JP2016102926A - 波長可変レーザ及び波長可変レーザモジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】波長可変レーザにおいて、動作が不安定にならないようにしながら、高出力化を実現する。【解決手段】波長可変レーザを、シリコン導波路コアを含む導波路によって形成され、周期的に存在する共振波長の間隔が互いに異なり、共振波長をシフトさせうる第１リング共振器１及び第２リング共振器２を含む波長フィルタ３と、波長フィルタに光学的に接続され、波長フィルタの側から順に第１半導体光増幅器４、反射鏡５が設けられた集積素子６とを備え、第１リング共振器及び第２リング共振器の周期的に存在する共振波長が一の波長で互いに一致するとともに一の波長以外の他の複数の波長でも互いに一致し、一の波長と他の複数の波長の中の一の波長に最も近い波長との間隔である再起モード間隔が反射鏡の反射波長範囲よりも広くなるように、第１リング共振器及び第２リング共振器の共振波長間隔が設定されているものとする。【選択図】図１

Description

本発明は、波長可変レーザ及び波長可変レーザモジュールに関する。
広い波長範囲で波長を変えられる波長可変レーザとしては、半導体光増幅器（ＳＯＡ；Semiconductor Optical Amplifier）と、周期的な波長選択特性を持つ２つのフィルタを組み合わせて任意の波長を選択しうるバーニア型フィルタとを組み合わせたものがある。
バーニア型フィルタを用いた波長可変レーザとしては、例えば、フィルタとして２つのサンプルド・グレーティング分布ブラッグ反射器（Sampled Grating Distributed Bragg Reflector；ＳＧ−ＤＢＲ）を用いているものや２つのリング共振器を用いているものなどがある。
国際公開第２００３／０２３９１６号 国際公開第２００７／０２９６４７号
ところで、シリコン導波路コアを含む導波路によって形成された２つのリング共振器を含む波長フィルタとＳＯＡとを用いた波長可変レーザでは、ＳＯＡに注入する電流を増加させてレーザ出力を上げた場合に、動作が不安定になることがわかった。
これは、以下の理由によると考えられる。
レーザ出力を上げた場合、レーザ共振器内部にあるシリコン導波路コアを含むシリコン導波路に高い強度の光が伝搬し、２光子吸収が発生して、シリコン導波路内にフォトキャリアがたまることで、シリコン導波路の等価屈折率が変化してしまう。そして、シリコン導波路の等価屈折率が変化してしまうと、等価屈折率とリング共振器の円周の積で決まるリング共振器の共振波長が変動してしまう。この結果、レーザの発振波長が揺らいでしまい、また、発振スペクトルが広がって多モード発振してしまい、動作が不安定になってしまうと考えられる。
このため、シリコン導波路コアを含む導波路によって形成された２つのリング共振器を含む波長フィルタとＳＯＡとを用いた波長可変レーザでは、高出力化が困難であった。
そこで、シリコン導波路コアを含む導波路によって形成された２つのリング共振器を含む波長フィルタとＳＯＡとを用いた波長可変レーザにおいて、動作が不安定にならないようにしながら、高出力化を実現したい。
本波長可変レーザは、シリコン導波路コアを含む導波路によって形成され、周期的に存在する共振波長の間隔が互いに異なり、共振波長をシフトさせうる第１リング共振器及び第２リング共振器を含む波長フィルタと、波長フィルタに光学的に接続され、波長フィルタの側から順に第１半導体光増幅器、反射鏡が設けられた集積素子とを備え、第１リング共振器及び第２リング共振器の周期的に存在する共振波長が一の波長で互いに一致するとともに一の波長以外の他の複数の波長でも互いに一致し、一の波長と他の複数の波長の中の一の波長に最も近い波長との間隔である再起モード間隔が反射鏡の反射波長範囲よりも広くなるように、第１リング共振器及び第２リング共振器の共振波長間隔が設定されている。
本波長可変レーザモジュールは、上述の波長可変レーザと、第１半導体光増幅器に電気的に接続された第１半導体光増幅器用電源と、第１リング共振器に電気的に接続された第１リング共振器用電源と、第２リング共振器に電気的に接続された第２リング共振器用電源と、波長可変レーザからの出力光をモニタする第１モニタ部と、第１モニタ部からのモニタ情報に基づいて、第１半導体光増幅器用電源、第１リング共振器用電源及び第２リング共振器用電源を制御するコントローラとを備える。
したがって、本波長可変レーザ及び波長可変レーザモジュールによれば、シリコン導波路コアを含む導波路によって形成された２つのリング共振器を含む波長フィルタとＳＯＡとを用いても、動作が不安定にならないようにしながら、高出力化を実現できるという利点がある。
本実施形態にかかる波長可変レーザの構成を示す模式的平面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態にかかる波長可変レーザの波長特性を示す図であって、（Ａ）は２つのリング共振器のメイン波長付近の特性を示しており、（Ｂ）は２つのリング共振器の広波長範囲の特性を示しており、（Ｃ）は反射鏡の反射波長特性（反射波長範囲）と再起モード間隔との関係を示している。 本実施形態にかかる波長可変レーザにおける再起モード間隔、反射鏡の反射波長特性（反射波長範囲）、ＳＯＡ利得特性（ＳＯＡ利得帯域）を示す図である。 Ｓｉ導波路フィルタを用い、反射鏡が波長に対して一定の反射率を持つ波長可変レーザにおける再起モード間隔、反射鏡の反射波長特性（反射波長範囲）、ＳＯＡ利得特性（ＳＯＡ利得帯域）を示す図である。 Ｓｉ導波路フィルタを用い、反射鏡が波長に対して一定の反射率を持つ波長可変レーザの構成を示す模式的平面図である。 Ｓｉ導波路フィルタを用いた波長可変レーザにおける課題を説明するための図である。 Ｓｉ導波路フィルタを用いた波長可変レーザにおける課題を説明するための図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、２つのリング共振器を備える波長フィルタのスペクトル、フィネス、再起モード間隔の関係を説明するための図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態にかかる波長可変レーザの具体的構成例を示す模式図であって、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は導波路が延びる方向に沿う断面図である。 本実施形態にかかる波長可変レーザの具体的構成例におけるＤＢＲ部の構成を示す模式的断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態にかかる波長可変レーザの具体的構成例における導波路構造を説明するための模式的断面図であって、（Ａ）はＳＯＡ部の導波路構造を示す模式的断面図であり、（Ｂ）はＤＢＲ部の導波路構造を示す模式的断面図であり、（Ｃ）はＳｉ導波路の導波路構造を示す模式的断面図である。 本実施形態にかかる波長可変レーザの具体的構成例におけるサイドモード抑圧のためのリング共振器のフィネスの設定について説明するための図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態の第１変形例にかかる波長可変レーザの具体的構成例を示す模式図であって、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は導波路が延びる方向に沿う断面図である。 本実施形態にかかる波長可変レーザモジュールの構成を説明するための模式図である。
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる波長可変レーザ及び波長可変レーザモジュールについて、図１〜図１４を参照しながら説明する。
本実施形態の波長可変レーザは、広い波長範囲で波長を変えられる波長可変レーザであって、周期的な波長選択特性を持つ２つのフィルタを組み合わせて任意の波長を選択しうるバーニア型フィルタとＳＯＡとを組み合わせたものである。
ここで、バーニア型フィルタを用いた波長可変レーザでは、２つのフィルタでその選択波長の周期を微小に異なるようにしており、２つのフィルタの選択波長が一致する波長においてのみレーザ発振をさせることができる。また、バーニア型フィルタでは、２つのフィルタの周期や共振の鋭さ（フィネス）によってフィルタ特性が決まるため、これらのパラメータを適切に調整することによって適切な波長範囲での波長可変動作が可能となる。
特に、本実施形態の波長可変レーザは、バーニア型フィルタを用いた波長可変レーザの中で、シリコン導波路コアを含む導波路によって形成された２つのリング共振器を含む波長フィルタを用いた波長可変レーザである。つまり、本実施形態の波長可変レーザは、シリコン導波路コアを含む導波路によって形成された２つのリング共振器を含む波長フィルタとＳＯＡとを用いた波長可変レーザである。なお、この波長可変レーザを、シリコン導波路リング共振器レーザ、Ｓｉ導波路リング共振器レーザともいう。
このような波長可変レーザでは、各リング共振器のサイズを最小で半径数μｍまで小型にすることが可能である。このため、レーザの小型化に適している。また、このような波長可変レーザは、例えば波長多重光通信システムに用いられる波長可変レーザ光源として用いるのが好ましい。
なお、シリコン導波路コアを含む導波路を、シリコン導波路、Ｓｉ導波路ともいう。また、波長フィルタを、シリコン導波路フィルタ、Ｓｉ導波路フィルタ、シリコン導波路リング共振器フィルタ、Ｓｉ導波路リング共振器フィルタ、リング共振器フィルタともいう。
本実施形態では、波長可変レーザは、図１に示すように、シリコン導波路コアを含む導波路によって形成された第１リング共振器１及び第２リング共振器２を含む波長フィルタ３と、ＳＯＡ（第１半導体光増幅器）４及び反射鏡５が集積された集積素子６とを備える。
ここで、波長フィルタ３に含まれる第１リング共振器１及び第２リング共振器２は、周期的に存在する共振波長の間隔が互いに異なり、かつ、共振波長をシフトさせうるものである。つまり、波長フィルタ３は、シリコン導波路コアを含む導波路によって形成され、周期的に存在する共振波長の間隔が互いに異なり、共振波長をシフトさせうる第１リング共振器１及び第２リング共振器２を含む波長フィルタである。
ここでは、第１リング共振器１と第２リング共振器２では、これらを構成するリング導波路のサイズ、即ち、リング状のシリコン導波路コアのサイズ（例えば曲率半径）が異なっており、これにより、周期的に存在する共振波長の間隔が互いに異なるようになっている。
また、第１リング共振器１及び第２リング共振器２は、それぞれ、リング共振器を構成するリング導波路の近傍に、即ち、リング状のシリコン導波路コアの近傍に、共振波長をシフトさせるためのヒータ電極７を備える（図９参照）。
なお、ここでは、リング共振器１、２の共振波長をシフトさせる機構として、加熱による屈折率変化を利用して共振波長をシフトさせるためにヒータ電極７を設けているが、これに限られるものではなく、例えば、電流注入や電圧印加を利用して共振波長をシフトさせるために、共振波長をシフトさせるための電極（電流注入電極又は電圧印加電極）を設けても良い。但し、ヒータ電極７を設け、加熱による屈折率変化を利用する場合は、共振波長のシフトに伴う損失の発生がないため、リング共振器１、２の損失やフィネス等を変更せずに共振波長をシフトさせることができるという利点がある。
さらに、波長フィルタ３は、第１リング共振器１及び第２リング共振器２に接続された導波路８（ここではシリコン導波路コアを含む導波路）と、導波路８に設けられ、位相を制御するための位相制御用電極９とを備える（図９参照）。ここでは、第１リング共振器１及び第２リング共振器２に接続された導波路８の近傍に、位相制御用電極９としてのヒータ電極が設けられている。また、波長フィルタ３は、レーザ共振器を構成するためのミラーとして、ループミラー１０も備える。
集積素子６は、波長フィルタ３に光学的に接続されており、波長フィルタ３の側から順にＳＯＡ４、反射鏡５が設けられた集積素子である。
ここでは、集積素子６は、ＳＯＡ４と反射鏡５とがモノリシックに集積された集積素子である。なお、集積素子６を、ＳＯＡ集積素子、ＳＯＡ集積チップともいう。
また、反射鏡５は、例えば分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）である。特に、反射鏡５は、ブラッグ波長の異なる複数の分布ブラッグ反射鏡を多段に接続したものとするのが好ましい（図１０参照）。これにより、簡素な構成でＳＯＡ４に集積でき、広い反射波長範囲を持つ反射鏡５を実現することができる。
そして、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）、図３に示すように、第１リング共振器１及び第２リング共振器２の周期的に存在する共振波長が一の波長で互いに一致するとともに一の波長以外の他の複数の波長でも互いに一致し、一の波長と他の複数の波長の中の一の波長に最も近い波長との間隔である再起モード間隔が反射鏡５の反射波長範囲よりも広くなっている。つまり、第１リング共振器１及び第２リング共振器２の周期的に存在する共振波長が一の波長で互いに一致するとともに一の波長以外の他の複数の波長でも互いに一致し、一の波長と他の複数の波長の中の一の波長に最も近い波長との間隔である再起モード間隔が反射鏡５の反射波長範囲よりも広くなるように、第１リング共振器１及び第２リング共振器２の共振波長間隔が設定されている。なお、図２（Ａ）では、第１リング共振器１の周期的に存在する共振波長を符号Ｘで示しており、第２リング共振器２の周期的に存在する共振波長を符号Ｙで示している。
なお、第１リング共振器１と第２リング共振器２の共振波長が一致する一の波長を、メインの波長ともいう。また、第１リング共振器１と第２リング共振器２の共振波長が一致する、一の波長以外の他の複数の波長を、再起モード波長ともいう。つまり、第１リング共振器１と第２リング共振器２の共振波長が一致する波長の中でメインの波長とは別の波長を、再起モード波長ともいう。また、第１リング共振器１と第２リング共振器２の共振波長が一致する、一の波長以外の他の複数の波長の中の一の波長に最も近い波長を、隣接再起モード波長、あるいは、単に隣接再起モードともいう。つまり、第１リング共振器１と第２リング共振器２の共振波長が一致する波長の中でメインの波長とは別の波長であって、かつ、メインの波長に最も近い波長を、隣接再起モード波長、あるいは、単に隣接再起モードともいう。また、再起モード間隔を、メインの波長と隣接再起モード波長との間隔、隣接再起モード間隔、あるいは、隣接再起モード波長間隔ともいう。また、反射鏡５をミラーともいう。また、反射鏡５の反射波長範囲を、反射帯域、反射波長域、反射範囲、ＤＢＲ反射帯域ともいう。
ここで、再起モード間隔は、第１リング共振器１の共振波長間隔をＦＳＲ１とし、第２リング共振器２の共振波長間隔をＦＳＲ２として、｜ＦＳＲ１×ＦＳＲ２／（ＦＳＲ１−ＦＳＲ２）｜で規定することができる。
また、反射鏡５の反射波長範囲は、図３に示すように、波長可変レーザのレーザ動作波長範囲（使用波長帯）以上とする。例えば、反射鏡５の反射波長範囲は、少なくとも１０ｎｍ以上であり、かつ、波長可変レーザのレーザ動作波長範囲以上であることが好ましい。これにより、必要な波長可変範囲でレーザ発振が得られることになる。
これにより、図３に示すように、第１リング共振器１及び第２リング共振器２の共振波長を一の波長（例えばレーザの発振波長となる目標波長）で互いに一致させた場合に、一の波長で互いに一致している共振波長が反射鏡５の反射波長範囲に入り、一の波長以外の他の波長で互いに一致している共振波長が反射鏡５の反射波長範囲に入らないようにすることができる。
この場合、第１リング共振器１及び第２リング共振器２の共振波長を一の波長で互いに一致させた場合に、一の波長で互いに一致している共振波長が反射鏡５の反射波長範囲に入り、一の波長以外の他の波長で互いに一致している共振波長が反射鏡５の反射波長範囲に入らないように、第１リング共振器１及び第２リング共振器２の共振波長間隔が設定されていることになる。したがって、反射鏡５により、容易に１つの波長を選択して発振させることが可能であり、複数の波長で発振することはない。このため、Ｓｉ導波路内部に不要な波長のレーザ光が導波し、余分に光強度が高くなることがないという利点がある。
また、本実施形態では、図３に示すように、再起モード間隔がＳＯＡ４の利得波長範囲（ＳＯＡ利得帯域）よりも狭くなっている。つまり、再起モード間隔がＳＯＡ４の利得波長範囲（ＳＯＡ利得帯域）よりも狭くなるように、第１リング共振器１及び第２リング共振器２の共振波長間隔が設定されている。
上述のように構成することで、レーザの発振波長となる目標波長で互いに一致している共振波長のみが反射鏡５の反射波長範囲に入り、反射鏡５で反射されるため、目標波長で選択的にレーザ発振が起こることになる。この場合、上述のように、再起モード間隔が反射鏡５の反射波長範囲よりも広くなるようにすれば良く、再起モード間隔をＳＯＡ４の利得波長範囲よりも広くする必要がない。
これに対し、図５に示すように、Ｓｉ導波路フィルタ３００及びＳＯＡチップ４００からなる波長可変レーザでＤＢＲ反射鏡のような波長依存性を持つ反射鏡が設けられていない場合、目標波長で選択的にレーザ発振が起こるようにするために、ＳＯＡの利得波長範囲を利用することになる。このため、図４に示すように、再起モード間隔がＳＯＡの利得波長範囲（ＳＯＡ利得帯域）よりも広くなるようにする必要がある。
このように、上述のように構成することで、Ｓｉ導波路フィルタ３００及びＳＯＡチップ４００からなる波長可変レーザでＤＢＲ反射鏡のような波長依存性を持つ反射鏡が設けられていない場合（図４、図５参照）と比較して、図３に示すように、再起モード間隔を狭くすることができる。これにより、詳細は後述するが、第１リング共振器１及び第２リング共振器２のフィネスを低く設定することが可能となり、シリコン導波路コアを含む導波路内部の光強度を低くし、２光子吸収を抑制し、導波路の等価屈折率が変化してしなうのを抑制することが可能となる。この結果、レーザ出力を上げた場合（高出力動作時）に動作が不安定になりにくくすることができる。つまり、シリコン導波路コアを含む導波路によって形成された２つのリング共振器１、２を含む波長フィルタ３とＳＯＡ４とを用いた波長可変レーザにおいて、レーザを高出力で動作させた場合でも安定したレーザ発振が得られるようにすることができる。
これに対し、Ｓｉ導波路フィルタ３００及びＳＯＡチップ４００からなる波長可変レーザでＤＢＲ反射鏡のような波長依存性を持つ反射鏡が設けられていない場合（図５参照）には、第１リング共振器１及び第２リング共振器２のフィネスを低く設定することができず、レーザ出力を上げると、レーザ共振器内部にあるシリコン導波路コアを含むシリコン導波路に高い強度の光が伝搬し、２光子吸収が発生して、シリコン導波路の等価屈折率が変化してしまう。このため、例えば図６に示すように、レーザ出力を上げていくと、発振スペクトルが広がって多モード発振してしまう。また、図７に示すように、レーザの発振波長のピークのシフト量が大きくなってしまう。これにより、動作が不安定になってしまう。このため、高出力化が困難である。
なお、図６は、発振スペクトルのＳＯＡ注入電流依存性を示しており、実線Ａ〜Ｉは、徐々にＳＯＡ注入電流量を増やしていった場合のそれぞれの発振スペクトルを示しており、実線Ａから実線ＩへＳＯＡ注入電流を徐々に増やしていくと発振スペクトルが広がっていくことを示している。また、図７では、発振スペクトルのＳＯＡ注入電流依存性を示しており、実線Ａ、Ｂは、異なる発振スペクトルのピークのシフト量を示しており、ＳＯＡ注入電流量（ポンプパワー）を増やしていくと発振スペクトルのピークのシフト量が大きくなっていくことを示している。
また、第１、第２リング共振器の設計においては、隣接再起モードで発振しないようにし、かつ、サイドモードを抑圧できるようにする必要があるが、上述のように、反射鏡５を設けることで、隣接再起モードで発振しないようにすることができるため、第１、第２リング共振器１、２の設計が容易になる。
以下、より詳細に説明する。
本実施形態で用いているバーニア型フィルタでは、安定した単一モード発振を実現するためには、２つのリング共振器の周期的なフィルタ特性を用いて、リング共振器の共振波長（リング共振波長）のうちの１つを選択する必要がある。
１つの共振波長を選ぶためには、第１に、２つのリング共振器の共振波長が一致するメインの波長に対して、リング共振器の共振波長の１周期分離れた隣の共振波長（以降サイドモードと呼ぶ）の損失を十分大きくする必要がある。第２に、バーニア型フィルタでは、ある波長で２つのリング共振器のピークが一致した場合、そこからリング共振器の周期で数個分以上離れたところに、再び２つのリング共振器の波長が一致するところが出る。この波長を、メインの波長に対して、隣接再起モード波長と呼ぶ。安定した単一モード動作を得るためには、メインの波長に対して、隣接再起モード波長での発振も十分抑制する必要がある。
ここで、Ｓｉ導波路フィルタ３００及びＳＯＡチップ４００からなる波長可変レーザでＤＢＲ反射鏡のような波長依存性を持つ反射鏡が設けられていない場合（図５参照）、レーザ共振器は、Ｓｉ導波路フィルタ３００内部のミラーとＳＯＡチップ４００の端面との間で形成される。Ｓｉ導波路フィルタ３００内部のミラー、及び、ＳＯＡチップ４００の端面は、波長に対してほぼ一定の反射率を持つミラーとして機能するため、Ｓｉ導波路フィルタ３００に備えられる２つのリング共振器で選択されるメインの波長及び隣接再起モード波長の両波長の光を反射してしまう。したがって、メインの波長において選択的にレーザ発振を起こすためには、ＳＯＡの利得の波長依存性を利用し、隣接再起モード波長がＳＯＡの利得が十分低い波長域まで離れているようにする必要がある（図４参照）。つまり、ＳＯＡの利得波長範囲よりも再起モード間隔を広く設定する必要がある。
これに対し、上述のような本実施形態の構成（図１参照）では、レーザ共振器は、Ｓｉ導波路フィルタ３内部のミラー１０とＳＯＡ集積チップ６上の反射鏡５とで形成されるため、反射鏡５の反射波長範囲よりも外側の波長ではレーザ発振は起こらない。したがって、隣接再起モード波長でのレーザ発振の抑制には、反射鏡５の反射波長範囲よりも再起モード間隔を広くすれば良く、必ずしも再起モード間隔をＳＯＡ４の利得波長範囲よりも広くする必要はない。この結果、Ｓｉ導波路フィルタ３００及びＳＯＡチップ４００からなる波長可変レーザでＤＢＲ反射鏡のような波長依存性を持つ反射鏡が設けられていない場合（図４、図５参照）と比較して、再起モード間隔を狭くすることが可能となる（図３参照）。
ところで、２つのリング共振器を用いたバーニア型の波長フィルタでは、再起モード間隔は各リング共振器の周期やフィネスの設計に密接に関わっており、後述するように、再起モード間隔が狭いと、各リング共振器のフィネスを低く設定しても、サイドモードを十分に抑制することが可能となる。リング共振器のフィネスは、共振の度合いを表すパラメータであり、フィネスが大きいとリング共振器内への光閉じ込めが強く、導波路内部の光強度が強くなる。したがって、リング共振器のフィネスを下げることにより、シリコン導波路内部の光強度を低減することが可能となり、結果として、シリコン導波路内部での２光子吸収を抑制し、安定した動作を保ちつつ、高いレーザ出力を得ることができるようになる。
ここで、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）は、２つのリング共振器を用いた波長フィルタの再起モード間隔とフィネスを変化させた場合の透過特性（透過率）を示している。
なお、再起モード間隔は、２つのリング共振器の共振波長間隔（共振波長周期）をＦＳＲ１、ＦＳＲ２とした場合、｜ＦＳＲ１×ＦＳＲ２／（ＦＳＲ１−ＦＳＲ２）｜で与えられる。そして、再起モード間隔を広げる場合には、分母であるリング共振器の共振波長周期の差を小さくする必要がある。
リング共振器の共振波長周期の差を小さくした場合、サイドモードでの２つのリング共振器のピークの重なりが大きくなるため、レーザ発振時にサイドモードが立ちやすくなる。これを防ぐためには、２つのリング共振器のフィネスを高くして、周期的な共振ピーク波長のそれぞれを鋭くする必要がある。
例えば、図８（Ａ）に示すように、フィネスを約２．６とし、再起モード間隔を約４０ｎｍとした場合、即ち、フィネスを小さくし、再起モード間隔を小さく（狭く）した場合、サイドモードの透過率はメインの波長（ピーク）に対して約３０％程度下がり、約７０％程度になっている。
これに対し、図８（Ｂ）に示すように、フィネスを約２．６のままとし、再起モード間隔を約８０ｎｍと２倍にすると、即ち、フィネスを小さいままとし、再起モード間隔を大きくすると、サイドモードの透過率はメインの波長（ピーク）に対して約９０％程度となり、十分にサイドモードの抑圧ができなくなる。
この場合、図８（Ｃ）に示すように、再起モード間隔を約８０ｎｍにした場合でも、サイドモードの透過率を約７０％程度にするためには、フィネスを２倍の約５．２にする必要がある。つまり、再起モード間隔を大きくした場合、フィネスも大きくする必要がある。
このように、再起モード間隔に比例して、必要なフィネスは大きくなり、逆に、再起モード間隔を狭くすると必要なフィネスが小さくなる。
このような原理で、本実施形態のＳｉ導波路リング共振器フィルタ３を用いた波長可変レーザでは、リング共振器１、２のフィネスを低く設定することができ、この結果、シリコン導波路内部の光強度を低減し、安定なレーザ発振動作を保ちつつ、高出力化を実現することができる。
以下、具体的な構成例を挙げて説明する。
本具体的な構成例では、図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示すように、Ｓｉ基板１１［ここではＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板］上に形成されたＳｉ導波路コア１２及びＳｉＯ２クラッド１３Ａ、１３Ｂを含むＳｉ導波路１４からなる第１、第２リング共振器１、２とループミラー１０を含むＳｉ導波路フィルタ３と、ＳＯＡ４と分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ；Distributed Bragg Reflector）５を集積したＳＯＡ集積チップ６とを組み合わせた波長可変レーザである。
ＳＯＡ集積チップ６は、例えばｎ型ＩｎＰ基板１５上に形成されている。また、ＳＯＡ集積チップ６のＳＯＡ４の領域には、１．５５μｍ帯で利得を持つＩｎＧａＡｓＰ系多重量子井戸（ＭＱＷ；Multiple Quantum Well）活性層１６をコア層とし、ｐ−ＩｎＰクラッド層１７を含む導波路が形成されている。また、ＳＯＡ集積チップ６のＤＢＲ５の領域には、約１．３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ層１８をコア層とし、ｐ−ＩｎＰクラッド層１７を含み、コア層近傍に回折格子１９が形成されたＤＢＲ導波路が形成されている。そして、これらのＳＯＡ４の領域とＤＢＲ５の領域とがバットジョイントで接合されている。また、ＳＯＡ活性層１６及びＤＢＲコア層１８の上方に、ｐ−ＩｎＰクラッド層１７及びｐ−ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓコンタクト層２０が形成されている。また、少なくともＳＯＡ４の領域には、電流を流すためのｐ側電極２１及びｎ側電極２２が上下に形成されている。
なお、図９（Ａ）、図９（Ｂ）では、ＳＯＡ集積チップ６は、ｎ型ＩｎＰ基板１５が上側になるように上下反転して、Ｓｉ基板１１上のＳｉ導波路１４に隣接して形成されたテラス部に実装されている。このようにして実装することで、ＳＯＡ集積チップ６の導波路コア層１６、１８の高さを、ｐ−ＩｎＰクラッド層１７、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓコンタクト層２０及びｐ側電極２１の厚さによって精密に制御できるようになるため、Ｓｉ導波路１４のコア層１２との高さ合わせが容易になる。
また、ＤＢＲ５の領域は、図１０に示すように、例えば２１個のブロックに分け、各ブロックの回折格子１９のブラッグ波長が、ＳＯＡ４の領域に近い側から順に、約１５２５ｎｍから約１５６５ｎｍまで約２ｎｍステップで変化していくように、回折格子１９の周期を変化させている。これにより、光通信で使用波長帯として良く用いられるＣ−ｂａｎｄ帯（約１５２５〜約１５６５ｎｍ）で平坦な反射率を持つＤＢＲ５（ＤＢＲミラー）を形成することができる。ここで、ＤＢＲ５の領域の各ブロックの長さは例えば約２５μｍとし、全長は約５２５μｍとすれば良い。また、ＤＢＲ５の領域の反射率は、回折格子１９の結合係数を適宜調整し、所望の反射率に設定すれば良い。
なお、ここでは、ＤＢＲ５の領域の回折格子１９のブラッグ波長はＳＯＡ４の領域に近い側ほど短波になるようにしているが、これに限られるものではなく、例えばＳＯＡ４の領域に近い側ほど長波になるような構成でも良く、ＤＢＲ５の領域の全体として所定の波長範囲で比較的平坦な反射率が得られるようになっていれば良い。また、ここでは、ＤＢＲ５の領域をブロック毎に分けて各ブロックでブラッグ波長を変化させているが、これに限られるものではなく、例えば、導波路に沿う方向に対して連続的にブラッグ波長が変化するようになっていても良い。
また、ＳＯＡ４の領域は、例えば長さを約６００μｍとし、端面付近で導波路が端面に対して約７°程度傾くようにすれば良い（図９（Ａ）参照）。これにより、ＳＯＡ４の領域の端面における不要な反射を抑制し、レーザの動作を安定化させることができるようになる。また、ＭＱＷからなる活性層１６は、比較的利得が発生する波長範囲が広く、電流条件によっては約１００ｎｍ程度でもレーザ発振に十分な利得を発生させることが可能である。
このように構成されるＳＯＡ４の領域及びＤＢＲ５の領域は、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）に示すように、導波路となる部分以外はコア層１６、１８、クラッド層１７、基板１５の一部等がエッチングによって除去されており、その脇は半絶縁性（ＳＩ）ＩｎＰ層２３で埋め込まれている。そして、ｐ側電極２１が、ＳＯＡ４の領域のコア層１６の上方のみでコンタクト層２０に接するように設けられており、それ以外の表面はＳｉＯ２パシベーション膜２４で覆われている。
Ｓｉ導波路フィルタ３は、図１１（Ｃ）に示すように、ＳＯＩ基板を用いて形成され、Ｓｉ基板１１上に、幅約０．５μｍ、厚さ約０．２μｍのＳｉコア層１２が上下のＳｉＯ２クラッド層１３Ａ、１３Ｂで覆われた導波路構造を持つ。このＳｉ導波路フィルタ３の中には、第１、第２リング共振器１、２とループミラー１０が設けられている（図９（Ａ）参照）。そして、第１、第２リング共振器１、２では、その共振波長に一致した波長の光のみがリング導波路を通過し、ドロップポートから直線導波路へ伝搬し、それ以外の波長の光はリング導波路を通過せずに、スルーポートから直線導波路へ伝搬するようになっている（図９（Ａ）参照）。また、第１、第２リング共振器１、２にはヒータ電極７が設けられており、各リング共振器１、２の導波路の温度を調整して屈折率を変化させることによって、共振波長の位置を調整できるようになっている。また、Ｓｉ導波路の一部には、レーザ共振器内の位相を調整するための位相制御用ヒータ電極９も設けられている（図９（Ａ）、図９（Ｂ）参照）。また、第１リング共振器１と第２リング共振器２は、互いにその共振波長の周期が微小に異なるように設定されている。例えば、第１リング共振器１の共振波長間隔は約６．００ｎｍとし、第２リング共振器２の共振波長間隔は約６．８２ｎｍとすれば良い。このためには、例えば第１、第２リング共振器１、２の導波路の等価屈折率を約２．００とし、第１、第２リング共振器１、２の曲率半径を、それぞれ、約１５．３μｍ、約１３．４μｍとすれば良い。この場合、再起モード間隔は、｜ＦＳＲ１×ＦＳＲ２／（ＦＳＲ１−ＦＳＲ２）｜＝｜６．００×６．８２／（６．８２−６．００）｜≒約５０ｎｍとなり、上述のＤＢＲ５の反射波長範囲（反射波長帯域；ＤＢＲ反射帯域）である約４０ｎｍよりも広くなっている。
このＳｉ導波路フィルタ３は、図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示すように、上述のＳＯＡ集積チップ６のＳＯＡ４の側と光学的に接続（結合）されている。そして、ＳＯＡ集積チップ６からＳｉ導波路フィルタ３に入射した光は、まず、直線導波路を介して第１リング共振器１に入射する。この第１リング共振器１に入射した光のうち、第１リング共振器１の共振波長と一致する波長の光のみが、第１リング共振器１のドロップポートに直線導波路を介して接続された第２リング共振器２へ伝搬する。この第１リング共振器１の共振波長に一致する波長の光のうち、第２リング共振器２の共振波長と一致する波長の光のみが、第２リング共振器２のドロップポートに接続された直線導波路へ伝搬する。この第２リング共振器２のドロップポートから直線導波路へ伝搬した光は、この直線導波路の反対側の端部に設けられたループミラー１０で反射（全反射）される。そして、反射された光は、同じ経路を通って、ＳＯＡ集積チップ６へ戻り、ＳＯＡ集積チップ６のＤＢＲ５で反射される。このようにして、ＳＯＡ集積チップ６のＤＢＲ５とＳｉ導波路フィルタ３内のループミラー１０との間でレーザ共振器が形成され、第１、第２リング共振器１、２の共振波長が重なった波長においてレーザ発振が起こる。
上述のように、ＤＢＲ反射帯域よりも再起モード間隔の方が広くなっているため、ＤＢＲ反射帯域で限定されるレーザ発振が可能な波長範囲の中には隣接再起モード波長が入らず（図３参照）、メインの波長以外の再起モード波長でのレーザ発振は抑制できる。
ここでは、第１、第２リング共振器１、２のフィネスは、サイドモードでのレーザ発振の抑制、即ち、メインの波長に対してある程度の損失差をつけるという観点から、以下のように設計することが好ましい。
例えば、上述のように、第１リング共振器１の共振波長間隔を約６ｎｍとし、第２リング共振器２の共振波長間隔を約６．８２ｎｍとすると、再起モード間隔は約５０ｎｍである。この場合、図１２に示すように、第１リング共振器１の共振波長間隔（ＦＳＲ１）と第２リング共振器２の共振波長間隔（ＦＳＲ２）は約０．８２ｎｍずれているため、サイドモードにおける第１リング共振器１と第２リング共振器２の共振波長のピークは約０．８２ｎｍずれている（ΔＦＳＲ＝０．８２ｎｍ）。これらの第１、第２リング共振器１、２の共振波長の１つのピークの半値全幅を共振波長間隔差の２倍である約１．６４ｎｍと設定すると、サイドモードにおける第１、第２リング共振器１、２の共振波長の重ね合わせの透過強度（透過率）は約７０％弱となる。この条件では、メインの波長に対してサイドモードの波長の損失は約２ｄＢ程度得られるため、サイドモードでの発振を十分抑制し、メインの波長（メインモード）のみでレーザ発振させることが可能となる。この場合、第２リング共振器２の共振波長間隔約６．８２ｎｍに対して、半値全幅が約０．８２×２＝約１．６４ｎｍとなるため、フィネスは約４．２となる。したがって、約４．２以上のフィネスのリング共振器であれば、サイドモードでの発振を十分抑制することが可能である。
一方で、Ｓｉ導波路フィルタ３００及びＳＯＡチップ４００からなる波長可変レーザで反射鏡が設けられていない場合（図５参照）、再起モード間隔は、ＳＯＡの利得帯域である約１００ｎｍ以上とする必要がある（図４参照）。このためには、第１リング共振器の共振波長間隔を上述の本実施形態の場合と同様に約６ｎｍとした場合、第２リング共振器の共振波長間隔を約６．３８ｎｍとし、共振波長間隔の差を上述の本実施形態の場合と比較して約半分にする必要がある。この場合、第１リング共振器の共振波長間隔と第２リング共振器の共振波長間隔は約０．３８ｎｍずれているため、サイドモードにおける第１リング共振器と第２リング共振器の共振波長のピークは約０．３８ｎｍずれている（ピーク波長差約０．３８ｎｍ）。そして、サイドモードの透過率を上述の本実施形態の場合と同様に約７０％程度にしようとすると、サイドモードにおけるピーク波長差が半分程度の約０．３８ｎｍであるため、第１、第２リング共振器の共振波長の１つのピークの半値全幅は約０．３８×２＝約０．７６ｎｍとする必要がある。このように、第２リング共振器の共振波長間隔約６．３８ｎｍに対して、半値全幅が約０．３８×２＝約０．７６ｎｍとする必要があるため、フィネスとしては上述の本実施形態の場合と比較して２倍程度の約８．３が必要となる。逆に言えば、上述の本実施形態の構造では、同様のサイドモード抑圧を達成するのにリング共振器のフィネスは約半分で済む。
これを一般化すると、必要なフィネスを得るためには、リング共振器の各ピークの半値全幅（ＦＷＨＭ）が、第１、第２リング共振器の共振波長間隔の差の２倍、つまり、（ＦＳＲ２−ＦＳＲ１）×２よりも小さければよい。フィネスfの定義は、第２リング共振器で定義すると、ｆ=ＦＳＲ２／ＦＷＨＭであるため、ｆ≧ＦＳＲ２／｛２×（ＦＳＲ２−ＦＳＲ１）｝となっていればよい。前述のように第１、第２リング共振器１、２の共振波長間隔をＦＳＲ１、ＦＳＲ２、再起モード間隔をΔλRとした場合、第２リング共振器２の共振波長間隔ＦＳＲ２は、ΔλR＝｜ＦＳＲ１×ＦＳＲ２／（ＦＳＲ１−ＦＳＲ２）｜と表され、この関係からフィネスｆの式を変形すると、フィネスｆとしては、ΔλR／（２×ＦＳＲ１）以上（ｆ≧ΔλＲ／（２×ＦＳＲ１））となるように設定すれば良い。
上記の式から分かるように、再起モード間隔ΔλRが小さいほど、それに比例して必要なフィネスが小さくなる。そして、リング共振器内部の光強度は、リング共振器のフィネスにほぼ比例する。このため、フィネスを半減できる上述の本実施形態の構造では、リング共振器内部の光強度を半減させることができる。これは、レーザの不安定動作が発生するレーザ共振器内部の光強度の上限を約２倍にできることを意味し、レーザ共振器内部の光強度に比例するレーザの光出力を約２倍にしても不安定動作が起きなくなることを意味する。この結果、安定動作を保ちつつ、レーザの出力を増加させることができるようになる。
なお、ここでは、フィネスの下限をΔλR／（２×ＦＳＲ１）としているが、上限に関しては、フィネスが低い方がリング共振器内部の光強度の低減に有利であるという観点から、下限の約１．５倍程度、即ち、１．５×ΔλR／（２×ＦＳＲ１）以下（ｆ≦１．５×ΔλＲ／（２×ＦＳＲ１））とするのが好ましい。
したがって、本実施形態にかかる波長可変レーザによれば、シリコン導波路コアを含む導波路によって形成された２つのリング共振器１、２を含む波長フィルタ３とＳＯＡ４とを用いても、動作が不安定にならないようにしながら、高出力化を実現できるという利点がある。
なお、上述の実施形態では、波長フィルタ３として２つのリング共振器１、２を備えるものを例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、３つ以上のリング共振器を備える波長フィルタを用いても良い。ここで、３つ以上のリング共振器を備える波長フィルタを用いる場合には、第１、第２リング共振器間の再起モードの影響を第３リング共振器の効果である程度抑えることができるが、上述の実施形態における反射鏡（ＤＢＲの反射帯域）による再起モードの抑制はより顕著な抑制が可能である。このため、３つ以上のリング共振器を用いた場合でも、上述の実施形態の構成は再起モード間隔を狭くするのに適した構造であり、２つのリング共振器を用いた場合と同様に、フィネスを低減して、結果としてレーザの光出力を増大させる効果を得ることができる。
また、上述の実施形態では、集積素子６を、波長フィルタ３の側から順にＳＯＡ４、反射鏡５が設けられた集積素子としているが、これに限られるものではない。例えば図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）に示すように、集積素子６Ｘを、波長フィルタ３の側から順に、第１ＳＯＡ（第１半導体光増幅器）４、反射鏡５、第２ＳＯＡ（第２半導体光増幅器）４Ｘが設けられているものとしても良い。つまり、集積素子６Ｘを、第１ＳＯＡ４と第２ＳＯＡ４Ｘとの間に反射鏡５としてのＤＢＲが設けられているＳＯＡ集積チップとしても良い。なお、集積素子６Ｘの構成、即ち、ＳＯＡ４、４ＸやＤＢＲ５の導波路構造、波長フィルタ３の構成、即ち、Ｓｉ導波路フィルタ３の構造などは上述の実施形態の場合と同様にすれば良い。なお、これを第１変形例という。
この場合、第２ＳＯＡ４Ｘは、第１ＳＯＡ４と同様に構成すれば良い。つまり、ＳＯＡ集積チップ６Ｘの第２ＳＯＡ４Ｘの領域には、１．５５μｍ帯で利得を持つＩｎＧａＡｓＰ系ＭＱＷ活性層１６Ｘをコア層とし、ｐ−ＩｎＰクラッド層１７を含む導波路を形成すれば良い。そして、この第２ＳＯＡ４Ｘの領域とＤＢＲ５の領域とがバットジョイントで接合すれば良い。また、第２ＳＯＡ４Ｘの活性層１６Ｘ上にｐ−ＩｎＰクラッド層１７及びｐ−ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓコンタクト層２０Ｘを形成し、ｐ側電極２１Ｘを設ければ良い。
そして、ＳＯＡ集積チップ６Ｘの第１ＳＯＡ４の側が、波長フィルタ３としてのＳｉ導波路フィルタに光学的に接続されることになる。
この場合、レーザ共振器はＳＯＡ集積チップ６ＸのＤＢＲ５とＳｉ導波路フィルタ３内のループミラー１０とで形成され、第１ＳＯＡ４がレーザの利得媒質として機能する。また、第２ＳＯＡ４ＸはＤＢＲ５からのレーザ出力を増幅する光増幅器として機能する。
例えば、第２ＳＯＡ４Ｘで３ｄＢの利得が出るようにすれば、上述の実施形態の場合と同等の出力を得るためのＤＢＲ５からのレーザ出力は第２ＳＯＡ４Ｘの利得分、即ち、半分まで下げても良い。このため、レーザ共振器内部にあるＳｉ導波路の光強度をさらに抑制し、リング共振器１、２のフィネスの低減の効果と合わせて、より高い光出力での動作まで安定したレーザ発振を得ることが可能となる。
また、上述の実施形態及び第１変形例では、波長可変レーザについて説明しているが、これらの波長可変レーザに電源やモニタ部等を接続して波長可変レーザモジュールを構成しても良い。
この場合、波長可変レーザモジュールは、上述の実施形態及び第１変形例の波長可変レーザと、ＳＯＡ用電源（第１ＳＯＡ用電源；第１半導体光増幅器用電源）３０と、第１リング共振器用電源３１と、第２リング共振器用電源３２と、第１モニタ部３３と、コントローラ３４とを備えるものとすれば良い（図１４参照）。ここで、ＳＯＡ用電源３０は、ＳＯＡ４（第１半導体光増幅器）に電気的に接続されている。また、第１リング共振器用電源３１は、第１リング共振器１に電気的に接続されている。また、第２リング共振器用電源３２は、第２リング共振器２に電気的に接続されている。また、第１モニタ部３３は、波長可変レーザからの出力光をモニタする。そして、コントローラ３４は、第１モニタ部３３からのモニタ情報に基づいて、ＳＯＡ用電源３０、第１リング共振器用電源３１及び第２リング共振器用電源３２を制御する。
また、上述の実施形態及び第１変形例の波長可変レーザのように、波長フィルタ３の導波路に、位相を制御するための位相制御用電極９を備えるものとする場合は、さらに、位相制御用電極９に電気的に接続された位相制御用電源３５を備えるものとしても良い（図１４参照）。そして、コントローラ３４が、第１モニタ部３３からのモニタ情報に基づいて位相制御用電源３５を制御するようにしても良い。
また、上述の第１変形例の波長可変レーザのように、集積素子６Ｘを、波長フィルタ３の側から順に、第１ＳＯＡ（第１半導体光増幅器）４、反射鏡（ＤＢＲ）５、第２ＳＯＡ（第２半導体光増幅器）４Ｘを備えるものとする場合、図１４に示すように、さらに、第２ＳＯＡ４Ｘに電気的に接続された第２ＳＯＡ用電源（第２半導体光増幅器用電源）３６と、波長フィルタ３内の光をモニタする第２モニタ部３７とを備えるものとしても良い。そして、コントローラ３４が、第１モニタ部３３及び第２モニタ部３７からのモニタ情報に基づいて、第１ＳＯＡ用電源３０、第２ＳＯＡ用電源３６、第１リング共振器用電源３１及び第２リング共振器用電源３２を制御するようにしても良い。
この場合、コントローラ３４が、第１モニタ部３３からのモニタ情報に基づいて、第２ＳＯＡ用電源３６、第１リング共振器用電源３１及び第２リング共振器用電源３２を制御するとともに、第２モニタ部３７からのモニタ情報に基づいて、第１ＳＯＡ用電源３０を制御するようにするのが好ましい。
以下、上述の第１変形例の波長可変レーザに、それに含まれるＳＯＡ４、４Ｘやリング共振器１、２等を駆動するための電源やモニタ部等を含む制御系を追加した波長可変レーザモジュールを例に挙げて、図１４を参照しながら、具体的に説明する。
ここでは、波長可変レーザモジュールは、図１４に示すように、電源として、第１ＳＯＡ用電源３０、第２ＳＯＡ用電源３６、第１リング共振器用電源３１（ここではヒータ電源）、第２リング共振器用電源３２（ここではヒータ電源）及び位相制御用電源３５（ここではヒータ電源）を備える。
また、波長フィルタ３内の光をモニタする第２モニタ部３７として、波長フィルタ３としてのＳｉ導波路フィルタに備えられる第１リング共振器１のスルーポートから外部へ出力された光の強度を検出するフォトダイオード（ＰＤ）を備える。そして、このフォトダイオード３７は、コントローラ３４に接続されており、フォトダイオード３７からの出力（出力値）に基づいて、コントローラ３４が、第１ＳＯＡ用電源３０の出力電流値、即ち、第１ＳＯＡ用電源３０から第１ＳＯＡ４に供給される電流量を制御し、ＤＢＲ５から第２ＳＯＡ４Ｘの側へ出力されるレーザ光の強度が一定値以下になるようにしている。これにより、レーザ共振器内部のＳｉ導波路における光強度が高くなりすぎてレーザの発振が不安定になるのを抑制することができる。
また、波長可変レーザからの出力光をモニタする第１モニタ部３３として、２つのビームスプリッタ３８Ａ、３８Ｂ、エタロンフィルタ３９、２つのフォトダイオード４０Ａ、４０Ｂを備える。ここでは、波長可変レーザからの出力光、即ち、第２ＳＯＡ４Ｘの側から出力される光の一部が、一方のビームスプリッタ３８Ａによって例えば１０：１に分岐され、分岐された一部の光が、さらに、他方のビームスプリッタ３８Ｂによって分岐されるようにしている。また、他方のビームスプリッタ３８Ｂによって分岐された光のうちの一方は、そのまま、一方のフォトダイオード４０Ａに入射するようにし、他方は、エタロンフィルタ３９（ここでは波長ロッカー用のファブリペローエタロンフィルタ）を通して他方のフォトダイオード４０Ｂに入射するようにしている。そして、コントローラ３４が、一方のフォトダイオード４０Ａからの出力（出力値）に基づいて、所望の光出力が得られるように、第２ＳＯＡ用電源３６の出力電流値、即ち、第２ＳＯＡ用電源３６から第２ＳＯＡ４Ｘに供給される電流量を制御するようにしている。また、一方のフォトダイオード４０Ａからの出力（出力値）と他方のフォトダイオード４０Ｂからの出力（出力値）との比に基づいて、第１リング共振器用電源３１の出力電流値、第２リング共振器用電源３２の出力電流値、位相制御用電源３５の出力電流値を制御するようにしている。つまり、２つのフォトダイオード４０Ａ、４０Ｂからの出力の比に基づいて、第１リング共振器用電源３１から第１リング共振器１（ここではヒータ電極７）に供給される電流量、第２リング共振器用電源３２から第２リング共振器２（ここではヒータ電極７）に供給される電流量、位相制御用電源３５から位相制御用電極９（ここではヒータ電極）に供給される電流量を制御するようにしている。これにより、所望の波長で第１、第２リング共振器１、２の共振波長が一致し、その波長でレーザ発振が起こるようにしている。
なお、第１、第２リング共振器１、２に供給される電流量（ヒータ電流量）は、あらかじめ所望の波長において第１、第２リング共振器１、２の共振波長が重なるための条件テーブル、即ち、発振波長とヒータ電流量との関係を規定した条件テーブルを作成しておくのが好ましい。そして、コントローラ３４が、この条件テーブルに基づいて第１、第２リング共振器１、２に供給されるヒータ電流量を設定するようにするのが好ましい。
上述のように構成することで、ＳＯＡ集積チップ６のＤＢＲ５とＳｉ導波路フィルタ３内のループミラー１０からなるレーザ共振器内部の光強度を一定値以下に保ちつつ、第２ＳＯＡ４Ｘの側から出力されるレーザ出力を任意に設定することができる。このため、レーザの不安定な動作を抑制しつつ、高出力化を実現することが可能となる。
なお、ここでは、波長フィルタ３内の光、即ち、レーザ内部の光をモニタする第２モニタ部３７として、第１リング共振器１のスルーポートから出力された光をフォトダイオードでモニタする場合を例に挙げて説明したが、これに限られるものではない。例えば、第１リング共振器１よりもＳＯＡ集積チップ６側のＳｉ導波路にレーザ光の一部を分離するための光スプリッタを配置し、光スプリッタで分離された光をフォトダイオードでモニタするようにしても良い。この場合、レーザ光の一部を分離するため、波長可変レーザからの出力光の強度、即ち、第２ＳＯＡ４Ｘの側から出力される光の強度が若干減少してしまうが、リング共振器の波長依存性の影響を受けずにレーザ共振器内部の光強度をモニタすることができる。このため、より正確にレーザ共振器内部の光強度の状態をモニタして、レーザ発振が不安定にならないように制御をすることが可能となる。また、図１４では、図中、左側に２つのＰＤとエタロンを用いた波長制御のためのモニタを配置する構成を示しているが、図中、右側に同様の波長制御のためのモニタを配置する構成でも構わない。この場合、左側に光を出力しない場合でも波長制御が可能であるという利点がある。
なお、本発明は、上述した実施形態及び変形例に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
以下、上述の実施形態及び変形例に関し、更に、付記を開示する。
（付記１）
シリコン導波路コアを含む導波路によって形成され、周期的に存在する共振波長の間隔が互いに異なり、共振波長をシフトさせうる第１リング共振器及び第２リング共振器を含む波長フィルタと、
前記波長フィルタに光学的に接続され、前記波長フィルタの側から順に第１半導体光増幅器、反射鏡が設けられた集積素子とを備え、
前記第１リング共振器及び前記第２リング共振器の周期的に存在する共振波長が一の波長で互いに一致するとともに前記一の波長以外の他の複数の波長でも互いに一致し、前記一の波長と前記他の複数の波長の中の前記一の波長に最も近い波長との間隔である再起モード間隔が前記反射鏡の反射波長範囲よりも広くなるように、前記第１リング共振器及び前記第２リング共振器の共振波長間隔が設定されていることを特徴とする波長可変レーザ。
（付記２）
前記再起モード間隔が前記第１半導体光増幅器の利得波長範囲よりも狭くなるように、前記第１リング共振器及び前記第２リング共振器の共振波長間隔が設定されていることを特徴とする、付記１に記載の波長可変レーザ。
（付記３）
前記再起モード間隔は、前記第１リング共振器の共振波長間隔をＦＳＲ１とし、前記第２リング共振器の共振波長間隔をＦＳＲ２として、｜ＦＳＲ１×ＦＳＲ２／（ＦＳＲ１−ＦＳＲ２）｜で規定されることを特徴とする、付記１又は２に記載の波長可変レーザ。
（付記４）前記再起モード間隔をΔλＲとし、前記第１リング共振器の共振波長間隔をＦＳＲ１とした場合、前記第１、第２リング共振器のフィネスｆはｆ≧ΔλＲ／（２×ＦＳＲ１）の関係を満たすことを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載の波長可変レーザ。
（付記５）前記再起モード間隔をΔλＲとし、前記第１リング共振器の共振波長間隔をＦＳＲ１とした場合、前記第１、第２リング共振器のフィネスｆはｆ≦１．５×ΔλＲ／（２×ＦＳＲ１）の関係を満たすことを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載の波長可変レーザ。
（付記６）
前記第１リング共振器及び前記第２リング共振器は、共振波長をシフトさせるためのヒータ電極を備えることを特徴とする、付記１〜５のいずれか１項に記載の波長可変レーザ。
（付記７）
前記反射鏡の反射波長範囲は、レーザ動作波長範囲以上であることを特徴とする、付記１〜６のいずれか１項に記載の波長可変レーザ。
（付記８）
前記反射鏡は、ブラッグ波長の異なる複数の分布ブラッグ反射鏡を多段に接続したものであることを特徴とする、付記１〜７のいずれか１項に記載の波長可変レーザ。
（付記９）
前記波長フィルタは、前記第１リング共振器及び前記第２リング共振器に接続された導波路と、前記導波路に設けられ、位相を制御するための位相制御用電極とを備えることを特徴とする、付記１〜８のいずれか１項に記載の波長可変レーザ。
（付記１０）
前記集積素子は、前記波長フィルタの側から順に、前記第１半導体光増幅器、前記反射鏡、第２半導体光増幅器が設けられていることを特徴とする、付記１〜９のいずれか１項に記載の波長可変レーザ。
（付記１１）
付記１〜１０のいずれか１項に記載の波長可変レーザと、
前記第１半導体光増幅器に電気的に接続された第１半導体光増幅器用電源と、
前記第１リング共振器に電気的に接続された第１リング共振器用電源と、
前記第２リング共振器に電気的に接続された第２リング共振器用電源と、
前記波長可変レーザからの出力光をモニタする第１モニタ部と、
前記第１モニタ部からのモニタ情報に基づいて、前記第１半導体光増幅器用電源、前記第１リング共振器用電源及び前記第２リング共振器用電源を制御するコントローラとを備えることを特徴とする波長可変レーザモジュール。
（付記１２）
前記波長フィルタは、前記第１リング共振器及び前記第２リング共振器に接続された導波路と、前記導波路に設けられ、位相を制御するための位相制御用電極とを備え、
前記位相制御用電極に電気的に接続された位相制御用電源を備え、
前記コントローラは、前記第１モニタ部からのモニタ情報に基づいて前記位相制御用電源を制御することを特徴とする、付記１１に記載の波長可変レーザモジュール。
（付記１３）
前記集積素子は、前記波長フィルタの側から順に、前記第１半導体光増幅器、前記反射鏡、第２半導体光増幅器が設けられており、
前記第２半導体光増幅器に電気的に接続された第２半導体光増幅器用電源と、
前記波長フィルタ内の光をモニタする第２モニタ部とを備え、
前記コントローラは、前記第１モニタ部及び前記第２モニタ部からのモニタ情報に基づいて、前記第１半導体光増幅器用電源、前記第２半導体光増幅器用電源、前記第１リング共振器用電源及び前記第２リング共振器用電源を制御することを特徴とする、付記１１又は１２に記載の波長可変レーザモジュール。
（付記１４）
前記コントローラは、前記第１モニタ部からのモニタ情報に基づいて、前記第２半導体光増幅器用電源、前記第１リング共振器用電源及び前記第２リング共振器用電源を制御するとともに、前記第２モニタ部からのモニタ情報に基づいて、前記第１半導体光増幅器用電源を制御することを特徴とする、付記１３に記載の波長可変レーザモジュール。
１ 第１リング共振器
２ 第２リング共振器
３ 波長フィルタ（Ｓｉ導波路フィルタ）
４ ＳＯＡ（第１ＳＯＡ；第１半導体光増幅器）
４Ｘ 第２ＳＯＡ（第２半導体光増幅器）
５ 反射鏡（ＤＢＲ）
６、６Ｘ 集積素子（ＳＯＡ集積チップ）
７ ヒータ電極
８ 導波路
９ 位相制御用電極（ヒータ電極）
１０ ループミラー
１１ Ｓｉ基板
１２ Ｓｉ導波路コア
１３Ａ、１３Ｂ ＳｉＯ２クラッド
１４ Ｓｉ導波路
１５ ｎ型ＩｎＰ基板
１６、１６Ｘ ＩｎＧａＡｓＰ系ＭＱＷ活性層（コア層）
１７ ｐ−ＩｎＰクラッド層
１８ ＩｎＧａＡｓＰ層（コア層）
１９ 回折格子
２０、２０Ｘ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓコンタクト層
２１、２１Ｘ ｐ側電極
２２ ｎ側電極
２３ 半絶縁性（ＳＩ）ＩｎＰ層
２４ ＳｉＯ２パシベーション膜
３０ ＳＯＡ用電源（第１ＳＯＡ用電源；第１半導体光増幅器用電源）
３１ 第１リング共振器用電源
３２ 第２リング共振器用電源
３３ 第１モニタ部
３４ コントローラ
３５ 位相制御用電源
３６ 第２ＳＯＡ用電源（第２半導体光増幅器用電源）
３７ 第２モニタ部
３８Ａ、３８Ｂ ビームスプリッタ（ＢＳ）
３９ エタロンフィルタ
４０Ａ、４０Ｂ フォトダイオード（ＰＤ）

Claims (10)

  1. シリコン導波路コアを含む導波路によって形成され、周期的に存在する共振波長の間隔が互いに異なり、共振波長をシフトさせうる第１リング共振器及び第２リング共振器を含む波長フィルタと、
    前記波長フィルタに光学的に接続され、前記波長フィルタの側から順に第１半導体光増幅器、反射鏡が設けられた集積素子とを備え、
    前記第１リング共振器及び前記第２リング共振器の周期的に存在する共振波長が一の波長で互いに一致するとともに前記一の波長以外の他の複数の波長でも互いに一致し、前記一の波長と前記他の複数の波長の中の前記一の波長に最も近い波長との間隔である再起モード間隔が前記反射鏡の反射波長範囲よりも広くなるように、前記第１リング共振器及び前記第２リング共振器の共振波長間隔が設定されていることを特徴とする波長可変レーザ。
  2. 前記再起モード間隔が前記第１半導体光増幅器の利得波長範囲よりも狭くなるように、前記第１リング共振器及び前記第２リング共振器の共振波長間隔が設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の波長可変レーザ。
  3. 前記第１リング共振器及び前記第２リング共振器は、共振波長をシフトさせるためのヒータ電極を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の波長可変レーザ。
  4. 前記反射鏡は、ブラッグ波長の異なる複数の分布ブラッグ反射鏡を多段に接続したものであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の波長可変レーザ。
  5. 前記波長フィルタは、前記第１リング共振器及び前記第２リング共振器に接続された導波路と、前記導波路に設けられ、位相を制御するための位相制御用電極とを備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の波長可変レーザ。
  6. 前記集積素子は、前記波長フィルタの側から順に、前記第１半導体光増幅器、前記反射鏡、第２半導体光増幅器が設けられていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の波長可変レーザ。
  7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の波長可変レーザと、
    前記第１半導体光増幅器に電気的に接続された第１半導体光増幅器用電源と、
    前記第１リング共振器に電気的に接続された第１リング共振器用電源と、
    前記第２リング共振器に電気的に接続された第２リング共振器用電源と、
    前記波長可変レーザからの出力光をモニタする第１モニタ部と、
    前記第１モニタ部からのモニタ情報に基づいて、前記第１半導体光増幅器用電源、前記第１リング共振器用電源及び前記第２リング共振器用電源を制御するコントローラとを備えることを特徴とする波長可変レーザモジュール。
  8. 前記波長フィルタは、前記第１リング共振器及び前記第２リング共振器に接続された導波路と、前記導波路に設けられ、位相を制御するための位相制御用電極とを備え、
    前記位相制御用電極に電気的に接続された位相制御用電源を備え、
    前記コントローラは、前記第１モニタ部からのモニタ情報に基づいて前記位相制御用電源を制御することを特徴とする、請求項７に記載の波長可変レーザモジュール。
  9. 前記集積素子は、前記波長フィルタの側から順に、前記第１半導体光増幅器、前記反射鏡、第２半導体光増幅器が設けられており、
    前記第２半導体光増幅器に電気的に接続された第２半導体光増幅器用電源と、
    前記波長フィルタ内の光をモニタする第２モニタ部とを備え、
    前記コントローラは、前記第１モニタ部及び前記第２モニタ部からのモニタ情報に基づいて、前記第１半導体光増幅器用電源、前記第２半導体光増幅器用電源、前記第１リング共振器用電源及び前記第２リング共振器用電源を制御することを特徴とする、請求項７又は８に記載の波長可変レーザモジュール。
  10. 前記コントローラは、前記第１モニタ部からのモニタ情報に基づいて、前記第２半導体光増幅器用電源、前記第１リング共振器用電源及び前記第２リング共振器用電源を制御するとともに、前記第２モニタ部からのモニタ情報に基づいて、前記第１半導体光増幅器用電源を制御することを特徴とする、請求項９に記載の波長可変レーザモジュール。
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