラー部を有している。広帯域ミラー６０は、半導体積層基板１０１においてエッチングによって作製することができる。この場合、広帯域ミラー６０は、エッチドミラーとも称されうる。
　本実施形態では、端面１０１ｃ２から端面１０１ｃ１にかけて、利得部３０、直列な二つのリング共振器１０Ａ、広帯域ミラー６０、および光増幅器４０がこの順に並び、導波路１０２を介して光学的に接続されている。また、端面１０１ｃ１には、相対的に反射率の低いコーティングが施され、端面１０１ｃ２には、相対的に反射率の高いコーティングが施されている。この場合、利得部３０に対して、二つのリング共振器１０Ａが、バーニア型の発振波長選択フィルタとして機能し、広帯域ミラー６０が、前方反射鏡として機能し、端面１０１ｃ２が、後方反射鏡として機能する。このような構成にあっては、レーザ部として機能する端面１０１ｃ２と広帯域ミラー６０との間の構成要素から出力されたレーザ光が、光増幅器４０で増幅され、端部１０１ａから、出力光としてレーザ光Ｌ１が出力される。他方、端面１０１ｃ２の端部１０１ｂからはレーザ光Ｌ１よりも弱いレーザ光Ｌ２が出力される。なお、バーニア効果を利用するため、二つのリング共振器１０Ａの周回長は、僅かに異なる長さに設定される。
　本実施形態のレーザ装置１００Ｄも、上記実施形態と同様のリング共振器１０Ａおよび多モード干渉導波路１１を備えている。よって、本実施形態によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。
［第８実施形態］
　図８は、第８実施形態のレーザ装置１００Ｅの平面図である。レーザ装置１００Ｅは、上記第７実施形態のレーザ装置１００Ｄと同様の構成を有している。ただし、図８を図７と比較すれば明らかとなるように、本実施形態では、後方反射鏡として、端面１０１ｃ２のコーティングに替えて、ループミラー５０が設けられている。ループミラー５０は、上記第６実施形態と同様の構成を有している。
　本実施形態のレーザ装置１００Ｅも、上記実施形態と同様のリング共振器１０Ａおよび多モード干渉導波路１１を備えている。よって、本実施形態によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。
［第９実施形態］
　図９は、第９実施形態のレーザ装置１００Ｆの平面図である。図９に示されるように、本実施形態のレーザ装置１００Ｆは、二つのリング共振器１０Ａと、利得部３０と、光増幅器４０と、広帯域ミラー６０と、導波路１０２と、を備えている。
　本実施形態では、端面１０１ｃ２から端面１０１ｃ１にかけて、直列な二つのリング共振器１０Ａ、および利得部３０がこの順に並び、導波路１０２を介して光学的に接続されている。また、端面１０１ｃ１には、相対的に反射率の低いコーティングが施され、端面１０１ｃ２には、相対的に反射率の高いコーティングが施されている。この場合、利得部３０に対して、端面１０１ｃ１が、前方反射鏡として機能し、二つのリング共振器１０Ａが、バーニア型の発振波長選択フィルタとして機能し、端面１０１ｃ２が、後方反射鏡として機能する。このような構成にあっては、レーザ部として機能する端面１０１ｃ２と端面１０１ｃ１との間の構成要素で生成されかつ増幅されたレーザ光Ｌ１が、端部１０１ａから、出力光として出力される。他方、端面１０１ｃ２の端部１０１ｂからはレーザ光Ｌ１よりも弱いレーザ光Ｌ２が出力される。
　本実施形態のレーザ装置１００Ｆも、上記実施形態と同様のリング共振器１０Ａおよび多モード干渉導波路１１を備えている。よって、本実施形態によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。
［第１０実施形態］
　図１０は、第１０実施形態のレーザ装置１００Ｇの平面図である。図１０に示されるように、本実施形態のレーザ装置１００Ｇは、二つのリング共振器１０Ａと、多モード干渉導波路１１と、利得部３０と、導波路１０２と、を備えている。
　多モード干渉導波路１１において、導波路１２，１４とは反対側の二つのポートが、Ｕ字状の導波路１０２（１６）を介して光学的に接続されている。このような多モード干渉導波路１１および導波路１６を有した構成は、ミラーとして機能する。そして、二つのリング共振器１０Ａは、導波路１６を介して直列に光学的に接続されている。
　多モード干渉導波路１１は、導波路１６とは反対側の導波路１０２（１２）を介して、利得部３０と光学的に接続されている。なお、図示しないが、導波路１４の多モード干渉導波路１１とは反対側の端部は、光処理部１５と光学的に接続されてもよい。
　この場合、利得部３０に対して、端面１０１ｃ１が、前方反射鏡として機能し、二つのリング共振器１０Ａが、バーニア型の発振波長選択フィルタとして機能し、多モード干渉導波路１１および導波路１６を有したミラーが、後方反射鏡として機能する。このような構成にあっては、レーザ部として機能する利得部３０、多モード干渉導波路１１、および二つのリング共振器１０Ａを含む構成要素で生成されかつ増幅されたレーザ光Ｌ１が、端部１０１ａから、出力光として出力される。
　本実施形態のレーザ装置１００Ｇも、上記実施形態と同様のリング共振器１０Ａ、多モード干渉導波路１１、および導波路１４を備えている。よって、本実施形態によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。
　以上、本発明の実施形態が例示されたが、上記実施形態は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各構成や、形状、等のスペック（構造や、種類、方向、型式、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等）は、適宜に変更して実施することができる。
　本発明は、光学デバイスおよび波長可変レーザに利用することができる。
１０…光学デバイス
１０Ａ…リング共振器（光学デバイス）
１１…多モード干渉導波路
１１－１…多モード干渉導波路（第一多モード干渉導波路）
１１－２…多モード干渉導波路（第二多モード干渉導波路）
１１ａ…端部（第一端部）
１１ｂ…端部（第二端部）
１２…導波路
１２－１…導波路（第一導波路）
１２－２…導波路（第二導波路）
１３－１…導波路（第一接続導波路）
１３－２…導波路（第二接続導波路）
１４，１４－１，１４－２…導波路（廃棄光導波路）
１５…光処理部
１５－１…光処理部（第一光処理部）
１５－２…光処理部（第二光処理部）
１６…導波路（第三接続導波路）
２０…ＤＢＲ部
３０…利得部
４０…光増幅器
５０…ループミラー（光学デバイス）
１００，１００Ａ～１００Ｇ…レーザ装置（波長可変レーザ）
１０１…半導体積層基板
１０１ａ，１０１ｂ…端部
１０１ｃ１，１０１ｃ２…端面
１０２…導波路
Ｄ１…方向（第一方向）
Ｄ２…方向（第二方向）
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２，Ｌｉ，Ｌｏ…レーザ光
ｐ１…ポート（第一ポート）
ｐ２…ポート（第二ポート）
ｐ３…ポート（第三ポート）
ｐ４…ポート（第四ポート）
Ｚ…方向

Claims (7)

  1. 　第一方向の第一端部と、前記第一方向とは反対方向の第二端部と、を有した多モード干渉導波路と、
    　前記第一端部において、前記第一方向と交差した第二方向の中央から当該第二方向にずれた第一ポートと、
    　前記第一端部において、前記第二方向の中央に対して前記第一ポートとは反対側に位置した第二ポートと、
    　前記第二端部において、前記第二方向の中央に位置した第三ポートと、
    　前記第二端部において、前記第三ポートに対して前記第二方向の両側にずれた二つの第四ポートと、
    　を有し、
    　前記多モード干渉導波路は、前記第一ポートおよび前記第二ポートに入力された光の同位相成分が前記第三ポートに結合され、前記第一ポートおよび前記第二ポートに入力された光の逆位相成分が前記二つの第四ポートに結合されるよう、構成された、光学デバイス。
  2. 　前記第四ポートと光学的に接続された光処理部を備えた、請求項１に記載の光学デバイス。
  3. 　一端が前記第一ポートと光学的に接続され、他端が前記第二ポートと光学的に接続された、第三接続導波路を備えた、請求項１または２に記載の光学デバイス。
  4. 　前記多モード干渉導波路としての第一多モード干渉導波路と、
    　前記第一多モード干渉導波路に対して前記第二方向の反対方向に間隔をあけて設けられた前記多モード干渉導波路としての第二多モード干渉導波路と、
    　前記第一多モード干渉導波路の前記第一ポートと光学的に接続された第一導波路と、
    　前記第一多モード干渉導波路の前記第三ポートと前記第二多モード干渉導波路の前記第三ポートとを光学的に接続した湾曲した第一接続導波路と、
    　前記第二多モード干渉導波路の前記第一ポートと前記第一多モード干渉導波路の前記第二ポートとを光学的に接続した湾曲した第二接続導波路と、
    　前記第二多モード干渉導波路の前記第二ポートと光学的に接続された第二導波路と、
    　を備えた、請求項１～３のうちいずれか一つに記載の光学デバイス。
  5. 　前記第一多モード干渉導波路の前記二つの第四ポートのうち前記第二多モード干渉導波路に近い第四ポート、および前記第二多モード干渉導波路の前記二つの第四ポートのうち前記第一多モード干渉導波路に近い第四ポートの双方と光学的に接続された第一光処理部を備えた、請求項４に記載の光学デバイス。
  6. 　前記第一多モード干渉導波路の前記二つの第四ポートのうち前記第二多モード干渉導波路から遠い第四ポート、および前記第二多モード干渉導波路の前記二つの第四ポートのうち前記第一多モード干渉導波路から遠い第四ポートの双方と光学的に接続された第二光処理部を備えた、請求項４または５に記載の光学デバイス。
  7. 　フィルタまたは反射鏡として、請求項３～６のうちいずれか一つに記載の光学デバイスを一つ以上備えた、波長可変レーザ。
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