JP2003283024A

JP2003283024A - 波長可変レーザ

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Publication number: JP2003283024A
Application number: JP2002084254A
Authority: JP
Inventors: Bouda Martin; マルティンバウダ; Takeshi Morito; 健森戸; Kazumasa Takabayashi; 和雅高林; Tadao Nakazawa; 忠雄中澤; Naoki Hashimoto; 直樹橋本; Hiroshi Onaka; 寛尾中; Yuji Kotaki; 裕二小滝
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-03-25
Filing date: 2002-03-25
Publication date: 2003-10-03
Anticipated expiration: 2022-03-25
Also published as: JP4146658B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】周波数制御を高速に行える、単純な構成の波
長可変レーザを提供する。【解決手段】利得媒体１を用いて広域周波数にまたが
った光学エネルギーを発生させ、次に、バンドパスフィ
ルタ３を用いてこの光学エネルギーをフィルタリング
し、結果として得られた狭域な光学エネルギーのスペク
トラムを周期的なエタロンフィルタを用いてフィルタリ
ングし、更に、キャビティ１０を用いてこの光学エネル
ギーを共鳴させる。尚、エタロンフィルタ５は、選択可
能な発振モード間において、所望する波長チャネル間隔
と同等な自由スペクトル幅を持ち、レーザキャビティの
１つの縦モードを選択するのに十分に狭い透過ピークを
持つ。また、バンドパスフィルタ３には、ソリッドステ
ートの可変フィルタを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、波長可変レーザに
関し、特に発振周波数を要求する周波数帯域に合わせる
ことが可能な波長可変レーザに関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザは、利得媒体を含む光共振器で構
成され、利得を増加させることで発振が得られる。波長
多重光ファイバ通信システムでは、赤外線領域における
５０ｎｍから１００ｎｍ程度の広域な周波数帯域の中
で、所望の１つの周波数で発振させる機能をもつ波長可
変レーザが必要となる。

【０００３】所望する単一波長に安定的に制御しつつ波
長を多重化させるような機器において、光学ファイバ通
信用機器で使用される最も一般的な２つの周波数帯に相
当する６０ｎｍを越えた広波長領域を効果的に選択でき
ることは、非常に望ましいことである。

【０００４】また、発振波長を制御する速度は、実質的
に上記のような機器の動作を妨げないために数ミリ秒以
内であることが要求されている。

【０００５】このような制御を可能にするものとして、
例えばＳｏｒｉｎによる米国特許第６０９１７４４号公
報（以下、従来技術１とする）や、Ｈａｍａｄａによる
米国特許第５９７００７６号公報（以下、従来技術２と
する）の一部や、Ｉｎｏｕｅによる特開平１１−６３２
２６号公報（以下、従来技術３とする）に開示される波
長可変レーザが存在する。

【０００６】図１に従来技術１による波長可変レーザの
構成を示す。図１を参照すると、従来技術１では、１つ
の利得媒体と、ファイバブラッグ格子より形成された２
つ以上の反射フィルタと、バンドパスフィルタと、単一
モードの光学ファイバと、を有して構成される。

【０００７】この構成において、バンドパスフィルタと
ファイバブラッグ格子との透過特性は制御可能である。
また、レーザ発振は、バンドパス伝送のピークとファイ
バ格子による反射のピークとに一致する周波数で生じ
る。更に、広域なモード制御は異なる狭域周波数帯で相
互に反射する２つ以上のファイバブラッグ格子を用いる
ことで実現される。また、バンドパスフィルタは、ファ
イバブラッグ格子の反射スペクトルを１つ選択的に透過
させるために用いる。ファイバ格子は、その透過特性
を、伝搬チャネルへ接続できる同調範囲以内の所望の周
波数に制御するための用いる。

【０００８】ファイバブラッグ格子を可変反射フィルタ
として使用する場合の多くは、上記の方法において、複
雑で高価な２つのフィルタを同時に制御しなければなら
ないという問題が存在する。ファイバブラッグ格子特性
が一定であるとすると、上記の方法では、所望の波長チ
ャネル数だけのファイバブラッグ格子が必要となるた
め、共振器が長くなるために装置が大型化し、且つ高価
なものとなる。

【０００９】次に、従来技術２による波長可変レーザの
構成を図２に示す。図２を参照すると、波長可変レーザ
は、１つの利得媒体と、回折格子と、を有して構成され
る。

【００１０】この構成において、波長選択は、反射格子
を機械的に回転させることで達成される。即ち、回折格
子を回転させることで、回折格子の反射ピーク波長を制
御する。

【００１１】このような構成の問題点は、制御を実現す
るために大きな機械的構成が必要となることである。即
ち、従来技術２を実現するためには、回折格子の回転角
度をフィードバックする構成や複雑で高価な制御装置が
必要となる。また、制御を機械的構成で行うと、機械的
安定性と信頼性とが関係してくるため、制御に要する時
間に数ミリ秒のオーダが必要となり遅くなる。

【００１２】更に、上記した従来技術３による波長可変
レーザは、ＡＯＴＦ（Ａｃｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃａ
ｌＴｕｎａｂｌｅＦｉｌｔｅｒ）と利得媒体とから
構成される。ＡＯＴＦを透過する多くの発振モードを減
じるために利得媒体の端面に反射率を持たせ、その反射
リップルを利用して一つの発振モードを選択する。

【００１３】この従来技術３における問題点は、反射リ
ップルを所望する周波数に適合させることが極端に困難
であることや、ＡＯＴＦがドップラー周波数シフトを生
じるために、レーザ発振が不安定化することにある。

【００１４】また、上記した従来技術の他の装置として
は、例えば可変フィルタとエルビウムがドープされたフ
ァイバ増幅器とを含むファイバリングレーザ等が存在す
るが、これらは利得の応答が遅く、波長切替えに数ミリ
秒のオーダという比較的長い時間を要してしまう。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】このような現状におい
て、マルチモード発振がきびしく抑制された単一モード
のレーザ装置における安定性が要求されている。周波数
分割多重機器（上述の光ファイバ通信用機器）では、例
えば３０から６０ｎｍの可変帯域と数十ｐｍ程度の発振
波長の精度とが要求されている。

【００１６】単一のレーザ発振波長は、広域周波数領域
の中から多くの特定の周波数を、十数ミリ秒以内のオー
ダで正確に選択できなければならない。加えて、制御機
構は、コスト面を考慮して、簡単で且つできるだけ周波
数制御のためのフィードバック構成を必要としないもの
でなければならない。

【００１７】従って、本発明は、周波数制御を高速に行
える、単純な構成の波長可変レーザを提供することを目
的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】係る目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、２つの反射面により形成さ
れた共鳴領域を有する波長可変レーザであって、光を生
成し増幅する利得媒体と、該利得媒体で生成された光の
第１の所定波長領域を透過させる第１のフィルタと、該
第１のフィルタを透過したレーザ光の第２の所定波長領
域を透過させる第２のフィルタと、を有し、前記第１の
フィルタが、前記第１の所定透過領域を調整できる可変
フィルタであり、前記第２のフィルタが、前記第２の所
定透過領域が周期的に配列されたフィルタであることを
特徴としている。

【００１９】これにより、本発明では、周波数制御を高
速に行える、単純な構成の波長可変レーザを提供するこ
とができる。

【００２０】更に、請求項２記載の発明は、上記の波長
可変レーザにおいて、前記第１のフィルタが、音響光学
素子で構成されることを特徴としている。

【００２１】これにより、本発明では、表面弾性により
透過領域が可変なフィルタを用いて構成することが可能
となる。

【００２２】更に、請求項３記載の発明は、上記の波長
可変フィルタにおいて、前記第１のフィルタが、ドップ
ラーシフトを相殺するように２段構成となっていること
を特徴としている。

【００２３】これにより、本発明では、往復により生じ
るドップラーシフトを相殺することが可能となる。

【００２４】更に、請求項４記載の発明は、上記の波長
可変レーザにおいて、前記第２のフィルタが、前記レー
ザ光の導波路に対して所定角度の傾きを有することを特
徴としている。

【００２５】これにより、本発明では、例えばＩＴＵグ
リッドで規定されている波長を透過させるように第２の
フィルタを調節することが可能となる。

【００２６】更に、請求項５記載の発明は、上記の波長
可変レーザにおいて、前記利得媒体が、エルビウムがド
ープされたＬｉＮｂＯ_３より成ることを特徴としてい
る。

【００２７】これにより、本発明では、半導体素子を使
用することなく利得媒体を形成することが可能となる。

【００２８】更に、請求項６記載の発明は、上記の波長
可変レーザにおいて、前記利得媒体が、半導体素子で形
成されることを特徴としている。

【００２９】これにより、本発明では、利得媒体を比較
的導波路方向に関して短く構成でき、また、利得媒体の
レスポンスを高速にすることが可能となる。

【００３０】更に、請求項７記載の発明は、上記の波長
可変レーザにおいて、前記利得媒体及び／又は前記第１
のフィルタが、前記レーザ光の導波路に対して所定角度
の傾きを有することを特徴としている。

【００３１】これにより、本発明では、利得媒体及び／
又は第１のフィルタにおいて複合共振器が形成すること
を防止できる。

【００３２】更に、請求項８記載の発明は、上記の波長
可変レーザにおいて、前記利得媒体と前記第１のフィル
タとが同一のプラットホーム上に形成されることを特徴
としている。

【００３３】これにより、本発明では、利得媒体と第１
のフィルタとが集積される具体的構成を提供することが
可能となる。

【００３４】更に、請求項９記載の発明は、上記の波長
可変レーザにおいて、前記２つの反射面の一方又は両方
が、前記利得媒体の一方の面及び／又は前記第１のフィ
ルタの一方の面上に形成されることを特徴としている。

【００３５】これにより、本発明では、反射面と利得媒
体又は第１のフィルタとを同一構成として形成すること
が可能となるため、キャビティ長をより縮小することが
可能となる。

【００３６】更に、請求項１０記載の発明は、上記の波
長可変レーザにおいて、前記利得媒体から最も離れた位
置に、前記第２のフィルタと前記２つの反射面の一方を
形成する第１の反射鏡とが配置され、前記波長可変レー
ザの出力が、前記第１の反射鏡と異なる第２の反射鏡か
ら抽出されることを特徴としている。

【００３７】これにより、本発明では、第２のフィルタ
を介した光の強度と、これを介さない光の強度との差を
明確化することが可能となるため、所望するレーザ光を
明確に出力させることが可能となる。

【００３８】

【発明の実施の形態】本発明を説明するにあたり、その
原理について先に述べる。

【００３９】本発明は、光学周波数の広帯域にまたが
り、レーザ共鳴装置の単一の縦光学モードを高速に選択
するための波長可変レーザを提供するものである。

【００４０】所望でない周波数での発振が強く抑制され
る単一モード制御は、利得媒体を用いて広域周波数にま
たがった光学エネルギーを発生させ、次に、第１の光学
バンドパス伝送フィルタ（以下、第１のバンドパスフィ
ルタと略す）を用いてこの光学エネルギーをフィルタリ
ングし、結果として得られた狭域な光学エネルギーのス
ペクトラムを周期的な第２の光学バンドパス伝送フィル
タ（以下、第２のバンドパスフィルタと略す）を用いて
フィルタリングし、更に、共鳴装置のキャビティを用い
てこの光学エネルギーを共鳴させることで実現される。
尚、第２のバンドパスフィルタは、所望する波長チャネ
ル間隔と同等な自由スペクトル領域を持ち、レーザキャ
ビティの１つの縦モードを選択するのに十分に狭い透過
ピークを持つものである。また、レーザ発振は、共鳴装
置のキャビティに上述した構成要素を設け、これらを光
学的に結合することで実現される。尚、上記した２つの
バンドパスフィルタは、ソリッドステートの可変フィル
タを用いる。

【００４１】従来のバンドパスフィルタが用いられた波
長可変レーザにおける１つの縦モードの選択性は、隣接
する縦モードの間隔と、そのバンドパスフィルタの透過
ピークの鋭さと、に依存する。実際上、透過ピークが利
用できる程度に鋭く、且つ波長可変できるバンドパスフ
ィルタは限られている。そこで本発明では、可能な限り
透過半値幅が狭い透過フィルタを第２のバンドパスフィ
ルタとして用いることにより、鋭い透過特性を得る。ま
た、本発明では、隣接する縦モードの間隔が増加するよ
うにできるだけキャビティの長さを縮小し、これによ
り、２つの隣接する縦モード間隔を広げて損失差を増加
させる。

【００４２】上述した波長可変レーザにおける利得媒体
には、半導体光学増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕ
ｃｔｏｒＯｐｔｉｃａｌＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）等を
適用することができる。また、第１のバンドパスフィル
タには、音響光学素子であるＡＯＴＦ（Ａｃｃｏｕｓｔ
ｏ−ＯｐｔｉｃａｌＴｕｎａｂｌｅＦｉｌｔｅｒ）
等を適用することができ、また、第２のバンドパスフィ
ルタには、ファブリ−ペロー・エタロン・フィルタ（以
下、ＦＰエタロンフィルタという）等を適用することが
できる。これらの構成要素は、２つの反射面間に形成さ
れるキャビティにおける導波路上に設けられる。尚、上
記の２つの反射面の内、少なくとも一方は、出力のため
に半反射鏡が適用される。但し、この半透過鏡の透過率
は、必要に応じて種々変形されるものである。

【００４３】ＦＰエタロンフィルタにおける透過ピーク
の周波数は、ＩＴＵ（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＴ
ｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＵｎｉｏｎ）グ
リッドの仕様で規格された特定の周波数にマッチするよ
う設計配置される。この結果、周波数ロッカーのような
フィードバック構成を有する周波数制御回路を必要とせ
ずに、正確な周波数のレーザ光を出力させることが可能
となる。

【００４４】以上のような構成を有することで、本発明
では、他の縦モードが強く抑制された単一モードを出力
として得られ、且つ、出力させるレーザ光の周波数を高
速に選択することが可能となる。これは、光ファイバを
除去することでレーザ装置のキャビティ長が縮小された
結果として、並びに、狭域の透過ピークを持つ周期的な
フィルタ（ＦＰエタロンフィルタ）を用いた結果として
得られる効果である。尚、第１のバンドパスフィルタに
は、チューナブルであり、また、要求する周波数以外の
周期的な透過ピークでの発振を抑制するものが用いられ
る。加えて、第２のバンドパスフィルタとして、ＩＴＵ
グリッドに正確にマッチする所望の周波数ピークを有す
るものを用いることで、ＩＴＵグリッドにおいて規格さ
れた周波数へ容易且つ高速に制御することが可能とな
る。

【００４５】以下、本発明を好適に実施した形態につい
て、図面を用いて詳細に説明する。

【００４６】本発明の実施例について以下に図面を用い
て詳細に説明する。図３は、本実施例による波長可変レ
ーザの概略を示すブロック図である。

【００４７】図３を参照すると、本実施例による波長可
変レーザでは、２つの反射面（半透過鏡２，反射鏡６）
間にレーザ共振器となるキャビティ１０が形成される。
尚、この２つの反射面の内、少なくとも一方には、キャ
ビティ１０からレーザ光を取り出すための構成として、
半透過鏡（２）が使用される。また、半透過鏡２の出力
側には、単一モードの光ファイバが結合される。

【００４８】キャビティ１０内には、光学エネルギーを
発生させるための利得媒体１と、ソリッドステートのチ
ューナブルなバンドパスフィルタ３と、が設けられる。
利得媒体１内の半導体光学増幅器（ＳＯＡ）において発
生する光学エネルギーは、１００ｎｍ程の典型的に広域
な周波数領域以上に広く分布する。バンドパスフィルタ
３は、上述における第１のバンドパスフィルタであり、
機械的構成を必要とせずにその透過特性を制御できるも
のを用いる。また、バンドパスフィルタ３は、図５
（ｂ）に示すように、比較的に広い透過特性を持つもの
である。尚、上記の光ファイバの延長上に、レーザ光の
パワーをモニタリングする構成を設け、この結果に基づ
いて利得媒体１の利得を制御するよう構成するとよい。

【００４９】更にキャビティ内には、第３の基本構成と
して、周期的に配列された狭域の透過ピークを数多く持
つフィルタ（エタロンフィルタ５）が第２のバンドパス
フィルタとして設けられる。このエタロンフィルタ５
は、図５（ｃ）に示すように、周期的に隔てられた高い
透過ピークを持つものである。

【００５０】また、キャビティ１０内に設けられた上記
全ての光学要素は、キャビティ１０を構成する反射面
（半透過鏡２，反射鏡６）に挟まれた領域であって、共
鳴を生じさせる光路７上に位置される。

【００５１】周波数コントローラ４は、所望の発振周波
数を選択するために、バンドパスフィルタ３の透過特性
を制御する。また、図４に示すように、波長可変レーザ
の一方の端（レーザ光の出力側）に、出力されたレーザ
光を変調させるための強度変調器８を設けても良い。こ
れにより、データ信号を変調させることが可能となる。

【００５２】キャビティ１０内でのレーザ発振は、後述
する２つの条件を同時に満たす周波数でのみ生じる。第
１の条件は、往復により生じる波長の位相変化量が３６
０度の倍数となることである。これは、レーザ発振を得
るために必要な条件である。

【００５３】満足すべき第２の条件は、波長を往復させ
ることにより与えられる全損失と全利得とが、基本的に
同等量となることである。レーザ発振は主に、往復によ
る損失が最も小さい周波数の周りに生じる。

【００５４】これらの条件により許可される縦モード
は、図５（ｄ）に示すように、複数のスペクトルの重な
りになる。例えば長さＬのキャビティが屈折率ｎの均一
な媒質で満たされているとすると、隣接する縦モード間
の周波数間隔ｆｄは、ｃ／（２ｎＬ）となる。ここで、
ｃは真空中での光の速さである。

【００５５】従って、ｆｄ＝ｃ／（２ｎＬ）の関係か
ら、長さＬが増加するにつれて周波数間隔ｆｄが狭くな
るため、従来の波長可変型のバンドパスフィルタでは短
い素子長で１つの縦モードを選択することが困難であ
る。これに対し本実施例では、波長可変型バンドパスフ
ィルタの透過帯域は比較的広くてよいため、短い素子長
でよく、キャビティ１０の長さＬを可能な限り短くする
ことが出来る。

【００５６】図５（ａ）は、光学的なフィードバック構
成を用いていない利得媒体１での典型的な利得スペクト
ラムを示す図である。但し、本説明における利得媒体１
には、ＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ＱｕａｎｔｕｍＷ
ｅｌｌ）半導体が用いられているものとする。

【００５７】図５（ａ）中、破線は、往復による損失を
伴うレーザ装置において、レーザ発振のために要求され
る最小の利得の例を示す。また、この破線に相当する値
は、レーザ発振する条件となるしきい値となる。即ち、
図５（ａ）中、利得がしきい値以上となる周波数領域で
は、レーザ発振を制御することができる。

【００５８】本実施例は、上述したような２つのフィル
タ（バンドパスフィルタ３，エタロンフィルタ５）を用
いて縦モードの往復による損失の周波数依存性を調整す
ることで、発振により生じるレーザ光の周波数を制御す
る。これにより、本実施例では、縦モードの多くが図６
（ａ）に示すようにエネルギーを競い始めてしまうとい
う問題が回避される。尚、キャビティ１０内での損失に
差を持たせる構成がない場合、通常、縦モードの多くが
図６（ａ）に示すようにエネルギーを競い始めてしま
う。

【００５９】利得媒体１で得られるスペクトラムにおけ
る不要な縦モードが強く抑制されたレーザ装置に対して
単一モード制御を行うためには、縦モード同士で十分大
きな損失差を持たせることが要求される。これは、特に
隣接する光学縦モード間に要求される。

【００６０】また、隣接する縦モードが抑制される程度
は、副モード抑制比（Ｓｉｄｅ−ＭｏｄｅＳｕｐｐｒ
ｅｓｓｉｏｎＲａｔｉｏ：ＳＭＳＲ）として表され
る。このＳＭＳＲは、縦モード間の最小の損失差に関係
するものである。この理論は、ＭｃＩｌｒｏｙによる
『ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌｏｆＱｕａｎｔｕｍ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ｖｏｌ．２６ｎｏ．６』
（以下、文献１とする）において開示されている。尚、
文献１によれば、隣接する縦モード間の損失差が１ｄＢ
あれば、４０ｄＢ以上のＳＭＳＲが得られるとしてい
る。しかしながら、縦モードが密集している場合、文献
１に対して、例えば１００ｎｍの波長可変幅を有し、１
ＧＨｚのモード間隔に対して１ｄＢの損失差を有する短
い単一の波長可変フィルタを適用することが困難であ
る。

【００６１】これに対し、本実施例ではフィルタへの要
求を軽減するために、２つのタイプのフィルタが用いら
れている。１つは周期的なフィルタであるエタロンフィ
ルタ５であり、この典型的な特性を図５（ｃ）に示す。
エタロンフィルタ５は、狭い透過ピークが容易に実現さ
れる狭い透過帯域幅を有する。このため、本実施例で
は、略５ｃｍ又はそれ以下の短いキャビティ長であれ
ば、隣接する縦モード間の損失差が１ｄＢで、フィネス
が約２０の領域を持つＦＰエタロンフィルタをエタロン
フィルタ５として用いることができる。

【００６２】エタロンフィルタ５の自由スペクトル領域
は、ＩＴＵグリッドで規定される周波数間隔に概してセ
ットされる。尚、望ましくは、ＩＴＵグリッドで規定さ
れた周波数に完全に一致させた方がよい。周波数間隔の
典型的な値としては、１００ＧＨｚ又は５０ＧＨｚ、波
長に換算すると約０．８ｎｍ又は約０．４ｎｍである。
エタロンフィルタ５には、エアギャップタイプのエタロ
ンを使用できる。また、選択した周波数以外での発振を
避けるためには、バンドパスフィルタ３が少なくとも利
得媒体１の利得幅以上の波長可変幅を持つことが要求さ
れる。但し本実施例では、バンドパスフィルタ３の透過
特性への要求が軽減されている。この理由は、損失差が
０．４ｎｍ若しくは０．８ｎｍ離れた周波数間に対して
要求されるためである。このバンドパスフィルタ３の透
過特性の例を図５（ｂ）に示す。

【００６３】上述のような光学的構成要素を有すること
で、本実施例では１つの縦モードを選択することが可能
となる。第２のバンドパスフィルタであるエタロンフィ
ルタ５により透過させる縦モードのスペクトラムを選択
することが可能となるためである。これを図６（ｃ）に
示す。この結果、多くの縦モードが減じられ、このエタ
ロンフィルタ５の透過ピークの間隔が広いため、バンド
パスフィルタ３の帯域幅は、相対的に広域でもよい。ま
た、本実施例による構成を光学的フィードバック構成を
有する光学共鳴装置に適用した場合に得られる光学モー
ドのスペクトラムを図６（ｄ）に示す。

【００６４】上述において、チューナブルなバンドパス
フィルタ３には、ＡＯＴＦが適用される。但し、ＡＯＴ
Ｆは、光学出力と弾性表面波（ＳＡＷ）との相互作用に
より透過特性を変化させる光学フィルタである。また、
ＡＯＴＦに印加されるＳＡＷは、ＬｉＮｂＯ_３のよう
な、複屈折物質に設けられた電極にラジオ周波数（Ｒ
Ｆ）を印加することによって発生される。また、発生さ
れたＳＡＷは、ＡＯＴＦ（バンドパスフィルタ３）を導
波路方向に沿って伝達する。このとき、バンドパスフィ
ルタ３内部の導波路において光の偏波の回転が生じる。
この偏向は、ＳＡＷの周波数に関係した周波数の中心付
近において生じる。偏光分離フィルタを用いることで、
周波数帯域を入力から第１の導波路の出力方向へ導き、
また、残った出力を第２の導波路の出力方向へ導くこと
が可能となる。

【００６５】モード選択は、ＳＡＷの周波数を変えるこ
とにより高速に制御することができる。但し、周波数を
＃１から＃２へ切り換える際の手順では、＃１を開放す
る前に、ＡＯＴＦの透過特性が双方の波長に合わせられ
る。これは、ＡＯＴＦのユニークな特性の一面であり、
２つのＲＦ波を重ねることができることを利用してい
る。この構成によれば、制御中に中間の波長で発光する
ことを防止でき、更に、制御速度を向上させることがで
きる。

【００６６】しかしながら、バンドパスフィルタ３とし
てＡＯＴＦ１４を使用することは、伝達するＳＡＷの使
用により生じる固有の問題を抱えている。即ち、ＳＡＷ
の速度は、光学的周波数におけるドップラーシフトを引
き起こす。そこで本実施例では、２つの等価のＡＯＴＦ
素子を接続して使用することで、周波数のドップラーシ
フトを排除し、これにより、一定の出力制御性が得られ
るよう構成する。

【００６７】ここで、ＳＡＷが光波と同一の方向に伝播
する場合、ドップラーシフトは、ＴＥ偏向モードからＴ
Ｍ偏向モードへの変換の際に正方向へ生じる。これに対
して、ＴＭ偏向モードからＴＥ偏向モードへの変換の際
には負方向へ生じる。また、光波とＳＡＷとが逆の方向
に伝播する場合、それぞれの変換におけるドップラーシ
フトは上述の逆方向となる。

【００６８】また、本実施例のより具体的構成を図７
（ａ），（ｂ）に示す。但し、本具体例において、エタ
ロン１７は可能な限り反射面（反射鏡１８）の近傍に設
けられる。そこで、図７（ｂ）のように、エタロン１７
がＡＯＴＦ１４に面するように構成された場合、ＳＯＡ
１５の一方の面には、半透過鏡２３が直接設けられる。
これに対し、ＳＯＡ１５がエタロン１７とＡＯＴＦ１４
とに挟まれるよう構成された場合、図７（ａ）に示すよ
うに、ＡＯＴＦ１４の一方の面には半透過鏡１３が直接
設けられる。

【００６９】ＡＯＴＦ１４のバンドパス特性の切り替え
速度は、ＳＡＷが相互作用領域の端から端まで伝播する
時間と関連している。この時間は、１０μｓまで短縮す
ることができる。これにより、迅速な周波数切り換えが
可能となる。

【００７０】反射面（反射鏡１８，半透過鏡１３／２
３）の間に形成されるキャビティからレーザ光を出力す
るためには、少なくとも一方の反射面を半透過鏡（１３
／２３）とする必要がある。

【００７１】高性能の波長可変レーザは、キャビティ全
体における損失の削減が要求されるが、損失の主な要因
は結合損失である。スポットサイズを一致させるために
増幅器（ＳＯＡ１５）及びＡＯＴＦ１４の双方に設けら
れたスポットサイズ変換器は、結合損失を削減するのに
適している。

【００７２】不要な反射が存在する場合、ＳＯＡ１５の
利得特性に非常に大きな格差を生じさせるが、図７
（ａ）に示す本実施例はこのような問題を解決する。Ｓ
ＯＡ１５の両面には、図７（ａ）に示すように、無反射
（ＡＲ）コーティングがなされることで、無反射一面出
力構成となる。

【００７３】また、図７（ｂ）に示す例では、ＳＯＡ１
５がエタロン１７から可能な限り離れた場所に配置され
ている。そして、低反射コーティング又はへき開面がＳ
ＯＡ１５側の一方の面に形成され、他の一方の面にＡＲ
コーティングがなされている。これにより、第２のフィ
ルタ（エタロン１７）を透過してから反射鏡１８で反射
して戻る光と、エタロン１７から反射した光とがＳＯＡ
１５に混入することを防ぐことができる。

【００７４】ＳＯＡ１５又はＡＯＴＦ１４とこれ以外と
を結合する部分に、上述のようなレンズ（コリメータ１
２，１６）を用いることで、キャビティ長を更に短く
し、また、波長可変レーザをさらにコンパクトにするこ
とができる。尚、ＳＯＡ１５又はＡＯＴＦ１４とこれ以
外とを結合する部分とを、付け合わせ構造（Ｂｕｔｔ−
Ｃｏｕｐｌｅｄ構造）とすることで、コリメータレンズ
を省略し、キャビティ長を更に縮減することも可能であ
る。

【００７５】また、ＳＯＡ１５とＡＯＴＦ１４との向か
い合う面に所定の角度をセッティングすることで、ＳＯ
Ａ１５とＡＯＴＦ１４とをより接近させることが可能と
なる。この所定の角度とは、ＳＯＡ１５とＡＯＴＦ１４
との間を伝播するレーザ光の導波路に対する、ＳＯＡ１
５の出力面とＡＯＴＦ１４の出力面との角度が同等とな
る角度である。これは、図８に示すように、相互の出力
面を平行とすることで解決される。

【００７６】第２のキーとなる解決課題は、キャビティ
における反射面間の不要な反射を取り除くことである。
これは、ＳＯＡ１５の面を導波路に対して傾かせること
と、エタロン１７を微小に傾けることとで解決される。
尚、これら全ての面には、ＡＲコーティングがなされ
る。

【００７７】上述した本実施例は、特にＳＯＡ１５近辺
における不均一な利得を減じるために、反射が最小限に
抑えられたＡＯＴＦ１４に結合されるＳＯＡ１５の一方
の面を、先細とし、且つ、ＡＲコーティングが施された
窓構造とし、更に、これを導波路に対して傾きを持たせ
た構造としている。図９は、先が細く、窓構成を有し、
ＳＯＡ１５の出力面の通常軌道に対して導波路が傾いて
いる、ＳＯＡ１５の無反射面（２６，２７）の好適な構
成を示す図である。

【００７８】波長可変レーザの安定性を向上させるため
には、共通の基板等のプラットホームに全て上記の構成
要素を設ける必要がある。

【００７９】更に、ＡＯＴＦ１４の材料としても使用で
きる材質である微小なドープがなされたライトガイドを
用いることで、より一層、波長可変レーザを集積するこ
とが可能となる。この材質の例としては、エルビウムが
ドープされたＬｉＮｂＯ_３が挙げられる。図１０にこの
ように構成した場合の例を示す。

【００８０】上述した実施例の具体的構成を図７（ｂ）
を用いて説明する。図７（ｂ）において、利得媒体（Ｓ
ＯＡ１５）は、ＭＱＷ構造を有する導波路より形成され
る。ＳＯＡ１５における導波路（アクティブライトガイ
ド２５）の詳細な構成は、図９に示す。ＳＯＡ１５にお
いて、一方の面は略１０％の低反射（ＬＲ）コーティン
グがなされ、もう一方の面はＡＲコーティングがなされ
る。また、ＡＲコーティングがなされた面はＡＯＴＦに
結合される。窓構成は、先端になるにつれ細くなり、略
２５μｍの長さを持ち、また、その傾きは１０度であ
る。これにより、出力面へ延びるライトガイドの幅が縮
小される。このようなコーティングされた窓構成の反射
率は１０^−６桁である。尚、ＳＯＡ１５内部での利得
は、２００ｍＡの電流で３０ｄＢであった。

【００８１】ＡＯＴＦ１４は、長さが略２ｃｍであり、
ドップラーシフトを補うために、図７（ｂ）に示すよう
に、２ステージの構成とされている。また、ＳＯＡ１５
とＡＯＴＦ１４との間には、結合部が設けられる。但
し、ＡＯＴＦ１５はコリメータを有さない。

【００８２】エタロン１７には、１００ＧＨｚの自由ス
ペクトル領域とフィネスが１５とを持つエタロンが用い
られ、コリメータ１２，１６には、焦点距離が２ｍｍで
ある一般的なレンズが用いられる。反射鏡１８は、１４
００ｎｍから１７２０ｎｍの波長領域に対して９８％以
上の反射率を持ち、材質がＴｉＯ_２であるものを用い
る。反射鏡１８と半透過鏡１３，２３との間に形成され
るキャビティ全体の長さは５ｃｍであり、その構成要素
は導波路上に配置されている。

【００８３】図１１は、本実施例の波長可変レーザに関
して、異なるレーザ波長で得られる典型的なスペクトラ
ムを示すグラフである。尚、図１１は、１４８０ｎｍか
ら１５３０ｎｍの波長に関して示しており、その可変領
域を５０ｎｍとしている。図１１によれば、本実施例に
よる波長可変レーザでは、３ミリワット以上の出力が得
られる。また、ノイズの相対強度（ＲＩＮ）は、７．５
ＧＨｚの周波数において、−１４０ｄＢ／Ｈｚ以下の良
好な値となった。また、副モード抑制比（ＳＭＳＲ）は
４０ｄＢよりも良好な値となった。

【００８４】また、上記した各実施例は、本発明を好適
に実施した形態の一例に過ぎず、本発明は、その主旨を
逸脱しない限り、種々変形して実施することが可能なも
のである。

【００８５】（付記１）２つの反射面により形成された
共鳴領域を有する波長可変レーザであって、レーザ光を
生成する利得媒体と、該利得媒体で生成されたレーザ光
の第１の所定波長領域を透過させる第１のフィルタと、
該第１のフィルタを透過したレーザ光の第２の所定波長
領域を透過させる第２のフィルタと、を有し、前記第１
のフィルタは、前記第１の所定透過領域を調整できる可
変フィルタであり、前記第２のフィルタは、前記第２の
所定透過領域が周期的に配列されたフィルタであること
を特徴とする波長可変レーザ。

【００８６】（付記２）付記１記載の前記波長可変レー
ザにおいて、前記第１のフィルタは、音響光学素子で構
成されることを特徴とする波長可変レーザ。

【００８７】（付記３）付記２記載の前記波長可変レー
ザにおいて、前記第１のフィルタは、ドップラーシフト
を相殺するように２段構成となっていることを特徴とす
る波長可変レーザ。

【００８８】（付記４）付記１から３の何れか１項に記
載の前記波長可変レーザにおいて、前記２つの反射面
は、少なくとも前記利得媒体で生成されるレーザ光の波
長を反射させることを特徴とする波長可変レーザ。

【００８９】（付記５）付記１から４の何れか１項に記
載の前記波長可変レーザにおいて、前記第２のフィルタ
は、前記レーザ光の導波路に対して所定角度の傾きを有
することを特徴とする波長可変レーザ。

【００９０】（付記６）付記１から５の何れか１項に記
載の前記波長可変レーザにおいて、前記利得媒体は、エ
ルビウムがドープされたＬｉＮｂＯ_３より成ることを特
徴とする波長可変レーザ。

【００９１】（付記７）付記６記載の前記波長可変レー
ザにおいて、前記利得媒体は、前記第１のフィルタに集
積されていることを特徴とする波長可変レーザ。

【００９２】（付記８）付記１から５の何れか１項に記
載の前記波長可変レーザにおいて、前記利得媒体は、半
導体素子で形成されることを特徴とする波長可変レー
ザ。

【００９３】（付記９）付記８記載の前記波長可変レー
ザにおいて、前記利得媒体は、前記レーザ光のスポット
サイズを変換する第１のスポットサイズコンバータを有
することを特徴とする波長可変レーザ。

【００９４】（付記１０）付記８又は９記載の前記波長
可変レーザにおいて、前記利得媒体と前記第１のフィル
タとが付け合わせ構造で接合されることを特徴とする波
長可変レーザ。

【００９５】（付記１１）付記８から１０の何れかに記
載の前記波長可変レーザにおいて、前記利得媒体及び／
又は前記第１のフィルタは、前記レーザ光の導波路に対
して所定角度の傾きを有することを特徴とする波長可変
レーザ。

【００９６】（付記１２）付記１１記載の前記波長可変
レーザにおいて、前記利得媒体の接合面と前記第１のフ
ィルタの接合面とは、平行に配置されることを特徴とす
る波長可変レーザ。

【００９７】（付記１３）付記２から１２の何れかに記
載の前記波長可変レーザにおいて、前記第１のフィルタ
は、前記レーザ光のスポットサイズを変換する第２のサ
イズコンバータを有することを特徴とする波長可変レー
ザ。

【００９８】（付記１４）付記２から１２の何れか１項
に記載の前記波長可変レーザにおいて、前記利得媒体と
前記第１のフィルタとが同一のプラットホーム上に形成
されることを特徴とする波長可変レーザ。

【００９９】（付記１５）付記１から１４の何れか１項
に記載の前記波長可変レーザにおいて、前記２つの反射
面の一方又は両方は、前記利得媒体の一方の面及び／又
は前記第１のフィルタの一方の面上に形成されることを
特徴とする波長可変レーザ。

【０１００】（付記１６）付記８から１５の何れか１項
に記載の前記波長可変レーザにおいて、前記利得媒体
は、窓構造を有することを特徴とする波長可変レーザ。

【０１０１】（付記１７）付記１から１６の何れか１項
に記載の前記波長可変レーザにおいて、前記第２のフィ
ルタは、前記反射面の何れか一方の近接する位置に設け
られることを特徴とする波長可変レーザ。

【０１０２】（付記１８）付記１から１７の何れか１項
に記載の前記波長可変レーザにおいて、前記利得媒体か
ら最も離れた位置に、前記第２のフィルタと前記２つの
反射面の一方を形成する第１の反射鏡とが配置され、前
記波長可変レーザの出力は、前記第１の反射鏡と異なる
第２の反射鏡から抽出されることを特徴とする波長可変
レーザ。

【０１０３】（付記１９）付記１から１８の何れか１項
に記載の前記波長可変レーザにおいて、前記波長可変レ
ーザの出力端に設けられ、該波長可変レーザのレーザ出
力の強度をモニタリングする強度検出手段と、該強度検
出手段により検出された前記レーザ出力の強度に基づい
て、前記利得媒体の注入電流を制御する利得制御手段
と、を有することを特徴とする波長可変レーザ。

【０１０４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、周波数制御を高速に行える、単純な構成の
波長可変レーザを提供することができる。

【０１０５】更に、請求項２記載の発明によれば、ＳＡ
Ｗにより透過領域が可変なフィルタを用いて構成するこ
とが可能となる。

【０１０６】更に、請求項３記載の発明によれば、往復
により生じるドップラーシフトを相殺することが可能と
なる。

【０１０７】更に、請求項４記載の発明によれば、例え
ばＩＴＵグリッドで規定されている波長を透過させるよ
うに第２のフィルタを調節することが可能となる。

【０１０８】更に、請求項５記載の発明によれば、半導
体素子を使用することなく利得媒体を形成することが可
能となる。

【０１０９】更に、請求項６記載の発明によれば、利得
媒体を比較的導波路方向に関して短く構成でき、また、
利得媒体のレスポンスを高速にすることが可能となる。

【０１１０】更に、請求項７記載の発明によれば、利得
媒体及び／又は第１のフィルタにおいて複合共振器が形
成することを防止できる。

【０１１１】更に、請求項８記載の発明によれば、利得
媒体と第１のフィルタとが集積される具体的構成を提供
することが可能となる。

【０１１２】更に、請求項９記載の発明によれば、反射
面と利得媒体又は第１のフィルタとを同一構成として形
成することが可能となるため、キャビティ長をより縮小
することが可能となる。

【０１１３】更に、請求項１０記載の発明によれば、第
２のフィルタを介したレーザ光の強度と、これを介さな
いレーザ光の強度との差を明確化することが可能となる
ため、所望するレーザ光を明確に出力させることが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術１による波長可変レーザの構成を示す
ブロック図である。

【図２】従来技術２による波長可変レーザの構成を示す
ブロック図である。

【図３】本発明の実施例による波長可変レーザの構成を
示すブロック図である。

【図４】図３の構成例の他の構成例を示すブロック図で
ある。

【図５】（ａ）は利得媒体１による利得を説明するため
のグラフであり、（ｂ）はバンドパスフィルタ３の透過
特性を示すブラフであり、（ｃ）はエタロンフィルタ３
の透過特性を示すグラフであり、（ｄ）は縦モードのス
ペクトラムを説明するための図である。

【図６】（ａ）は利得媒体１で増幅される縦モードのス
ペクトラムを説明するためのグラフであり、（ｂ）はバ
ンドパスフィルタ３を透過する縦モードのスペクトラム
を説明するブラフであり、（ｃ）はエタロンフィルタ３
の透過する縦モードのスペクトラムを説明するグラフで
あり、（ｄ）は得られるレーザ出力を説明するためのグ
ラフである。

【図７】（ａ）は本発明の実施例による波長可変レーザ
の具体的構成を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の他の具
体的構成を示す図である。

【図８】図７（ａ）又は（ｂ）におけるＳＯＡ１５・Ａ
ＯＴＦ１４間の構成を説明するための拡大図である。

【図９】ＳＯＡ１５の構成を示す図である。

【図１０】ＡＯＴＦ１４の他の具体的構成を示す図であ
る。

【図１１】本発明の実施例における具体的構成より得ら
れる出力値を示すグラフである。

【符号の説明】

１利得媒体２、１３、２３半透過鏡３バンドパスフィルタ４周波数コントローラ５エタロンフィルタ６、１８反射鏡７導波路８周波数変調器１０キャビティ１１光ファイバ１２、１６コリメータ１４ＡＯＴＦ１５ＳＯＡ１７エタロン２５アクティブライトガイド２６、２７無反射面３１エルビウムドープ領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高林和雅神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番１号富士通株式会社内 (72)発明者中澤忠雄神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番１号富士通株式会社内 (72)発明者橋本直樹神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番１号富士通株式会社内 (72)発明者尾中寛神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番１号富士通株式会社内 (72)発明者小滝裕二神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番１号富士通株式会社内Ｆターム(参考） 2H048 GA13 GA51 5F072 AB13 AB20 HH05 JJ05 JJ20 KK08 KK30 SS01 SS10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２つの反射面により形成された共鳴領域
を有する波長可変レーザであって、レーザ光を生成する利得媒体と、該利得媒体で生成されたレーザ光の第１の所定波長領域
を透過させる第１のフィルタと、該第１のフィルタを透過したレーザ光の第２の所定波長
領域を透過させる第２のフィルタと、を有し、前記第１のフィルタは、前記第１の所定透過領域を調整
できる可変フィルタであり、前記第２のフィルタは、前
記第２の所定透過領域が周期的に配列されたフィルタで
あることを特徴とする波長可変レーザ。
【請求項２】請求項１記載の前記波長可変レーザにお
いて、前記第１のフィルタは、音響光学素子で構成されること
を特徴とする波長可変レーザ。
【請求項３】請求項２記載の前記波長可変フィルタに
おいて、前記第１のフィルタは、ドップラーシフトを相殺するよ
うに２段構成となっていることを特徴とする波長可変フ
ィルタ。
【請求項４】請求項１から３の何れか１項に記載の前
記波長可変レーザにおいて、前記第２のフィルタは、前記レーザ光の導波路に対して
所定角度の傾きを有することを特徴とする波長可変レー
ザ。
【請求項５】請求項１から４の何れか１項に記載の前
記波長可変レーザにおいて、前記利得媒体は、エルビウムがドープされたＬｉＮｂＯ
_３より成ることを特徴とする波長可変レーザ。
【請求項６】請求項１から４の何れか１項に記載の前
記波長可変レーザにおいて、前記利得媒体は、半導体素子で形成されることを特徴と
する波長可変レーザ。
【請求項７】請求項６記載の前記波長可変レーザにお
いて、前記利得媒体及び／又は前記第１のフィルタは、前記レ
ーザ光の導波路に対して所定角度の傾きを有することを
特徴とする波長可変レーザ。
【請求項８】請求項２から７の何れか１項に記載の前
記波長可変レーザにおいて、前記利得媒体と前記第１のフィルタとが同一のプラット
ホーム上に形成されることを特徴とする波長可変レー
ザ。
【請求項９】請求項１から８の何れか１項に記載の前
記波長可変レーザにおいて、前記２つの反射面の一方又は両方は、前記利得媒体の一
方の面及び／又は前記第１のフィルタの一方の面上に形
成されることを特徴とする波長可変レーザ。
【請求項１０】請求項１から９の何れか１項に記載の
前記波長可変レーザにおいて、前記利得媒体から最も離れた位置に、前記第２のフィル
タと前記２つの反射面の一方を形成する第１の反射鏡と
が配置され、前記波長可変レーザの出力は、前記第１の反射鏡と異な
る第２の反射鏡から抽出されることを特徴とする波長可
変レーザ。