CN115826142A - 光滤波器以及波长可变激光元件 - Google Patents

光滤波器以及波长可变激光元件 Download PDF

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Abstract

本发明提供能够监视特性的光滤波器以及波长可变激光元件。光滤波器具备：第一环形镜；第二环形镜；第一波导，其与第一环形镜以及第二环形镜光学耦合；第二波导，其与第一环形镜以及所述第二环形镜光学耦合；第一接入波导，其与第一波导光学耦合；第二接入波导，其与第二波导光学耦合；以及输出部，第一环形镜具有第一环形波导和第一波分复用器，第二环形镜具有第二环形波导和第二波分复用器，输出部具有第三环形波导、第三波分复用器、第三波导和第四波导，第三环形波导与第二环形波导以及所述第三波分复用器光学耦合，第三波导以及第四波导与第三波分复用器光学耦合。

Description

光滤波器以及波长可变激光元件
技术领域
本公开涉及光滤波器以及波长可变激光元件。
背景技术
已知有具有增益部、将光反射的滤波器的波长可变激光元件。通过用滤波器将从增益部射出的光反射，而使其激光振荡。存在利用两个环形谐振器而形成滤波器的技术(例如非专利文献1)。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：“High-Power，Narrow-Linewidth，Miniaturized SiliconPhotonic Tunable Laser With Accurate Frequency Control”Y.Gao et.al.Journal ofLightwave Technology，vol.38，No.2，January 15，2020p265-271
发明内容
发明所要解决的问题
在无法监视滤波器的特性的情况下，难以准确地控制滤波器的特性，从而振荡波长变得不稳定。因此，本发明的目的在于提供能够监视特性的光滤波器以及波长可变激光元件。
用于解决问题的手段
本公开所涉及的光滤波器具备：第一环形镜；第二环形镜；第一波导，其与所述第一环形镜以及所述第二环形镜光学耦合；第二波导，其与所述第一环形镜以及所述第二环形镜光学耦合；第一接入波导，其与所述第一波导光学耦合；第二接入波导，其与所述第二波导光学耦合；以及输出部，所述第一环形镜具有第一环形波导和第一波分复用器，所述第二环形镜具有第二环形波导和第二波分复用器，所述第一环形波导与所述第一波分复用器光学耦合，所述第二环形波导与所述第二波分复用器光学耦合，所述第一波导与所述第一波分复用器以及所述第二波分复用器光学耦合，所述第二波导与所述第一波分复用器以及所述第二波分复用器光学耦合，所述输出部具有第三环形波导、第三波分复用器、第三波导和第四波导，所述第三环形波导与所述第二环形波导以及所述第三波分复用器光学耦合，所述第三波导以及所述第四波导与所述第三波分复用器光学耦合。
本公开所涉及的波长可变激光元件具备：增益部，其具有光学增益；上述的光滤波器；以及反射部，其反射光，所述增益部位于所述光滤波器和所述反射部之间，与所述光滤波器的第一接入波导光学耦合。
发明效果
根据本公开，能够提供能够监视特性的光滤波器以及波长可变激光元件。
附图说明
图1是对第一实施方式所涉及的光滤波器进行示例的俯视图。
图2A是对光滤波器的特性进行示例的图。
图2B是对光滤波器的特性进行示例的图。
图3是对耦合系数和光的导出的效率两者的关系进行示例的图。
图4是对第二实施方式所涉及的波长可变激光元件进行示例的俯视图。
图5A是沿图4的线A-A的剖视图。
图5B是沿图4的线B-B的剖视图。
图5C是沿图4的线C-C的剖视图。
图6A是对光滤波器的反射特性进行示例的示意图。
图6B是对光滤波器的反射特性进行示例的示意图。
图6C是对激光的强度进行示例的示意图。
具体实施方式
[本公开的实施方式的说明]
首先，列举本公开的实施方式的内容来进行说明。
本公开的一方式中，(1)一种光滤波器，所述光滤波器具备：第一环形镜；第二环形镜；第一波导，其与所述第一环形镜以及所述第二环形镜光学耦合；第二波导，其与所述第一环形镜以及所述第二环形镜光学耦合；第一接入波导，其与所述第一波导光学耦合；第二接入波导，其与所述第二波导光学耦合；以及输出部，所述第一环形镜具有第一环形波导和第一波分复用器，所述第二环形镜具有第二环形波导和第二波分复用器，所述第一环形波导与所述第一波分复用器光学耦合，所述第二环形波导与所述第二波分复用器光学耦合，所述第一波导与所述第一波分复用器以及所述第二波分复用器光学耦合，所述第二波导与所述第一波分复用器以及所述第二波分复用器光学耦合，所述输出部具有第三环形波导、第三波分复用器、第三波导和第四波导，所述第三环形波导与所述第二环形波导以及所述第三波分复用器光学耦合，所述第三波导以及所述第四波导与所述第三波分复用器光学耦合。若向第一接入波导以及第二接入波导射入光，则在第一环形镜以及第二环形镜激励谐振模式。具有谐振波长的光从第二环形波导向输出部的第三环形波导转移。在第三环形波导中传输的光从第三波导以及第四波导射出。从第三波导以及第四波导射出的光在谐振波长具有较高的强度。使用射出光，能够对光滤波器的特性进行监视。
(2)可以是，所述输出部具有第四波分复用器，所述第四波分复用器光耦合于所述第二环形波导以及所述第三环形波导，从所述第三波分复用器至所述第四波分复用器中的、所述第三环形波导的右旋方向的所述第三环形波导的光路长与所述第三环形波导的左旋方向的所述第三环形波导的光路长相等。在第三环形波导中传输的光的相位发生整合。能够使两个谐振模式中的一个从第三波导射出，使另一个从第四波导射出。
(3)可以是，从所述第二波分复用器至所述第四波分复用器中的、所述第二环形波导的右旋方向的所述第二环形波导的光路长与所述第二环形波导的左旋方向的所述第二环形波导的光路长相等。在第三环形波导中传输的光的相位发生整合。能够使两个谐振模式中的一个从第三波导射出，使另一个从第四波导射出。
(4)可以是，所述第一波分复用器的形状是对称的，所述第二波分复用器的形状是对称的，所述第三波分复用器的形状是对称的，所述第一波导的形状和所述第二波导的形状对称。两个谐振模式的谐振波长彼此相等。两个谐振模式的FSR彼此相等。通过测定两个谐振模式中的一个的谐振波长以及FSR，能够对光滤波器的特性进行监视。
(5)可以是，所述第一波导、所述第二波导、所述第三波导、所述第四波导、所述第一环形波导、所述第二环形波导、所述第三环形波导、所述第一接入波导、以及所述第二接入波导由硅形成。能够抑制光的损失。
(6)可以是，所述光滤波器具备相位调整部，该相位调整部设置于所述第一环形波导以及所述第二环形波导中的至少一方，对在所述第一环形波导以及所述第二环形波导中的所述至少一方中传输的光的相位进行调整。通过调整光的相位，能够使光的波长变化。
(7)一种波长可变激光元件，其具备：增益部，其具有光学增益；上述的光滤波器；以及反射部，其反射光，所述增益部位于所述光滤波器和所述反射部之间，与所述光滤波器的第一接入波导光学耦合。增益部的射出光在光滤波器以及反射部被反射。波长可变激光元件发生激光振荡。激光的一部分转移至输出部，从输出部的第三波导射出。使用从输出部的第四波导射出的光，能够对光滤波器的特性进行监视。能够控制激光的振荡波长。
[本公开的实施方式的详细内容]
以下参照附图对本公开的实施方式所涉及的光滤波器以及波长可变激光元件的具体例进行说明。此外，本公开不限定于这些示例，而是通过权利要求书来表示，意图包含与权利要求书等同的意义以及范围内的全部的变更。
＜第一实施方式＞
图1是对第一实施方式所涉及的光滤波器100进行示例的俯视图。图1所示的X轴与Y轴正交。Z轴与X轴以及Y轴正交。如图1所示，光滤波器100具备接入波导10(第一接入波导)、波导12(第一波导)、波导14(第二波导)、接入波导16(第二接入波导)、环形镜20(第一环形镜)、环形镜25(第二环形镜)、以及输出部30。
接入波导10以及接入波导16、波导12以及波导14、环形镜20以及环形镜25、以及输出部30形成于衬底40。衬底40的上表面沿XY平面扩展。衬底40的两个边沿X轴方向延伸。衬底40在XY平面具有矩形形状。衬底40的两个边沿Y轴方向延伸。Z轴方向是衬底40的厚度方向。将衬底40的X轴方向的一个端部设为端部40a，将另一个端部设为端部40b。端部40a是衬底40的沿Y轴方向延伸的两个边(衬底40的端部)中的一方。端部40b是衬底40的沿Y轴延伸的两个边中的另一方(衬底40的端部)。
在X轴方向上，环形镜20和环形镜25并排。环形镜20位于衬底40的端部40a侧。环形镜25位于端部40b侧。
环形镜20具有环形波导22(第一环形波导)和波分复用器24(第一波分复用器)。环形镜25具有环形波导26(第二环形波导)和波分复用器28(第二波分复用器)。环形波导22以及环形波导26分别是环状的光波导。环形镜20是若向波分复用器24的输入端输入光则在波分复用器24的输入端反射光的反射结构。环形镜25是若向波分复用器28的输入端输入光则在波分复用器28的输入端反射光的反射结构。
波分复用器24以及波分复用器28例如是3dB耦合器。图1的例子中的波分复用器24以及波分复用器28是方向性耦合器。在方向性耦合器中，两个光波导靠近至所传输的光的波长程度的距离。波分复用器24以及波分复用器28各自的电力耦合系数是0.5。作为波分复用器，在方向性耦合器以外可以使用双输入双输出(2×2)多模干涉波导(MMI：Multi ModeInterference，多模干涉)。环形波导22与波分复用器24光学耦合。环形波导26与波分复用器28光学耦合。
波导12以及波导14沿X轴方向延伸，位于环形镜20和环形镜25之间，与环形镜20和环形镜25连接。在波导12和波导14并排的Y轴方向上，波导12和波导14对称。换言之，若使波导14相对于X轴而折回，则与波导12重叠。
波导12以及波导14分别以向波分复用器24以及波分复用器28靠近的方式弯曲，与波分复用器24以及波分复用器28光学耦合。更详细地，波导12的第一端部与波分复用器24光学耦合。波导12的第二端部与波分复用器28光学耦合。波导14的第一端部与波分复用器24光学耦合。波导14的第二端部与波分复用器28光学耦合。环形镜20以及环形镜25这两者、和波导12形成谐振器11。环形镜20以及环形镜25这两者、和波导14形成谐振器13。光滤波器100的光波导的构成的例子在第二实施方式中进行说明。
沿Y轴方向，接入波导10、波导12、波导14、以及接入波导16依次排列。接入波导10沿X轴方向延伸，并且以靠近波导12的方式弯曲。接入波导10从波导12起例如隔开数百nm的距离地分离，与波导12光学耦合。接入波导16沿X轴方向延伸，并且以靠近波导14的方式弯曲。接入波导16从波导14起例如隔开数百nm的距离地分离，与波导14光学耦合。
接入波导10的端部10a以及接入波导16的端部16a位于衬底40的端部40a。接入波导10的另一个端部10b以及接入波导16的另一个端部16b位于衬底40的端部40b。
输出部30位于环形镜25的环形波导26和衬底40的端部40b之间。输出部30具有波分复用器31(第三波分复用器)、环形波导32(第三环形波导)、波分复用器34(第四波分复用器)、波导36(第三波导)、以及波导38(第四波导)。波分复用器31例如是方向性耦合器，根据所希望的导出效率而任意决定电力耦合效率。波分复用器34是3dB耦合器，例如是方向性耦合器。波分复用器34的电力耦合系数是0.5。
环形波导32是环状的光波导，位于环形波导26的相邻处，与环形波导26光学耦合。更详细地，通过使环形波导32和环形波导26靠近至光的波长程度，由此形成方向性耦合器(波分复用器31)。环形波导32与波分复用器34光学耦合。
波导36和波导38沿Y轴方向并排。波导36以及波导38位于环形波导32和衬底40的端部40b之间，与波分复用器34光学耦合。波导36以及波导38从波分复用器34朝向端部40b，沿X轴方向延伸。波导36的端部36a、以及波导38的端部38a位于端部40b。输出部30可以与环形镜20的环形波导22光学耦合。
将接入波导10的端部10a以及端部10b中的一方(例如端部10a)、以及接入波导16的端部16a以及端部16b中的一方(例如端部16a)设为光滤波器100的射入端口。将波导36的端部36a以及波导38的端部38a设为光滤波器100的射出端口。
从配置于光滤波器100的外部的未图示的光源起，如图1中以箭头A1示出那样，若通过端部10a向接入波导10射入光，则在谐振器11激励谐振模式。具有谐振波长的光从环形波导26转移至输出部30的环形波导32，在波导36中进行传输，如以箭头A7所示那样从端部36a向光滤波器100的外部射出。如以箭头A4所示那样若通过端部16a向接入波导16射入光，则在谐振器13激励谐振模式。具有谐振波长的光从环形波导26转移至输出部30的环形波导32，在波导38中传输，如以箭头A8所示那样从端部38a向光滤波器100的外部射出。
更详细地，从端部10a射入的光在接入波导10中传输，从接入波导10转移至波导12。在波导12中传输的光被输入至波分复用器24以及波分复用器28。从波导12通过波分复用器24，在环形波导22的两端分配光。分配的光的强度为1：1，相位彼此偏移π/2。相对于在环形波导22中右旋(顺时针)地传输的光，左旋(逆时针)地传输的光的相位延迟π/2。
在环形波导22中左旋地传输的光通过波分复用器24而无相位的变化地向波导12分配，并且伴随着π/2的相位的延迟而向波导14分配。在环形波导22中右旋地传输的光通过波分复用器24而伴随着π/2的相位的延迟地向波导12分配，并且无相位的变化地向波导14分配。在环形波导22中右旋地传输而输入至波导14的光、在环形波导22中左旋地传输而输入至波导14的光彼此为相反相位，从而相互抵消。另一方面，在环形波导22中左旋地传输而输入至波导12的光、在环形波导22中右旋地传输而输入至波导12的光彼此为相同相位，从而不会相互抵消而被合波。
从波导12通过波分复用器28，在环形波导26的两端分配光。在环形波导26中右旋地传输而输入至波导14的光、在环形波导26中左旋地传输而输入至波导14的光彼此为相反相位，从而相互抵消。另一方面，在环形波导26中左旋地传输而输入至波导12的光、在环形波导26中右旋地传输而输入至波导12的光彼此为相同相位，被合波。
通过使光从接入波导10转移至波导12，由此在谐振器11产生谐振模式。谐振器11的谐振波长是使环形镜20以及环形镜25这两者旋转一周后的光的相位的变化为2πn(n是整数)的波长。具有谐振波长的光从波导12转移至接入波导10，如以图1的箭头A2所示那样被朝向接入波导10的端部10a反射。具有谐振波长以外的波长的光如以图1的箭头A3所示那样，从接入波导10的端部10b射出。具有谐振波长的光的一部分通过波分复用器31，从环形波导26转移至输出部30的环形波导32。
在环形波导26中左旋地传输的光通过波分复用器31，伴随着π/2的相位的延迟而转移至环形波导32，在环形波导32中右旋地传输。在环形波导26中右旋地传输的光通过波分复用器31，伴随着π/2的相位的延迟而转移至环形波导32，在环形波导32中左旋地传输。波分复用器31中的光的强度的分配比例如是1：1。
在环形波导32中传输的光通过波分复用器34而向波导36以及波导38分配。在环形波导32中右旋地传输的光无相位的变化地输入至波导38，伴随着π/2的相位的变化而输入至波导36。在环形波导32中左旋地传输的光伴随着π/2的相位的变化而输入至波导38，无相位的变化地输入至波导36。在环形波导32中右旋地传输而输入至波导38的光、在环形波导32中左旋地传输而输入至波导38的光彼此为相反相位，从而相互抵消。另一方面，在环形波导32中左旋地传输而输入至波导36的光、在环形波导32中右旋地传输而输入至波导36的光彼此为相同相位，被合波。
通过在接入波导10射入光，能够在谐振器11中激励谐振模式。谐振器11的谐振模式不会传输至波导14，而在波导12中传输，向接入波导10反射。谐振模式的一部分转移至输出部30。谐振模式在波导38被抵消，在波导36中传输，从波导36的端部36a向光滤波器100的外部射出。
如以箭头A4所示那样，通过向接入波导16射入光，在谐振器13激励谐振模式。谐振器13的谐振模式不会传输至波导12，而在波导14中传输，如以箭头A5所示那样被向接入波导16反射。具有谐振波长以外的波长的光如以箭头A6所示那样，透过接入波导16。谐振模式的一部分转移至输出部30的环形波导32。谐振模式在波导36中被抵消，在波导38中传输，如以箭头A8所示那样从波导38的端部38a向光滤波器100的外部射出。
谐振器11的谐振模式在波导38中被抵消，在波导36中传输。谐振器13的谐振模式在波导36中被抵消，在波导38中传输。为了实现上述的光的传输，只要使一方的波分复用器和另一方的波分复用器之间中的光路长相等即可。从波分复用器28至波分复用器31，在环形波导26中右旋的方向上的环形波导26的光路长与从波分复用器28至波分复用器31进行左旋的方向上的环形波导26的光路长相等。换言之，通过波分复用器28和波分复用器31，环形波导26被二等分。从波分复用器31至波分复用器34，在环形波导32中右旋的方向上的环形波导32的光路长与从波分复用器31至波分复用器34进行左旋的方向上的环形波导32的光路长相等。换言之，通过波分复用器31和波分复用器34，环形波导32被二等分。
相对于X轴而言，波分复用器24的形状是对称的，波分复用器28的形状是对称的，波导12和波导14对称。也就是说，波分复用器24的形状相对于通过波分复用器24的中心的与X轴平行的直线而言为线对称，波分复用器28的形状相对于通过波分复用器28的中心的与X轴平行的直线而言为线对称，波导12以及波导14的形状相对于通过波导12和波导14两者的中点的与X轴平行的直线而言为线对称。在该情况下，谐振器11的谐振波长和谐振器13的谐振波长在原理上一致。谐振器11的FSR(Free Spectral Range，谐振频率间隔)和谐振器13的FSR在原理上一致。只要知道谐振器11的谐振模式以及谐振器13的谐振模式中的、一方的谐振波长以及FSR，就知道另一方的谐振波长以及FSR。波分复用器24的形状可以相对于波分复用器24自身的中心而点对称。波分复用器28的形状可以相对于波分复用器28自身的中心而点对称。
(特性)
图2A以及图2B是对光滤波器100的特性进行示例的图。图2A的纵轴表示反射率。反射率基于向接入波导10的射入光的强度和反射光的强度而获取。图2B的纵轴表示透射率。透射率基于向接入波导10的射入光的强度和透射光的强度而获取。图2A以及图2B的横轴表示光的波长。图2A以及图2B中的多条线表示耦合系数κ的不同的例子。粗实线是κ＝0.1的例子。点线是κ＝0.3的例子。虚线是κ＝0.5的例子。单点划线是κ＝0.7的例子。细实线是κ＝0.9的例子。
如图2A所示，在谐振器11的三个谐振波长中反射率极大。如图2B所示，在三个谐振波长中透射率极小。反射率的峰值以及透射率的峰值的宽度由接入波导10和波导12两者的耦合系数κ决定。耦合系数越低，则反射率以及透射率的峰值越窄，变得越尖。耦合系数越高，则峰值越宽，变得越平缓。
接入波导10和波导12两者的耦合系数取决于接入波导10和波导12两者的距离。若减小接入波导10和波导12两者的距离，则接入波导10和波导12两者的耦合系数变高，谐振器11的Q值变低。反射率以及透射率的峰值变宽。若增大接入波导10和波导12两者的距离，则接入波导10和波导12两者的耦合系数变低，Q值变高。反射率以及透射率的峰值变窄。
在接入波导16中也可以获得与图2A相同的反射特性以及与图2B相同的透射特性。接入波导16和波导14两者的耦合系数可以与接入波导10和波导12两者的耦合系数相等，也可以比接入波导10和波导12两者的耦合系数大，或较之较小。
如前所述，谐振器11的谐振模式转移至输出部30，在波导36中传输。谐振器13的谐振模式转移至输出部30，在波导38中传输。在波导36中传输的光的强度、以及在波导38中传输的光的强度与图2A同样地在谐振波长示出峰值。即，能够从输出部30的波导36以及波导38，高强度地导出谐振波长的光。
根据第一实施方式，光滤波器100具有接入波导10以及接入波导16、波导12以及波导14、环形镜20以及环形镜25、以及输出部30。波导12与环形镜20以及环形镜25光学耦合，形成谐振器11。波导14与环形镜20以及环形镜25光学耦合，形成谐振器13。
射入接入波导10的光转移至波导12，激励谐振器11的谐振模式。在谐振器11中传输的光的一部分从环形镜25的环形波导26转移至输出部30的环形波导32，从波导36射出。射入接入波导16的光转移至波导14，激励谐振器13的谐振模式。在谐振器13中传输的光的一部分从环形波导26转移至输出部30的环形波导32，从波导38射出。能够从输出部30导出谐振波长的光。通过对来自波导36以及波导38的射出光进行观测，能够直接地监视光滤波器100的谐振波长以及FSR等这样的特性。
例如，一边改变射入接入波导10以及接入波导16的光的波长，一边用光电二极管等接收元件对从波导36以及波导38射出的射出光进行接收。光的强度极大的波长是谐振波长。也能够测定两个谐振波间的间隔(FSR)。
光波导的折射率等根据经时变化而变化，光滤波器100的特性会发生变化。使用来自波导36以及波导38的射出光，能够直接监视例如谐振波长的偏移等光滤波器100的特性的经时变化。
从接入波导10的端部10b以及接入波导16的端部16b也射出光。端部10b以及端部16b中的射出光在谐振波长消光，在谐振波长以外的波长具有较高的强度。另一方面，来自波导36以及波导38的射出光与谐振波长以外的波长相比而在谐振波长具有较高的强度。通过检测来自波导36以及波导38的射出光，能够直接测定谐振波长等特性。
从波分复用器31至波分复用器34，沿右旋方向的环形波导32的光路长与沿左旋方向的环形波导32的光路长相等。换言之，通过波分复用器31和波分复用器34，环形波导32被二等分。在环形波导32中传输的光的相位发生整合。谐振器11的谐振模式在波导38中被抵消，在波导36中传输。谐振器13的谐振模式在波导36中被抵消，在波导38中传输。能够将谐振器11以及谐振器13这两者的谐振模式分离地导出。使用波导36的射出光，能够监视谐振器11的谐振波长以及FSR。使用波导38的射出光，能够监视谐振器13的谐振波长以及FSR。
从波分复用器28至波分复用器31，沿右旋方向的环形波导26的光路长与沿左旋方向的环形波导26的光路长相等。换言之，通过波分复用器28和波分复用器31，环形波导26被二等分。在环形波导26中传输的光的相位发生整合。通过使环形波导26以及环形波导32的光路长在波分复用器28和波分复用器31之间相等，在环形波导26以及环形波导32中传输的光的相位发生整合。谐振器11的谐振模式在波导38中被抵消，在波导36中传输。谐振器13的谐振模式在波导36中被抵消，在波导38中传输。能够将谐振器11以及谐振器13这两者的谐振模式分离地导出。
在波导12和波导14所并排的Y轴方向上，波导12的形状和波导14的形状对称。波分复用器24的形状是对称的。波分复用器28的形状是对称的。也就是说，波导12以及波导14的形状相对于通过波导12以及波导14两者的中点的与Y轴平行的直线而言为线对称，波分复用器24的形状相对于通过波分复用器24的中心的与Y轴平行的直线而言为线对称，波分复用器28的形状相对于通过波分复用器28的中心的与Y轴平行的直线而言为线对称。谐振器11的谐振模式的谐振波长与谐振器13的谐振模式的谐振波长一致。谐振器11的谐振模式的FSR与谐振器13的谐振模式的FSR一致。例如通过使用来自波导38的射出光，来测定谐振器13的谐振模式的谐振波长以及FSR，也能够监视谐振器11的谐振模式的谐振波长以及FSR。来自波导36的射出光能够用于特性的监视以外的用途。波分复用器24的形状可以相对于波分复用器24自身的中心而点对称。波分复用器28的形状可以相对于波分复用器28自身的中心而点对称。
图1中的环形波导32的形状是使环形波导26相对于Y轴而折回而成的形状。环形波导32的形状可以与环形波导26不同。环形波导32的光路长可以与环形波导22的光路长以及环形波导26的光路长相等，也可以不同。环形波导22的光路长可以与环形波导26的光路长相等，也可以不同。可以在光滤波器100的光波导设置通过图4在后面叙述的电极60。由于电极60作为加热器而发挥功能，因此能够改变谐振波长。
图3是对耦合系数和光的导出的效率两者的关系进行示例的图。横轴是环形波导26和环形波导32两者的耦合系数。纵轴是从环形波导26向环形波导32的光的导出的效率。如图3所示，导出的效率与耦合系数的平方成比例地增加。环形波导26和输出部30两者的耦合系数取决于环形波导26和环形波导32之间的距离。通过调整环形波导26和环形波导32之间的距离，能够改变转移至输出部30的环形波导32的光的强度。
＜第二实施方式＞
图4是对第二实施方式所涉及的波长可变激光元件200进行示例的俯视图。波长可变激光元件200具有光滤波器100、光滤波器110、以及增益部50。
光滤波器100具有与图1所示的光滤波器相同的构成。光滤波器110具有从光滤波器100除去输出部30后的构成。光滤波器100以及光滤波器110形成于衬底40。增益部50例如是由III-V族化合物半导体形成的发光元件，与衬底40的上表面接合。
光滤波器100和光滤波器110共用接入波导10。接入波导10的端部10a位于衬底40的端部40a。接入波导10的端部10b位于衬底40的端部40b。
衬底40具有端部40c。端部40c位于沿衬底40的X轴而延伸的两个边(衬底40的端部)中的一方。光滤波器100的接入波导16-1的端部16a位于衬底40的端部40c。接入波导16-1的端部16b位于衬底40的端部40b。光滤波器110的接入波导16-2的端部16c位于端部40c。接入波导16-2的端部16d位于端部40a。接入波导10的端部10a、接入波导16-1的端部16a以及接入波导16-2的端部16c作为射入端口而发挥功能。波导36的端部36a以及波导38的端部38a位于衬底40的端部40b作为射出端口而发挥功能。
光滤波器100以及光滤波器110具有多个电极60。电极60设置于光滤波器100以及光滤波器110的各个环形波导22以及环形波导26之上、接入波导10之上。电极60由金属形成，作为加热器而发挥功能，通过输入电流而发热。若电极60发热，则光波导的折射率变化，在光波导中传输的光的相位变化。根据光的相位的变化，能够改变谐振波长。
图5A是沿图4的线A-A的剖视图，图示接入波导10的剖面。图5B是沿图4的线B-B的剖视图，图示环形波导22的剖面。如图5A以及图5B所示，衬底40是SOI(Silicon onInsulator，绝缘体上硅芯片)衬底，具有衬底42、包覆层44(箱层)以及硅(Si)层46。衬底42例如由Si形成。包覆层44例如由氧化硅(SiO2)等形成。
包覆层44层叠于衬底42的上表面。Si层46埋入包覆层44的内部，从衬底42的上表面分离。Si层46和衬底42的上表面之间的距离例如是3μm。Si层46包含平台45以及波导芯48。平台45是在XY平面内扩展的面。波导芯48在XY平面内从Si层46分离。波导芯48的厚度例如是0.22μm。波导芯48的宽度例如是0.42μm。
在波导芯48和平台45之间，设置有槽47。槽47位于波导芯48的两侧，沿与波导芯48相同的方向延伸。槽47的内侧被SiO2埋入。在图5A至图5C，槽47是未设置Si的部分。槽47例如可以是Si层46中的比平台45凹陷的部分。如图5B所示，电极60设置于包覆层44的上表面，在Z轴方向上位于波导芯48之上。
波长可变激光元件200的光波导中的、未设置电极60的部分具有与图5A相同的构成。波长可变激光元件200的光波导中的、设置有电极60的部分具有与图5B相同的构成。
如图4所示，在X轴方向上，在增益部50的一侧设置有光滤波器100，在相反侧设置有光滤波器110。增益部50位于接入波导10之上，与接入波导10光学耦合。增益部50的光滤波器110侧的端部以及光滤波器100侧的端部是沿接入波导10的延伸方向(X轴方向)而尖头的锥形形状。
图5C是沿图4的线C-C的剖视图，图示增益部50的剖面。在衬底40中的接合有增益部50的部分，包覆层44设置于衬底42和Si层46之间，未设置于Si层46之上。
增益部50具有包覆层52以及包覆层56、有源层54、以及接触层58。包覆层52与衬底40的Si层46接合。包覆层52的下表面与Si层46的上表面接触。有源层54、包覆层56以及接触层58依次层叠于包覆层52之上，形成台面51。台面51位于衬底40的波导芯48之上。包覆层52在台面51的外侧扩展。
包覆层52的上表面、台面51的侧面以及上表面被绝缘膜57包覆。绝缘膜57在包覆层52之上、以及台面51之上具有开口部。电极53设置于包覆层52之上，通过绝缘膜57的开口部而与包覆层52的上表面接触。电极55设置于台面51之上，通过绝缘膜57的开口部而与接触层58的上表面接触。
包覆层52例如由n型的磷化铟(InP)形成。有源层54例如由铝镓铟砷(AlGaInAs)等形成，具有多量子阱结构(MQW：Multi Quantum Well)。包覆层56例如由p型的InP形成。接触层58例如由p型的铟镓砷(InGaAs)形成。电极53例如由金、锗以及镍的层叠体(Au/Ge/Ni)等金属形成。电极55例如由钛、铂、以及金的层叠体(Ti/Pt/Au)等金属形成。
光滤波器100的两个环形镜的光路长的合计与光滤波器110的两个环形镜的光路长的合计不同。光滤波器100的FSR与光滤波器110的FSR不同。
图6A是对光滤波器110的反射特性进行示例的示意图。图6B是对光滤波器100的反射特性进行示例的示意图。横轴表示光的波长。纵轴表示反射率。
如图6A所示，光滤波器110的反射率在谐振波长λ1、λ2以及λ3示出峰值。相邻的两个谐振波长的间隔(FSR)是Δλ1。如图6B所示，光滤波器100的反射率在谐振波长λ4、λ5以及λ6示出峰值。相邻的两个谐振波长的间隔(FSR)是Δλ2，比Δλ1小。利用由光滤波器100以及光滤波器110这两者带来的游标效应，进行激光振荡。
增益部50具有光学增益。使用电极53以及电极55，向台面51注入电流。有源层54通过注入载流子而生成光。从增益部50的两端射出光。从增益部50的第一端部射出的光在接入波导10中传输而输入至光滤波器110。从增益部50的第二端部射出的光在接入波导10中传输而输入至光滤波器100。
通过从接入波导10向光滤波器110输入光，激励谐振器11的谐振模式。具有谐振波长的光被反射，朝向增益部50而在接入波导10中传输。也从光滤波器100反射具有谐振波长的光，朝向增益部50而在接入波导10中传输。
通过利用光滤波器100和光滤波器110使光重复反射，波长可变激光元件200发生激光振荡。光滤波器100的谐振波长和光滤波器110的谐振波长一致的波长是振荡波长。
图6C是对激光的强度进行示例的示意图。横轴表示光的波长。纵轴表示光的强度。若图6A的多个谐振波长中的一个(例如λ2)与图6B的多个谐振波长中的一个(例如λ5)一致，则在该波长产生激光。如图6C所示，波长λa(＝λ2＝λ5)变为振荡波长，高强度的激光发生振荡。
激光在接入波导10中传输，从接入波导10转移至光滤波器100的波导12，在环形镜20以及环形镜25中传输。激光的一部分从环形镜25的环形波导26转移至环形波导32。在环形波导32中传输的激光在波导38中被抵消。另一方面，从环形波导32转移至波导36的激光被从波导36的端部36a向外部射出。
从波长可变激光元件200的外部的光源，通过图4所示的端部16a向光滤波器100的接入波导16-1射入光，通过端部16c向光滤波器110的接入波导16-2射入光。在光滤波器100以及光滤波器110，激励谐振器13的谐振模式。具有谐振波长的光在光滤波器100被反射，在接入波导16-1中传输，从端部16a向外部射出。具有谐振波长的光在光滤波器110被反射，在接入波导16-2中传输，从端部16c向外部射出。具有谐振波长以外的波长的光(透射光)在接入波导16-1中传输，从端部16b向外部射出。透射光在接入波导16-2中传输，从端部16d向外部射出。
在光滤波器100的谐振器13产生的谐振模式的一部分转移至输出部30，在波导36中被抵消，在波导38中传输，从波导38的端部38a向外部射出。
根据第二实施方式，增益部50与光滤波器100以及光滤波器110这两者光学耦合。增益部50的射出光被光滤波器100以及光滤波器110反射。光滤波器100的FSR与光滤波器110的FSR不同。通过光滤波器100以及光滤波器110的游标效应使激光发生振荡。激光的一部分迁移至光滤波器100的输出部30，从波导36射出。若向接入波导16-1射入光，则在光滤波器100的谐振器13激励谐振模式。具有谐振波长的光迁移至输出部30，从波导38射出。
能够从波导36以及波导38向波长可变激光元件200的外部导出光。从波导36射出激光。能够将从波导36射出的激光用于例如光通信等。从波导38射出在谐振波长具有较高的强度的光。波导38的射出光用于光滤波器100的特性的监视。来自波导36以及波导38的光的导出量如图3所示那样取决于环形波导26和环形波导32两者的耦合系数。通过减小环形波导26和环形波导32两者的距离，能够提高耦合系数，增大射出光的强度。例如，以使向增益部50侧反射的光的强度、从波导36向外部射出的光的强度成为适当的大小的方式来决定环形波导间的距离。
从接入波导10的端部10a以及接入波导16-2的端部16d也射出光。来自接入波导16-2的射出光能够用于光滤波器110的特性的监视。射出光消光的波长是光滤波器110的谐振波长。
通过在电极60流通电流，由此使光波导的折射率发生变化，调整光的相位。通过相位的变化，使光滤波器100以及光滤波器110的谐振波长发生变化。即，使图6A以及图6B的频谱偏移。能够使振荡波长从图6C的λa起进行变化。如上述那样，在波长可变激光元件200中，能够改变激光的振荡波长。
电极60设置在光滤波器的环形波导22以及环形波导26是有效的。通过利用电极60加热环形波导，由此改变环形波导的折射率，使光路长变化。通过光路长的变化，能够控制谐振器11以及谐振器13的谐振波长。电极60可以设置于光滤波器的环形波导22以及环形波导26中的至少一方。电极60可以设置于图4所示的位置以外的位置。调整光的相位的构成可以是电极60以外。
光滤波器100以及光滤波器110的光波导具有Si的波导芯48。波导芯48被SiO2的包覆层44包围。Si的折射率是约3.5。SiO2的折射率是约1.4。能够在具有与包覆层44相比较高的折射率的波导芯48强烈阻隔光。抑制如接入波导、环形波导那样弯曲的光波导中的光的损失。
可以将增益部50、光滤波器100以及光滤波器110单片集成于化合物半导体衬底。光波导例如设为包含III-V族化合物半导体的高台面结构。可以设为使波长可变激光元件200的光滤波器110反射光的构成。作为用于反射的构成(反射部)，例如可以使用光滤波器110以外的滤波器或者反射镜等。将增益部50配置于光滤波器100和反射部之间。通过利用光滤波器100来反射来自增益部50的一个端部的射出光，利用反射部反射来自另一个端部的射出光，能够进行激光振荡。通过在导出光的一侧配置光滤波器100，能够射出高强度的光。
以上，对本公开的实施方式进行了详述，但不限于本公开所涉及的特定的实施方式，在权利要求书所记载的本公开的主旨的范围内，能够进行各种的变形、变更。

Claims (7)

1.一种光滤波器，其特征在于，
所述光滤波器具备：
第一环形镜；
第二环形镜；
第一波导，其与所述第一环形镜以及所述第二环形镜光学耦合；
第二波导，其与所述第一环形镜以及所述第二环形镜光学耦合；
第一接入波导，其与所述第一波导光学耦合；
第二接入波导，其与所述第二波导光学耦合；以及
输出部，
所述第一环形镜具有第一环形波导和第一波分复用器，
所述第二环形镜具有第二环形波导和第二波分复用器，
所述第一环形波导与所述第一波分复用器光学耦合，
所述第二环形波导与所述第二波分复用器光学耦合，
所述第一波导与所述第一波分复用器以及所述第二波分复用器光学耦合，
所述第二波导与所述第一波分复用器以及所述第二波分复用器光学耦合，
所述输出部具有第三环形波导、第三波分复用器、第三波导和第四波导，
所述第三环形波导与所述第二环形波导以及所述第三波分复用器光学耦合，
所述第三波导以及所述第四波导与所述第三波分复用器光学耦合。
2.根据权利要求1所述的光滤波器，其特征在于，
所述输出部具有第四波分复用器，
所述第四波分复用器光耦合于所述第二环形波导以及所述第三环形波导，
从所述第三波分复用器至所述第四波分复用器中的、所述第三环形波导的右旋方向的所述第三环形波导的光路长与所述第三环形波导的左旋方向的所述第三环形波导的光路长相等。
3.根据权利要求2所述的光滤波器，其特征在于，从所述第二波分复用器至所述第四波分复用器中的、所述第二环形波导的右旋方向的所述第二环形波导的光路长与所述第二环形波导的左旋方向的所述第二环形波导的光路长相等。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光滤波器，其特征在于，所述第一波分复用器的形状是对称的，所述第二波分复用器的形状是对称的，所述第三波分复用器的形状是对称的，所述第一波导的形状和所述第二波导的形状对称。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光滤波器，其特征在于，所述第一波导、所述第二波导、所述第三波导、所述第四波导、所述第一环形波导、所述第二环形波导、所述第三环形波导、所述第一接入波导、以及所述第二接入波导由硅形成。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光滤波器，其特征在于，所述光滤波器具备相位调整部，该相位调整部设置于所述第一环形波导以及所述第二环形波导中的至少一方，对在所述第一环形波导以及所述第二环形波导中的所述至少一方中传输的光的相位进行调整。
7.一种波长可变激光元件，其特征在于，
所述波长可变激光元件具备：
增益部，其具有光学增益；
权利要求1至6中任一项所述的光滤波器；以及
反射部，其反射光，
所述增益部位于所述光滤波器和所述反射部之间，与所述光滤波器的第一接入波导光学耦合。
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