JP2008270583A - 波長可変光源装置とその制御方法，制御用プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】多重光共振器を含む波長可変光源装置において、多重光共振器の各共振器の共振周波数が設定周波数と完全に一致するようにし、設定周波数から１ＧＨｚ程度の範囲内で出力レーザ光の周波数をロックする。
【解決手段】受光素子１８，１９ａ，１９ｂ，１９ｃによって検出された光に基づいてＴＯ位相シフタ１４，１５に通電し、発振光強度が最大になると同時にスルーポートからの光強度が最小になる状態を目指して共振器２２，２３の共振波長を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバ通信に使用される波長可変光源装置と光源波長調整方法，光源波長調整用プログラムに関し、特に、波長分割多重(WDM:Wavelength Division Multiplexing)伝送方式の光通信に用いる波長可変光源装置と光源波長調整方法，光源波長調整用プログラムに関する。

近年、光通信分野において、複数のデータ信号をそれぞれ異なる波長の光信号にし、これら波長の異なる複数の光信号を多重化して一本の光ファイバで伝送し大容量の光伝送を実現するＷＤＭ伝送方式が広く実用化されている。そしてさらに、ＷＤＭ技術をより高密度化した高密度波長分割多重(DWDM:Dense Wavelength Division Multiplexing)伝送方式の実用化が進んでいる。

ＷＤＭ伝送方式の光通信システムにおいては、国際電気通信連合(ITU:International Telecommunication Union)により規格化された周波数グリッド（ＩＴＵ‐Ｇｒｉｄ）上に伝送光波長を設定することになっている。このため、ＩＴＵ−Ｇｒｉｄ上の波長毎に対応した光源が必要であり、さらには、ＤＷＤＭではＩＴＵ−Ｇｒｉｄの間隔を小さくしているので、設定可能な波長が増加し、より多くの光源が必要となった。これを解決するために、出力波長を自由に制御できる波長可変光源装置の実用化が進んでいる。

波長可変光源装置は、信頼性のある光通信を実現するために、出力光の周波数をＩＴＵ−Ｇｒｉｄ上に設定しこの設定した周波数から１ＧＨｚ程度の周波数範囲内にロックし続ける必要がある。このような波長可変光源装置としての多重光共振器型波長可変光源装置が、特許文献１に開示されている。

特許文献１の波長可変光源装置は、３つのリング共振器の透過共振周波数が３つとも一致する波長でレーザ発振する構成であり、各リング共振器に設けられたＴＯ(Thermo‐Optic)位相シフタへの投入電力を調整することで所望のレーザ発振波長を出力する構成である。

このような波長可変光源装置においては、発振周波数で３つのリング共振器の共振周波数が完全に一致している状態が最もフィルタ損失が小さく、波長の安定性やＴＯの電力トレランスも最大にすることができる。

特開２００６‐１９６５５４号公報

しかしながら、従来の波長可変光源装置では、外気温度の変化や光導波路部分の屈折率の変動などによってレーザ発振波長が揺らいでしまいＩＴＵ−Ｇｒｉｄから外れてしまう問題が発生していた。特にＰＬＣ（平面光波回路）型のような外部共振器型の波長可変光源装置では、発振波長を自由に変化させる構造であるため元々波長が動きやすい特徴があり、レーザの波長安定性を長期間にわたって維持するためには様々な方法で中心波長のずれを検出してこれを補正する必要があった。

特許文献１に開示された波長可変光源においても、半導体光増幅器(SOA:Semiconductor Optical Amplifier)の内部反射やＰＬＣ／ＳＯＡ接続点反射など様々なマイナー反射が存在するため、大小様々な周期の周波数リップルが発生する。利得電流や環境温度などによってリップルの周波数や強度が変化するため、出射光レベルやＳＭＳＲ(Sub-Mode Suppression Ratio:副モード抑圧比)が最大になる条件も変化してしまう。

これらリップルの影響によって、出射光レベルが最大であっても３つのリング共振器での中心周波数が一致していない状態が生じ、発振周波数で３つの中心周波数が完全に一致しているか否かを出力された出射レーザ光の特性だけから判定することは困難であった。

また一方で、特許文献１に開示された多重光共振器は、ある波長でレーザ発振が始まると利得が集中し他のサブ発振モードを抑制してしまうため、３つのリング共振器での中心周波数が多少ずれていても同じようにレーザ発振してしまい、出射光特性からだけでは３つの中心周波数が発振周波数に正確に一致しているかどうかを判断するのは難しかった。

また、特許文献１に記載のＰＬＣ型多重光共振器からの単一モードレーザのスペクトルにおける発振波長チャンネルと隣接発振チャンネルとの透過損失差であるモード利得差が最大値になるのは、３つのリング共振器での中心周波数が３つとも完全に一致した場合である。想定したモード利得差を得ることができないと、予期していない波長とびなどの不具合が発生してしまう。波長とびにより波長可変光源の波長が他の波長に勝手に切り替わってしまうと、その波長の通信が切断されるだけではなく他の波長チャンネルの通信も切断されてしまう。

特許文献１の多重光共振器型波長可変光源装置において、モード利得差を増大させるためには、光共振器フィルタのフィネスを増大させる方法もある。リング共振器の平均周回数を増やせば増やすほど光共振器フィルタの周波数特性が狭帯域になり利得差も拡大する。一方、平均周回数が増大すると、それだけ何度もリング共振器を通過するため伝播損失が蓄積して挿入損失が増大してしまい光源の出力が得にくくなるというトレードオフの状態が生じる。よって、できるだけ必要最小限のフィネスで設計する必要があり、モード利得差を最適な大きさにするには多重光共振器における３つのリング共振器の中心周波数を確実に一致させることが重要である。

［目的］
そこで、本発明は、上記従来技術の不都合を改善し、多重光共振器を含む波長可変光源装置において、多重光共振器における各光共振器の中心周波数を設定周波数と完全に一致させてモード利得差を最適な大きさにし、出力レーザ光の周波数を設定周波数から１ＧＨｚ程度の範囲内でロックすることを、その目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の波長可変光源装置は、光路長が異なる複数の光共振器が連結された多重光共振器を有する光共振器フィルタと、この光共振器フィルタ内へ光を供給する光供給手段と、多重光共振器の共振波長を変化させる波長可変手段とを備え、光共振器フィルタの出力ポートから外部へ出力される発振光を検出する第１光検出手段と、光共振器フィルタのスルーポートから出力される当該光共振器フィルタ内の共振器経路から外れた光を検出する第２光検出手段と、第１及び第２光検出手段によって検出された光に基づいて波長可変手段の動作を制御するコントロール部とを備えたことを特徴とする。

このような波長可変光源装置によれば、多重光共振器の共振波長を変化させることにより、極めて広い範囲のうちのいずれかの波長で単一モード発振した出力光を得ることができ、さらに、その発振光とスルーポートで得られる光とに基づいて多重光共振器の共振波長を調整することにより、発振光に生じるモード利得差を最適な大きさにでき、安定したレーザ光を得ることができる。

また、上記の波長可変光源装置において、上述したコントロール部が、第１光検出手段に検出された光の強度が最小値になると同時に第２光検出手段に検出された光の強度が最大値になるように波長可変手段を制御する機能を備えてもよい。

このように、発振光強度が最大になると同時にスルーポートからの光強度が最小になる状態を目指して多重光共振器の共振波長を調整することで、共振損失の少ない安定したレーザ光を得ることができる。

また、上記の波長可変光源装置において、上述した第２光検出手段が、各光共振器に対応してあるスルーポートのいずれかに対して複数設けられてもよい。このようにすると、多重光共振器の共振波長調整をより正確に行うことができる。

また、上記の波長可変光源装置において、上述した波長可変手段が、多重光共振器における各共振器の共振波長を個別に変化させるように構成されてもよい。このようにすると、多重光共振器の各共振器の共振波長を変えることで、多重光共振器の共振波長を調整することができる。

また、上記の波長可変光源装置において、多重光共振器における共振器が、リング共振器であってもよい。リング共振器はパッシブな光部品であるため、半導体レーザへの電流注入や機械的な可動部材を用いておらず、信頼性が高い特性がある。

また、上記の波長可変光源装置において、波長可変手段が、光共振器のいずれかの光路長を変化させる膜状ヒータであってもよい。このようにすると、共振器を形成する導波路の温度特性に基づいて共振器の共振波長を変化させることができる。

また、上記の波長可変光源装置において、上述した光供給手段が、半導体光増幅器であってもよい。このようにすると、光供給手段を非常に小型にすることができる。

また、上記の波長可変光源装置において、平面光波回路が同一基板上に形成されてもよい。このようにすると、精密な導波路パターンを形成することができる。

次に、本発明の波長可変光源装置制御方法は、複数の光共振器が連結された多重光共振器を有する光共振器フィルタと、この光共振器フィルタの入力ポートからフィルタ内へ光を供給する光供給手段と、多重光共振器の共振波長を変化させる波長可変手段とを備えた波長可変光源装置にあって、光供給手段が光共振器フィルタ内へ光を供給する光供給工程と、光共振器フィルタの出力ポートから外部へ出力される発振光を検出すると共に光共振器フィルタのスルーポートから当該光共振器フィルタ内の共振器経路から外れた光を検出する光検出工程と、光検出工程で検出された各光に基づいて波長可変手段の動作を制御する波長可変工程とを設けたことを特徴とする。

また、上記の制御方法において、上述した波長可変工程では、出力ポートから出力される出力光の強度が最大値になると同時にスルーポートからの光の強度が最小値になるように、コントロール部が波長可変手段の動作を制御するようにしてもよい。

このような制御方法によれば、多重光共振器を含む波長可変光源装置において、発振光出力が最大になると同時にスルーポートからの光出力が最小になる状態を目指して多重光共振器の共振波長を調整することで、共振損失の少ない波長可変光源装置に安定したレーザ光を出力させることができる。

次に本発明の波長可変光源装置制御用プログラムは、複数の光共振器が連結された多重光共振器を有する光共振器フィルタと、この光共振器フィルタの入力ポートからフィルタ内へ光を供給する光供給手段と、多重光共振器の共振波長を変化させる波長可変手段とを備えた波長可変光源装置の動作を制御するコンピュータに、光供給手段に対して光共振器フィルタ内へ光を供給するように指示する光供給処理と、光共振器フィルタの出力ポートから外部へ出力される光の強度データを予め装備された光検出手段から入力する出力光強度入力処理と、光共振器フィルタのスルーポートから出力されるフィルタ内の共振器経路から外れた光の強度データを予め装備された光検出手段から入力するスルー光強度入力処理と、スルー光強度入力処理及び出力光強度入力処理で入力される各強度データに基づいて波長可変手段の動作を制御する波長可変処理とを実行させることを特徴とする。

また、上記の波長可変光源装置制御用プログラムにおいて、上述した波長可変処理にあっては、出力ポートから外部へ出力される出力光の強度が最大値になると同時にスルーポートから出力される光の強度が最小値になるように波長可変手段の動作を制御するように内容を特定してもよい。

このようなプログラムによれば、多重光共振器を含む波長可変光源装置に対して、発振光レベルが最大になると同時にスルーポートからの光出力レベルが最小になる状態を目指して多重光共振器の共振波長を変化させることで、波長可変光源装置に共振損失の少ない安定したレーザ光を出力させることができる。

本発明は以上のように構成され機能するため、これにより、多重光共振器を含む波長可変光源装置において、多重光共振器における各光共振器の中心周波数を設定周波数と完全に一致させる制御を、スルーポートと出力ポートからの出力光強度のみに基づいて実行でき、出力光の波長成分を検出することなく出力レーザ光の周波数を設定周波数から１ＧＨｚ程度の範囲内でロック制御することができる。

以下、本発明における一実施形態を、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態の波長可変光源装置１０を示す平面図である。

本実施形態の波長可変光源装置１０は、図１に示すように、光路長が異なるリング共振器２１，２２，２３が導波路２４，２５を介して連結されて成る多重光共振器２０と、レーザ光を入出力する側の入出力側光導波路２６と、一端に高反射膜１２が設けられている反射側光導波路２７とを形成して成るＰＬＣ(Planar Lightwave Circuit:平面光波回路）基板である光共振器フィルタ１１と、光共振器フィルタ１１の光入出力ポート２６ｉに接続された光供給手段としてのＳＯＡ(Semiconductor Optical Amplifier:半導体光増幅器）１３とを備えている。

本実施形態の波長可変光源装置１０は、さらに、多重光共振器２０における共振波長を変化させる波長可変手段としてのＴＯ位相シフタ１４，１５と、入射光の１０分の１程度の光量を９０度方向に反射させるプリズムカプラ１６と、多重光共振器２０により共振され入出力ポート２６ｉから外部へ出力される発振光を検出する第１光検出手段としての受光素子１８と、光共振器フィルタ１１内の共振器経路から外れたスルーポート２６ｔ，２４ｔ，２５ｔからの光を検出する第２光検出手段としての受光素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃとを備えている。

また、本実施形態の波長可変光源装置１０は、さらに、受光素子１８，１９ａ，１９ｂ，１９ｃによって検出された光に基づいて、ＴＯ位相シフタ１４，１５への印加電力を制御すると共に、ＳＯＡ１３の位相制御領域１３Ａへの印加電力を調整してＳＯＡ１３から出射される光の波長を可変制御するコントロール部１７とを備えて構成されている。

図１に示すように、光共振器フィルタ１１は、多重光共振器２０が入出力側導波路２５と反射側導波路２７との間に配設するように構成されたＰＬＣ基板である。このＰＬＣ基板内のリング共振器２１，２２，２３及び光導波路２４，２５，２６，２７は、例えば、シリコン基板やガラス基板上に石英系ガラスを堆積した石英系ガラス導波路などで形成されている。

多重光共振器２０は、光が伝播する媒質の屈折率と幾何学的な長さとの積で表される光路長が互いに異なるリング共振器２１，２２，２３を直列接続して構成されている。この多重光共振器２０は、リング共振器２１，２２，２３が同時に共振するときのみ、共振波長の光を合波及び分波し、バーニア効果によって大きなＦＳＲ（Free Spectral Range：自由スペクトル間隔）を得るものである。

バーニア効果とは、光路長が異なる複数の共振器を組み合わせると、ピーク周期のずれた各共振器の共振周波数が、それらの最小公倍数の周波数で重なる現象である。複数の共振器を組み合わせた多重光共振器は、このバーニア効果を利用することで、見かけ上ＦＳＲが各共振器の共振周波数の最小公倍数の周波数となるように機能する。これにより、単一の共振器よりも広い範囲での周波数の特性の制御を行うことができる。

波長可変光源装置１０の構造は、リング共振器２１，２２，２３の各ドロップポートの波長透過特性を利用して、共振モードを選択し単一モード発振を行うものになっている。多重光共振器２０を構成している三段のリング共振器２１，２２，２３の光路長を僅かに異なった設計とすることにより、三者の共振波長は数十ｎｍの広い波長範囲でも一箇所でのみ一致し、この一致する波長で単一モード発振が生じる。

本実施形態における光共振器フィルタ１１においては、リング共振器２１のＦＳＲをＩＴＵ−Ｇｒｉｄに固定することで、リング共振器２１，２２，２３のそれぞれの共振波長の最小公倍数の波長となる多重光共振器２０における共振波長をＩＴＵ−Ｇｒｉｄ上の波長とするように構成されている。また、多重光共振器２０において、リング共振器２１はＩＴＵ−Ｇｒｉｄ固定用、リング共振器２２は微調整用、リング共振器２３は粗調整用として機能するように構成されている。

図１に示すＴＯ位相シフタ１４，１５は、リング共振器２２，２３のリング状導波路の位置に対応して光共振器フィルタ１１上に搭載されている。ガラスや化合物半導体を用いたリング共振器２２，２３のリング状導波路は、その屈折率が温度によって変化する。したがって、ＴＯ位相シフタ１４，１５は、リング共振器２２，２３のリング状導波路に熱を加えて導波路屈折率を個別に変化させることにより、リング共振器２２，２３の各光路長を変化させ、多重光共振器２０における共振波長を変化させる。

本実施形態の波長可変光源装置１０においては、ＴＯ位相シフタ１４，１５として、例えば、光共振器フィルタ１１上のリング共振器２２，２３に対応する位置に蒸着されたアルミニウム膜からなる膜状ヒータを備えてもよい。このようなＴＯ位相シフタ１４，１５によってリング共振器２２，２３の光路長を熱光学効果で制御する。リング共振器２２，２３の光路長を同時に可変制御することで、多重光共振器２０における共振波長を変化させることができる。

図２は、ＳＯＡ１３側からみた多重光共振器２０の波長応答特性を示す図である。このとき、ＴＯ位相シフタ１４は粗調整用の波長可変手段として機能し、ＴＯ位相シフタ１５は微調整用の波長可変手段として機能している。

ＳＯＡ１３は、その光共振器フィルタ１１側の端面にＡＲコートが施されており、これとは反対の外部出力側端面が１〜２０％程度とＡＲコートされた反対側端面より高い反射率に設定してある。また、ＳＯＡ１３は、位相制御領域１３Ａを有しており、この位相制御領域１３Ａに通電する位相電流を制御することでＳＯＡ１３から出射される光の波長が変化する。これにより、ＳＯＡ１３の光共振器フィルタ１１側の面と高反射膜１２とでの位相が一致するように調整し、フィルタの挿入損失を抑えることができる。ここで、本実施形態では、光供給手段としてＳＯＡ１３を用いているが、これに限らず、光ファイバ増幅器などの光増幅器や、半導体レーザなどの光源を用いてもよい。

受光素子１８，１９ａ，１９ｂ，１９ｃは、フォトダイオードである。受光素子１８は、光共振器フィルタ１１により単一モード発振されてＳＯＡ１３の外部出力側端面から出力されるレーザ光をプリズムカプラ１６を介して受光する位置に配置されている。

受光素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃは、光共振器フィルタ１１内の共振器経路から外れた光を受光する位置に配置されており、受光素子１９ａはＳＯＡ１３からリング共振器２１へ入射せずに漏れ出してしまうスルーポート２６ｔからの光を受光し、受光素子１９ｂはＳＯＡ１３からリング共振器２２へ入射せずに漏れ出してしまうスルーポート２４ｔからの光を受光し、受光素子１９ｃはＳＯＡ１３からリング共振器２３へ入射せずに漏れ出してしまうスルーポート２５ｔからの光を受光する。

受光素子１８，１９ａ，１９ｂ，１９ｃは、コントロール部１７に接続されている。また、高反射膜１２は、反射側光導波路２７の一端に対応するＰＬＣ基板の側面に誘電体多層膜を蒸着や貼り付けによって形成したものである。

図３は、本実施形態におけるコントロール部１７の構成を示すブロック図である。

図３に示すように、コントロール部１７は、外部装置と接続して外部からユーザ所望の波長チャンネル値を示す情報を取り込む外部インタフェース３１と、ＳＯＡ１３及びＴＯ位相シフタ１４，１５に電力を供給する電源３２と、多重光共振器２０における共振波長をＩＴＵ−Ｇｒｉｄとして規定された波長チャンネルにするためのＴＯ位相シフタ１４，１５への投入電力値を各波長チャンネル毎に記憶したメモリ３３と、コントロール部１７の動作を制御する主制御部３４とを備えている。

主制御部３４は、外部インタフェース３１を介して入力される設定波長チャンネルの値を基に、メモリ３３に記憶されている情報からＴＯ位相シフタ１４，１５へ投入する電力値を特定し、電源３２にＴＯ位相シフタ１４，１５への電力印加を指示する機能を有している。

主制御部３４は、さらに、受光素子１８，１９ａ，１９ｂ，１９ｃで検出された各出力光レベルの値を取得し、各出力光レベルに基づいて位相制御領域１３Ａ及びＴＯ位相シフタ１４，１５への投入電力量を調整し、安定した波長のレーザ光を発振させるように制御する機能を有している。

ここで、受光素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃの受光レベルが大きくなるということは、多重光共振器２０から多くの光が漏れており、レーザ発振光のレベルが減少していることを意味する。逆に、安定なレーザ発振光出力が得られて受光素子１８の受光レベルが大きくなる条件では、受光素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃの受光レベルは減少する。このように、受光素子１８における受光特性と受光素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃにおける受光特性とは逆になるので、受光素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃの受光レベルを最小化して、受光素子１８での受光レベルを最大化するようにリング共振器２２，２３の光路長を調整することで安定した波長のレーザ光を発振させることができる。

一方では、光共振器フィルタ１１内を周回する光の位相がＳＯＡ１３の光共振器フィルタ１１側面と高反射膜１２とで一致しないとフィルタの挿入損失が見かけ上増大してしまうので、フィルタの挿入損失を軽減させるために、ＳＯＡ１３における位相制御領域１３Ａに印加する位相電流を調整する必要がある。このように、本実施形態の波長可変光源装置１０においては、リング共振器２２，２３の光路長に合わせて光共振器フィルタ１１全体の光路長の調整も必要である。

よって、主制御部３４は、受光素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃで検出された光出力が最小値となるときのＳＯＡ位相電流値と、受光素子１８で検出された光出力が最大値となるときのＳＯＡ位相電流値とが一致する状態になるまでＴＯ位相シフタ１４，１５への投入電力量を個別に制御するように電源３２に指示する機能を有している。具体的には、まず、ＴＯ位相シフタ１４，１５への投入電力を固定し、受光素子１８の受光レベルが最大値を示すように位相制御領域１３Ａへの投入電力を調整する。その後、受光素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃの受光レベルが最小値を示すまでＴＯ位相シフタ１４，１５への投入電力を調整し、この段階のＴＯ位相条件で、位相制御領域１３Ａへの投入電力を受光素子１８の受光レベルが最大値を示すように調整する。このような処理を繰り返して位相制御領域１３Ａ及びＴＯ位相シフタ１４，１５への投入電力量の最適点を検出する。

図４（ａ）は、スルーポート２６ｔ，２４ｔ，２５ｔからの光出力レベルが最小値となるＳＯＡ位相電流と入出力ポート２６ｉからの光出力レベルが最大値となるＳＯＡ位相電流値とが一致した状態を示すグラフである。図４（ｂ）は、一致していない状態を示している。主制御部３４は、受光素子１８，１９ａ，１９ｂ，１９ｃにおける受光特性が図４（ａ）に示すような特性になるまで、上述した処理を繰り返す。

また、主制御部３４は、受光素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃで検出された光出力が最小値となるときのＳＯＡ位相電流値と、受光素子１８で検出された光出力が最大値となるときのＳＯＡ位相電流値とが一致する状態になるＴＯ位相シフタ１４，１５への投入電力を位相制御量データとしてメモリ３３に記憶させ、次回の位相制御時に位相制御量データが示す電力をＴＯ位相シフタ１４，１５に印加するように電源３２に指示する機能を有してもよい。

ここで、第２光検出器としての受光素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃのいずれか一つだけを用いて、ＴＯ位相シフタ１４，１５の制御を行わない理由は、スルーポート２６ｔ，２４ｔ，２５ｔから出力される光は、それぞれリング共振器２１，２２，２３に入射しなかった漏れ光であるので、受光素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃのいずれか一つだけではリング共振器２１，２２，２３のいずれか１つが他のフィルタと中心周波数が一致しているか否かしか検出できないからである。

例えば、受光素子１９ｂの検出光レベルでは、微調整用のリング共振器２２での中心周波数が他のリング共振器２１，２３での共振周波数と一致しているか否かしか見ることはできず、他のリング共振器２１，２３それぞれの中心周波数が一致しているか否かをみることはできない。

第２光検出器としての受光素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃのいずれか一つだけでは、最適なＴＯ条件を検出できない理由を詳しく説明するために、どのような現象が起こるか図面を参照して説明する。

図６乃至８は、受光素子１９ｃ，１９ｂ，１９ａそれぞれのＴＯトレランスを示す図であり、横軸は粗調用のリング共振器２３に対応するＴＯ位相シフタ１４への投入電力を示し、縦軸は微調用のリング共振器２２に対応するＴＯ位相シフタ１５への投入電力を示している。また、図６乃至８のいずれにおいても、全体位相は最適点に適合済みの場合を示している。

図６は、粗調用のリング共振器２３に対応するスルーポート２５ｔからの光を検出する受光素子１９ｃのＴＯトレランスを示す図であり、受光素子１９ｃでの検出光レベルを等高線で示している。この図６のように、受光素子１９ｃでの検出光レベルの最小条件は、ＴＯ位相シフタ１４への投入電力（横軸）に強く反応する点線Ａとなる。よって、受光素子１９ｃだけではＴＯ条件の最適点は検出できない。

図７は、微調用のリング共振器２２に対応するスルーポート２４ｔからの光を検出する受光素子１９ｂのＴＯトレランスを示す図であり、受光素子１９ｂでの検出光レベルを等高線で示している。この図７のように、受光素子１９ｂでの検出光レベルの最小条件は、ＴＯ位相シフタ１５への投入電力（縦軸）に強く反応する点線Ｂとなる。よって、受光素子１９ｂだけではＴＯ条件の最適点は検出できない。

図８は、リファレンスリングであるリング共振器２１に対応するスルーポート２６ｔからの光を検出する受光素子１９ａのＴＯトレランスを示す図であり、受光素子１９ａでの検出光レベルを等高線で示している。この図８のように、この場合の検出光レベルの最小条件は、点線Ｃで表され、リファレンスリングと他の二つのリングとが同時にずれていくケースに反応している。同時にずれていくケースというのは、二つのリングが同じだけずれていくケースで、図８ではＴＯｆｉｎｅとＴＯｃｏａｒｓｅが同じ量だけ減ったり増えたりするケースある。

これら３つの最適ラインＡ，Ｂ，Ｃを波長領域に重ねると図９に示す図となり、受光素子１８のＴＯトレランスに重ねると図１０に示す図となる。図９に示す３本の最適ラインＡ，Ｂ，Ｃに囲まれた三角形の領域内が安定動作条件であって、図１０に示すように、３本の最適ラインＡ，Ｂ，Ｃに囲まれた三角形領域内に発振光出力最大条件は存在しており、光出力特性は第１光検出手段での検出結果と完全に一致する。

図９及び図１０のように３つの最適ラインが一点で一致しないのは、リング共振器伝播損失が在り、次第に光出力が減少していくため実効的な光フィルタ特性が理想的なフィルタ特性からずれてしまうことが原因である。光共振器フィルタ１１内の伝播損失が小さいほど三角形領域の大きさは小さくなり一点に近づいていく。また、図９の１５８７．９ｎｍのチャンネルの三角形領域と１５８７．５ｎｍのチャンネルの三角形領域の大きさが微妙に違うのはフィルタ損失のチャンネル依存性の影響によるものである。

光共振器フィルタ１１がこのような光フィルタ特性を示すことから、コントロール部１７が、受光素子１８の検出光強度最大時と受光素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃの検出光強度最小時でのＳＯＡ位相電流の値が一致するまでＴＯ位相シフタ１４，１５の通電量を個別に制御してリング共振器２２，２３内の位相をコントロールすることで容易に最適な条件を見つけることができる。

以上のように、受光素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃのいずれか一つだけでは最適点ではなく最適ラインを検出できるだけであり、最適条件を検出するためには、受光素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃのいずれか１つと受光素子１８とを用いるか、もしくは、受光素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃのいずれか２つを用いなくてはならない。よって、本実施形態においては、受光素子１８，１９ａ，１９ｂ，１９ｃを用いている。

ここで、この主制御部３４については、その機能内容をプログラム化し、コンピュータに実行させるように構成してもよい。

本実施形態の波長可変光源装置１０において、ＳＯＡ１３から出射されたＡＳＥ光は、ＳＯＡ１３→入出力側導波路２６→多重光共振器２０→反射側導波路２７→高反射膜１２→反射側導波路２７→多重光共振器２０→入出力側導波路２６→ＳＯＡ１３、という経路を通って戻ってくる。

多重光共振器２０を構成する各リング共振器２１，２２，２３はＦＳＲが異なっており、リング共振器２１，２２，２３それぞれで発生している反射又は透過の周期的な変化が一致した波長において更に大きな反射又は透過が発生するため、ＳＯＡ１３から高反射膜１２で反射された戻り光は、多重光共振器２０における共振波長で最も強くなる。

このような本実施形態の波長可変光源装置１０において、受光素子１８が入出力ポート２６ｉからのレーザ光を受光し、受光素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃがスルーポート２６ｔ，２４ｔ，２５ｔからの光を受光する。そして、コントロール部１７がこれらの受光レベルを基にリング共振器２２，２３に形成されたＴＯ位相シフタ１４，１５への投入電力を制御する。これにより、発振レーザ光をより安定したものにすることができる。

次に、本実施形態の波長可変光源装置１０の動作について説明する。ここで、本発明にかかる波長可変光源装置の制御方法に関しても各工程を示して同時に説明する。

図５は、本実施形態におけるコントロール部１７の動作を示すフローチャートである。

波長可変光源装置１０において、まず、コントロール部１７により、外部入力により設定された波長チャンネルに対応した電力がＴＯ位相シフタ１４，１５に供給され、リング共振器２２，２３の光路長が固定される。そして、ＳＯＡ１３からＡＳＥ光が出力される（光供給工程）。このＡＳＥ光は、入出力ポートから入出力側導波路２６へ入射し、多重光共振器２０を伝播して高反射膜１２で反射され、再び多重光共振器２０を伝播してＳＯＡ１３の端面から出射する。これにより、多重光共振器２０はレーザ共振器として機能し、波長可変光源装置１０からレーザ光が発振される。

この際に、受光素子１８，１９ａ，１９ｂ，１９ｃにより入出力ポート２６ｉからの光出力とスルーポート２６ｔ，２４ｔ，２５ｔからの光出力とが検出される（光検出工程）。そして、受光素子１８，１９ａ，１９ｂ，１９ｃで検出された受光量に基づいて、ＴＯ位相シフタ１４，１５に電力を供給しリング共振器２２，２３の位相を可変制御する（波長可変制御工程）。

具体的には、まず、コントロール部１７が、ＴＯ位相シフタ１４，１５への投入電力を固定し（図５：ステップＳ３１）、受光素子１８，１９ａ，１９ｂ，１９ｃにより検出された出力光レベルを取得し、受光素子１８の受光レベルが最大値を示すように位相制御領域１３Ａへの投入電力を調整する（図５：ステップＳ３２）。その後、受光素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃの受光レベルが最小値を示すまでＴＯ位相シフタ１４，１５への投入電力を調整し（図５：ステップＳ３３）、この段階のＴＯ位相条件で、位相制御領域１３Ａへの投入電力を受光素子１８の受光レベルが最大値を示すように調整する（図５：ステップＳ３４）。

これを繰り返した結果、受光素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃで検出されたスルーポート２６ｔ，２４ｔ，２５ｔからの光出力レベルが最小値となるＳＯＡ位相電流値と受光素子１８で検出された入出力ポート２６ｉからの光出力レベルが最大値となるＳＯＡ位相電流値とが一致する状態となれば、リング共振器２１，２２，２３の中心周波数が一致している状態なので、コントロール部１７は、この状態を維持するようにＴＯ位相シフタ１４，１５への投入電力を固定する（図５：ステップＳ３６）。

一方、受光素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃで検出された光出力レベルが最小値となるＳＯＡ位相電流値と受光素子１８で検出された光出力レベルが最大値となるＳＯＡ位相電流値とが一致していない状態である場合、コントロール部１７は、一致する状態になるまでＴＯ位相シフタ１４，１５への投入電力を変えてリング共振器２２，２３の光路長を可変制御する。

ここで、各出力光レベルのＳＯＡ位相特性の一例を示すグラフを図４に示す。図４（ａ）は、スルーポートからの光出力レベルが最小値となるＳＯＡ位相電流と入出力ポートからの光出力レベルが最大値となるＳＯＡ位相電流値とが一致した状態を示すグラフである。図４（ｂ）は、一致していない状態である。本実施形態では、図４（ａ）のような測定結果になるまで、リング共振器２２，２３の光路長を可変制御する。

ここで、本実施形態においては、図１に示すように、受光素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃをＳＯＡから高反射膜１２に至る光の漏れ光を途中で検出する位置に搭載しているが、これに限らず、図１１に示すように、高反射膜１２から戻ってくる光の漏れ光を出力するスルーポートに対応する位置に搭載してもよい。

以上のように本実施形態の波長可変光源装置１０は、スルーポート２６ｔ，２４ｔ，２５ｔからの光を検出する受光素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃと、出力ポート２６ｉからの光を検出する受光素子１８とを装着し、スルーポート２６ｔ，２４ｔ，２５ｔからの光出力レベルが最小となると同時に出力ポート２６ｉからの光出力レベルが最大となる状態を目指してリング共振器２２，２３の光路長を可変制御する。このように、共振損失が最小であると同時に発振光強度が最大となっている状態にすることで、３つのリング共振器２１，２２，２３での中心周波数が設定周波数と完全に一致していることになり、安定した波長のレーザ光を発振することができる。これにより、このレーザ光の周波数を設定周波数から１ＧＨｚ程度の範囲内でロックすることができる。

また、本実施形態の波長可変光源装置１０における出射光の周波数ロック制御は、スルーポート２６ｔ，２４ｔ，２５ｔと出力ポート２６ｉからの出力光強度のみに基づいて実行でき、出力光の波長成分を検出する必要が無いので迅速な制御が可能である。

本発明にかかる一実施形態の波長可変光源装置の構成を示す平面図である。 図１に開示した実施形態における多重光共振器の波長応答特性を示す説明図である。 図１に開示した実施形態におけるコントロール部の構成を示すブロック図である。 図１に開示した実施形態において受光素子に検出された出力光レベルのＳＯＡ位相特性の例を示す図である。 図１に開示した実施形態におけるコントロール部の動作を示すフローチャートである。 図１に開示した実施形態における粗調用のリング共振器に入射しなかった光を検出する受光素子のＴＯトレランスを示す図である。 図１に開示した実施形態における微調用のリング共振器に入射しなかった光を検出する受光素子のＴＯトレランスを示す図である。 図１に開示した実施形態におけるＩＴＵ−Ｇｒｉｄ固定用のリング共振器に入射しなかった光を検出する受光素子のＴＯトレランスを示す図である。 図１に開示した実施形態における発振光の出力波長のＴＯトレランスを示す図である。 図１に開示した実施形態における発振光を検出する受光素子のＴＯトレランスを示す図である。 図１に開示した実施形態における波長可変光源装置の構成の他の例を示す平面図である。

符号の説明

１０ 波長可変光源装置
１１ 光共振器フィルタ
１２ 高反射膜
１３ ＳＯＡ（光供給手段）
１４，１５ ＴＯ位相シフタ（波長可変手段）
１６ プリズムカプラ
１７ コントロール部
１８，１９ａ，１９ｂ，１９ｃ 受光素子（光検出手段）
２０ 多重光共振器
２１，２２，２３ リング共振器
２４，２５ 光導波路
２６ 入出力側導波路
２７ 反射側導波路
３１ 外部インタフェース
３２ 電源
３３ メモリ
３４ 制御部

Claims (12)

1. 光路長が異なる複数の光共振器が連結された多重光共振器を有する光共振器フィルタと、この光共振器フィルタ内へ光を供給する光供給手段と、前記多重光共振器の共振波長を変化させる波長可変手段とを備え、
   前記光共振器フィルタの出力ポートから外部へ出力される発振光を検出する第１光検出手段と、前記光共振器フィルタのスルーポートから出力される当該光共振器フィルタ内の共振器経路から外れた光を検出する第２光検出手段と、前記第１及び第２光検出手段によって検出された光に基づいて前記波長可変手段の動作を制御するコントロール部とを備えたことを特徴とする波長可変光源装置。
2. 前記請求項１に記載の波長可変光源装置において、
   前記コントロール部が、前記第１光検出手段に検出された光の強度が最大値になると同時に第２光検出手段に検出された光の強度が最小値になるように前記波長可変手段の動作を制御する機能を備えたことを特徴とする波長可変光源装置。
3. 前記請求項１又は２に記載の波長可変光源装置において、
   前記第２光検出手段が、前記各光共振器に対応してあるスルーポートのいずれかに対して複数設けられたことを特徴とする波長可変光源装置。
4. 前記請求項１乃至３のいずれか一項に記載の波長可変光源装置において、
   前記波長可変手段が、前記多重光共振器における各光共振器の共振波長を個別に変化させる構成であることを特徴とする波長可変光源装置。
5. 前記請求項１乃至４のいずれか一項に記載の波長可変光源装置において、
   前記多重光共振器における各光共振器が、リング共振器であることを特徴とする波長可変光源装置。
6. 前記請求項１乃至５のいずれか一項に記載の波長可変光源装置において、
   前記波長可変手段を、前記各光共振器の光路長を変化させるための膜状ヒータにより構成したことを特徴とする波長可変光源装置。
7. 前記請求項１乃至６のいずれか一項に記載の波長可変光源装置において、
   前記光供給手段が、半導体光増幅器であることを特徴とする波長可変光源装置。
8. 前記請求項１乃至７のいずれか一項に記載の波長可変光源装置において、
   前記光共振器フィルタが、平面光波回路であることを特徴とする波長可変光源装置。
9. 複数の光共振器が連結された多重光共振器を有する光共振器フィルタと、この光共振器フィルタの入力ポートからフィルタ内へ光を供給する光供給手段と、前記多重光共振器の共振波長を変化させる波長可変手段とを備えた波長可変光源装置にあって、
   前記光供給手段が前記光共振器フィルタ内へ光を供給する光供給工程と、
   前記光共振器フィルタの出力ポートから外部へ出力される発振光を検出すると共に前記光共振器フィルタのスルーポートから当該光共振器フィルタ内の共振器経路から外れた光を検出する光検出工程と、
   前記光検出工程で検出された各光に基づいて前記波長可変手段の動作を制御する波長可変工程とを設けたことを特徴とする光源波長調整方法。
10. 前記請求項９に記載の光源波長調整方法において、
    前記波長可変工程では、前記出力ポートから外部への発振光の強度が最大値になると同時に前記スルーポートからの光の強度が最小値になるように前記波長可変手段の動作を制御するようにしたことを特徴とする光源波長調整方法。
11. 複数の光共振器が連結された多重光共振器を有する光共振器フィルタと、この光共振器フィルタの入力ポートからフィルタ内へ光を供給する光供給手段と、前記多重光共振器の共振波長を変化させる波長可変手段とを備えた波長可変光源装置の動作を制御するコンピュータに、
    前記光供給手段に対して前記光共振器フィルタ内へ光を供給するように指示する光供給処理と、前記光共振器フィルタの出力ポートから外部へ出力される光の強度データを予め装備された光検出手段から入力する出力光強度入力処理と、前記光共振器フィルタのスルーポートから出力されるフィルタ内の共振器経路から外れた光の強度データを予め装備された光検出手段から入力するスルー光強度入力処理と、前記スルー光強度入力処理及び前記出力光強度入力処理で入力される各強度データに基づいて前記波長可変手段の動作を制御する波長可変処理とを実行させることを特徴とする光源波長調整用プログラム。
12. 前記請求項１１に記載の光源波長調整用プログラムにおいて、
    前記波長可変処理を、前記出力ポートから外部への出力光の強度が最大値になると同時に前記スルーポートからの出力光の強度が最小値になるように前記波長可変手段の動作を制御するような内容に特定したことを特徴とする光源波長調整用プログラム。

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