JP2016212265A

JP2016212265A - Laser source

Info

Publication number: JP2016212265A
Application number: JP2015095964A
Authority: JP
Inventors: 百合子川村; Yuriko Kawamura; 裕史山崎; Yasushi Yamazaki; 俊和橋本; Toshikazu Hashimoto
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2015-05-08
Filing date: 2015-05-08
Publication date: 2016-12-15

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser source allowing optical outputs to be combined into one port and achieving high output.SOLUTION: The laser source comprises: a 2×2 optical coupler having a given branch ratio; a reflection optical amplifier optically connected to a first input port of the 2×2 optical coupler; a reflection wavelength selection filter optically connected to a first output port of the 2×2 optical coupler; a Mach-Zehnder interferometer with a variable optical output ratio, having two input ports optically connected to a second input port and a second output port of the 2×2 optical coupler: and at least one optical phase shifter between the 2×2 optical coupler and the Mach-Zehnder interferometer. The reflection optical amplifier and the reflection wavelength selection filter cause laser resonance via the 2×2 optical coupler, and the optical phase shifter aligns with one another the phases of light inputted to the two input ports of the Mach-Zehnder interferometer from the 2×2 optical coupler.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、光通信に用いられるレーザ光源に関し、特に外部共振器型レーザ光源に関する。 The present invention relates to a laser light source used for optical communication, and more particularly to an external resonator type laser light source.

光通信量の急速な増大に対応するため、通信網の大容量化を進める検討が盛んに行われている。特に、波長分割多重方式や多値変調方式の導入が進んでおり、光通信用レーザには、波長可変性や狭線幅性がますます求められている。この要求を満たすため、光導波路を用いて作製した外部共振器と半導体光増幅器をハイブリッド接続した外部共振器レーザ光源の検討が盛んに行われている。 In order to cope with the rapid increase in the amount of optical communication, studies for increasing the capacity of communication networks are being actively conducted. In particular, the introduction of wavelength division multiplexing and multi-level modulation is advancing, and optical communication lasers are increasingly required to have wavelength tunability and narrow linewidth. In order to satisfy this requirement, studies have been actively conducted on an external resonator laser light source in which an external resonator manufactured using an optical waveguide and a semiconductor optical amplifier are connected in a hybrid manner.

一方光送受信器には小型化、機能集積化が求められており、近年シリコンフォトニクス（ＳｉＰｈ）を用いた光送受信器への関心が高まっている。そこで、Ｓｉ光導波路と半導体光増幅器で構成された外部共振器レーザ光源をＳｉＰｈ送受信器に集積することが期待され、検討が進んでいる（特許文献１、非特許文献１）。このとき、外部共振器レーザ光源の共振器内部からＳｉ光導波路へ出力光を取り出す方法の１つとして、波長選択フィルタと反射型半導体光増幅器との間に２×２光カプラを設ける構成を用いることが多い。 On the other hand, optical transceivers are required to be downsized and functionally integrated. In recent years, interest in optical transceivers using silicon photonics (SiPh) has been increasing. Therefore, it is expected that an external cavity laser light source composed of a Si optical waveguide and a semiconductor optical amplifier is integrated in a SiPh transceiver, and studies are proceeding (Patent Document 1, Non-Patent Document 1). At this time, as one method of extracting output light from the resonator inside the external resonator laser light source to the Si optical waveguide, a configuration in which a 2 × 2 optical coupler is provided between the wavelength selection filter and the reflective semiconductor optical amplifier is used. There are many cases.

S.Tanaka, et al.,“High-Output-Power, single-wavelength silicon hybrid laser using precise flip-chip bonding technology,”Opt. Exp., vol.20, no.27, pp.28057-28069, 2012.S. Tanaka, et al., “High-Output-Power, single-wavelength silicon hybrid laser using precise flip-chip bonding technology,” Opt. Exp., Vol.20, no.27, pp.28057-28069, 2012 . T.Kita, et al.,“Silicon Photonic Wavelength-Tunable Laser Diode with Asymmetric Mach-Zehnder Interferometer”, IEEE J. Sel. Top. Quant. Electron., 20, 8201806, 2014.T. Kita, et al., “Silicon Photonic Wavelength-Tunable Laser Diode with Asymmetric Mach-Zehnder Interferometer”, IEEE J. Sel. Top. Quant. Electron., 20, 8201806, 2014.

しかしながら、上記光取り出し法では、２×２光カプラの出力ポートの他に、もう一方の入力ポートからも光が出力してしまうという問題がある。図１は、従来の外部共振器レーザ光源の概略図を表している（非特許文献１を参照）。図１に示す外部共振器レーザ光源は、反射型半導体光増幅器（ＲＳＯＡ：ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｏｐｔｉｃａｌａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１０と、２×２光カプラ２０と、反射型波長選択フィルタ３０によって構成される。２×２光カプラ２０と反射型波長選択フィルタ３０はＳｉ光導波路チップ７０として構成される。２×２光カプラ２０の第１の入力ポート２１にはＲＳＯＡ１０が光学的に接続されており、２×２光カプラの第１の出力ポート２３には、反射型波長選択フィルタ３０が光学的に接続されている。 However, the light extraction method has a problem in that light is output from the other input port in addition to the output port of the 2 × 2 optical coupler. FIG. 1 shows a schematic diagram of a conventional external cavity laser light source (see Non-Patent Document 1). The external cavity laser light source shown in FIG. 1 includes a reflective semiconductor optical amplifier (RSOA) 10, a 2 × 2 optical coupler 20, and a reflective wavelength selective filter 30. The 2 × 2 optical coupler 20 and the reflective wavelength selection filter 30 are configured as a Si optical waveguide chip 70. The RSOA 10 is optically connected to the first input port 21 of the 2 × 2 optical coupler 20, and the reflective wavelength selection filter 30 is optically connected to the first output port 23 of the 2 × 2 optical coupler. It is connected.

ＲＳＯＡ１０がＳｉ光導波路チップ７０と接続する端面１２には無反射処理がされており、ＲＳＯＡのもう一方の端面１１は反射鏡として用いる。またＲＳＯＡ１０は、光スポットサイズ変換器１３と光増幅部１４とを備えている。ここで、図１に示す外部共振器レーザ光源のレーザ共振器は端面１１と反射型波長選択フィルタ３０とによって形成される。 The end face 12 where the RSOA 10 is connected to the Si optical waveguide chip 70 is non-reflective, and the other end face 11 of the RSOA is used as a reflecting mirror. The RSOA 10 includes an optical spot size converter 13 and an optical amplification unit 14. Here, the laser resonator of the external resonator laser light source shown in FIG. 1 is formed by the end face 11 and the reflective wavelength selection filter 30.

レーザの光出力は通常、ワンチップ光送信器を構成する場合は、２×２カプラ２０の第２の出力ポート２４よりＳｉ光導波路へと取り出される（非特許文献１）。このとき、２×２カプラ２０の第２の入力ポート２２には、反射型波長選択フィルタ３０から反射してきた光の一部が出力されてしまう。この出力光は通常使用されずに捨てられてしまう。この捨てられる出力光はレーザ共振器からの全光出力からみると光損失となってしまい、好ましくない。 The laser optical output is normally taken out from the second output port 24 of the 2 × 2 coupler 20 to the Si optical waveguide when configuring a one-chip optical transmitter (Non-patent Document 1). At this time, a part of the light reflected from the reflective wavelength selection filter 30 is output to the second input port 22 of the 2 × 2 coupler 20. This output light is usually discarded without being used. This discarded output light causes an optical loss when viewed from the total light output from the laser resonator, which is not preferable.

本発明は上記従来の問題に鑑みなされたものであって、本発明の課題は、光出力を１つのポートにまとめることができ、高出力化することができるレーザ光源を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a laser light source capable of collecting optical outputs into one port and increasing the output.

上記の課題を解決するために、一実施形態に記載の発明は、任意の分岐比を持つ２×２光カプラと、前記２×２光カプラの第１の入力ポートに光学的に接続された反射型光増幅器と、前記２×２光カプラの第１の出力ポートに光学的に接続された反射型波長選択フィルタと、前記２×２光カプラの第２の入力ポートと第２の出力ポートとに２つの入力ポートが光学的に接続された、光出力比が可変なマッハツェンダ型干渉計と、前記２×２光カプラと前記マッハツェンダ型干渉計との間に少なくとも１つの光位相シフタとを備え、前記反射型光増幅器と前記反射型波長選択フィルタとが前記２×２光カプラを介してレーザ共振し、前記光位相シフタが、前記２×２光カプラから前記マッハツェンダ型干渉計の前記２つの入力ポートに入力される光の位相をそろえることを特徴とするレーザ光源。 In order to solve the above problem, the invention described in one embodiment is optically connected to a 2 × 2 optical coupler having an arbitrary branching ratio and a first input port of the 2 × 2 optical coupler. A reflection-type optical amplifier; a reflection-type wavelength selection filter optically connected to the first output port of the 2 × 2 optical coupler; and a second input port and a second output port of the 2 × 2 optical coupler And a Mach-Zehnder interferometer with a variable optical output ratio, and at least one optical phase shifter between the 2 × 2 optical coupler and the Mach-Zehnder interferometer. The reflection type optical amplifier and the reflection type wavelength selection filter resonate with each other via the 2 × 2 optical coupler, and the optical phase shifter changes from the 2 × 2 optical coupler to the 2 of the Mach-Zehnder interferometer. Light input to two input ports A laser light source, characterized in that to align the phase.

本発明を用いれば、外部共振器レーザ光源からの光出力を１つのポートにまとめることができ、高出力化することができる。 By using the present invention, the optical output from the external cavity laser light source can be combined into one port, and the output can be increased.

従来の外部共振器レーザ光源を示す構成図である。It is a block diagram which shows the conventional external resonator laser light source. 第１の実施形態に係る外部共振器レーザ光源を示す構成図である。It is a block diagram which shows the external resonator laser light source which concerns on 1st Embodiment. 位相シフタを設けたＳｉ光導波路の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of Si optical waveguide which provided the phase shifter. 反射型波長選択フィルタとしてＢＧ反射器を用いた外部共振器レーザ光源を示す構成図である。It is a block diagram which shows the external resonator laser light source which used BG reflector as a reflection type wavelength selection filter. 第２の実施形態に係る外部共振器レーザ光源を示す構成図である。It is a block diagram which shows the external resonator laser light source which concerns on 2nd Embodiment. 第３の実施形態に係る外部共振器レーザ光源を示す構成図である。It is a block diagram which shows the external resonator laser light source which concerns on 3rd Embodiment. 第４の実施形態に係る外部共振器レーザ光源を示す構成図である。It is a block diagram which shows the external resonator laser light source which concerns on 4th Embodiment. Ｓｉ光変調器として、ＢＰＳＫ変調器を用いた外部共振器レーザ光源を示す構成図である。It is a block diagram which shows the external resonator laser light source which used the BPSK modulator as Si optical modulator.

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図２は、第１の実施形態の外部共振器レーザ光源の構成例を示す図である。本実施形態の外部共振器レーザ光源は、図２に示すように、反射型半導体光増幅器（ＲＳＯＡ：ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｕｒｏｐｔｉｃａｌａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１０と、２×２光カプラ２０と、反射型波長選択フィルタ３０と、光位相シフタ１４０と、可変マッハツェンダ―干渉計（ＭＺＩ：Ｍａｃｈ−Ｚｈｅｎｄｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）１５０を備えて構成される。２×２光カプラ２０と、反射型波長選択フィルタ３０と、光位相シフタ１４０と、可変ＭＺＩ１５０とは、Ｓｉ光導波路チップ内に形成される。２×２光カプラ２０の第１の入力ポート２１はＲＳＯＡ１０と光学的に接続しており、２×２カプラ２０の第１の出力ポート２３は、反射型波長選択フィルタ３０と光学的に接続している。２×２光カプラ２０の第２の出力ポート２２と２×２光カプラ２０の第２の入力ポート２４はそれぞれ、可変ＭＺＩ１５０の第１の入力ポート１５１と第２の入力ポート１５２に光学的に接続される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
(First embodiment)
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the external resonator laser light source according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the external cavity laser light source of this embodiment includes a reflective semiconductor optical amplifier (RSOA) 10, a 2 × 2 optical coupler 20, a reflective wavelength selective filter 30, an optical A phase shifter 140 and a variable Mach-Zehnder interferometer (MZI) 150 are provided. The 2 × 2 optical coupler 20, the reflective wavelength selection filter 30, the optical phase shifter 140, and the variable MZI 150 are formed in the Si optical waveguide chip. The first input port 21 of the 2 × 2 optical coupler 20 is optically connected to the RSOA 10, and the first output port 23 of the 2 × 2 coupler 20 is optically connected to the reflective wavelength selection filter 30. ing. The second output port 22 of the 2 × 2 optical coupler 20 and the second input port 24 of the 2 × 2 optical coupler 20 are optically connected to the first input port 151 and the second input port 152 of the variable MZI 150, respectively. Connected.

ＲＳＯＡ１０は、レーザ出力のための光増幅を行う装置であって、劈開端面１１と、接続面１２と、光スポットサイズ変換器（ＳＳＣ：ｓｐｏｔｓｉｚｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１３と、光増幅部１４とを有する。ＲＳＯＡ１０としては、例えばＩｎＰ系の導波路型光増幅器が用いられる。 The RSOA 10 is an apparatus that performs optical amplification for laser output, and includes a cleaved end face 11, a connection face 12, an optical spot size converter (SSC) 13, and an optical amplifying unit 14. As the RSOA 10, for example, an InP-based waveguide optical amplifier is used.

劈開端面１１は、薄膜コーティング等を一切行わなければ反射率０．３程度のハーフミラーとして用いることができる。ここでは、劈開端面１１から光を取り出すことはないので、薄膜コーティングを行うことで、ＨＲ（ｈｉｇｈｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）面として反射率を１に近い値に設定することができる。 The cleaved end face 11 can be used as a half mirror having a reflectance of about 0.3 if no thin film coating or the like is performed. Here, since light is not extracted from the cleaved end face 11, the reflectance can be set to a value close to 1 as an HR (high reflection) face by performing thin film coating.

接続面１２はＳｉ導波路との接続面であり、反射を防ぐためにＡＲコーティングを施すことができる。また、同じく反射を防ぐために、例えば、端面に対する垂線から７°傾けた、斜め導波路を導入することもできる。 The connection surface 12 is a connection surface with the Si waveguide, and can be coated with AR to prevent reflection. Similarly, in order to prevent reflection, for example, an oblique waveguide inclined by 7 ° from a perpendicular to the end face can be introduced.

ＳＳＣ１３は、Ｓｉ導波路チップ７０のモードフィールド径とＲＳＯＡ１０の出射端でのモードフィールド径を合わせている。例えば、ＳＳＣ１３として、先端幅が０．５μｍの細テーパ型ＳＳＣを用いることができる（非特許文献１）。また、ＲＳＯＡ１０とＳｉ導波路チップ７０は、それぞれの素子の導波光が光結合する位置で、チップの位置の相対位置を固定する。例えば、非特許文献１に述べられているようなフリップチップ実装方法で固定を行う。 The SSC 13 matches the mode field diameter of the Si waveguide chip 70 with the mode field diameter at the exit end of the RSOA 10. For example, a thin taper type SSC having a tip width of 0.5 μm can be used as the SSC 13 (Non-Patent Document 1). The RSOA 10 and the Si waveguide chip 70 fix the relative positions of the chips at the position where the guided light of each element is optically coupled. For example, fixing is performed by a flip chip mounting method as described in Non-Patent Document 1.

Ｓｉ光導波路チップ７０は、２×２光カプラ２０と、反射型波長選択フィルタ３０と、光位相シフタ１４０と、可変マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ：Ｍａｃｈ−Ｚｈｅｎｄｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）１５０とを有している。 The Si optical waveguide chip 70 includes a 2 × 2 optical coupler 20, a reflective wavelength selection filter 30, an optical phase shifter 140, and a variable Mach-Zehnder interferometer (MZI) 150.

反射型波長選択フィルタ３０は、特定の波長だけを選択的に反射するフィルタである。ＲＳＯＡ１０から２×２光カプラを介して入力された光を特定の波長だけ選択的に反射する。レーザ共振器はＲＳＯＡ１０の劈開端面１１と反射型選択フィルタ３０との間で構成される。本実施形態では、必要に応じて図４に示すように、反射型波長選択フィルタ３０としてブラッググレーティング（ＢＧ：Ｂｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇ）反射器１３０を用いた例で説明する。 The reflective wavelength selection filter 30 is a filter that selectively reflects only a specific wavelength. The light input from the RSOA 10 through the 2 × 2 optical coupler is selectively reflected by a specific wavelength. The laser resonator is configured between the cleavage end face 11 of the RSOA 10 and the reflective selection filter 30. In the present embodiment, as illustrated in FIG. 4, an example using a Bragg grating (BG) reflector 130 as the reflective wavelength selection filter 30 will be described as necessary.

２×２光カプラ２０において、第１の入力ポート２１はＲＳＯＡ１０と光学的に接続しており、第１の出力ポート２３は反射型波長選択フィルタ３０と光学的に接続している。また、第２の入力ポート２２および第２の出力ポート２４はそれぞれ、可変ＭＺＩ１５０の第１の入力ポート１５１と第２の入力ポート１５２に光学的に接続されている。 In the 2 × 2 optical coupler 20, the first input port 21 is optically connected to the RSOA 10, and the first output port 23 is optically connected to the reflective wavelength selection filter 30. The second input port 22 and the second output port 24 are optically connected to the first input port 151 and the second input port 152 of the variable MZI 150, respectively.

２×２光カプラ２０は、例えば方向性結合器を用いて構成することができる。このとき、方向性結合器の結合長を変えることで任意の光結合比をもつ２×２光カプラ２０を実現することができる。また、方向性結合器のほかに、マルチモード干渉光結合器を用いて２×２光カプラ２０を実現してもよい。また、外部共振器レーザ光源内でカプラを設ける位置がＲＳＯＡ１０と反射型波長選択フィルタ３０とで形成される共振器内部であるため、光がカプラを往復することになる。したがって、２×２光カプラの代わりに１×２カプラを用いると、原理損失が発生するので２×２光カプラ２０の代わりに１×２カプラを用いることは望ましくない。 The 2 × 2 optical coupler 20 can be configured using, for example, a directional coupler. At this time, the 2 × 2 optical coupler 20 having an arbitrary optical coupling ratio can be realized by changing the coupling length of the directional coupler. In addition to the directional coupler, the 2 × 2 optical coupler 20 may be realized using a multimode interference optical coupler. Further, since the position where the coupler is provided in the external resonator laser light source is inside the resonator formed by the RSOA 10 and the reflective wavelength selection filter 30, the light travels back and forth through the coupler. Therefore, if a 1 × 2 coupler is used instead of the 2 × 2 optical coupler, a principle loss occurs, so it is not desirable to use the 1 × 2 coupler instead of the 2 × 2 optical coupler 20.

位相シフタ１４０は、２×２光カプラ２０から可変マッハツェンダ干渉計１５０の２つの入力ポートに入力される光の位相をそろえる。図３は、位相シフタを設けたＳｉ光導波路の断面を示す図である。Ｓｉ光導波路チップ７０で用いるＳｉ光導波路として、例えば、図３に示すＳｉ細線導波路を用いることができる。Ｓｉ細線導波路は、図３に示すように、Ｓｉ基板上のＳｉＯ₂膜内に矩形状に形成されている。また、導波路上の光位相シフタ１４０は、図３に示すように、導波路上にＴｉＮのヒータとＴａＮとＡｌから成る電極を配置し、ヒータを形成することにより実現することができる。このヒータに電力を与えて発熱させ、導波路の温度を変化によって導波路の光位相を調整することができる。同様の光位相シフタは、レーザ発振している縦モード位置を調整するためにも用いることができる。 The phase shifter 140 aligns the phases of light input from the 2 × 2 optical coupler 20 to the two input ports of the variable Mach-Zehnder interferometer 150. FIG. 3 is a diagram showing a cross section of a Si optical waveguide provided with a phase shifter. As the Si optical waveguide used in the Si optical waveguide chip 70, for example, a Si fine wire waveguide shown in FIG. 3 can be used. As shown in FIG. 3, the Si wire waveguide is formed in a rectangular shape in the SiO ₂ film on the Si substrate. Further, as shown in FIG. 3, the optical phase shifter 140 on the waveguide can be realized by arranging a TiN heater and an electrode made of TaN and Al on the waveguide and forming the heater. By applying electric power to the heater to generate heat, the optical phase of the waveguide can be adjusted by changing the temperature of the waveguide. A similar optical phase shifter can also be used to adjust the longitudinal mode position of laser oscillation.

可変ＭＺＩ１５０の両アームには、光位相シフタ１５５が設けられている。この光位相シフタ１５５によって光位相を変化させることで、第１の出力ポート１５３と第２の出力ポート１５４の光出力比を変化させることができる。 An optical phase shifter 155 is provided on both arms of the variable MZI 150. By changing the optical phase by the optical phase shifter 155, the optical output ratio between the first output port 153 and the second output port 154 can be changed.

ここで、図４に示すように、反射型波長選択フィルタ３０としてブラッググレーティング（ＢＧ：Ｂｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇ）反射器１３０を用いた構成を例に挙げて外部共振器レーザ光源の動作原理について説明する。ＢＧ光反射器１３０は、特定の波長の光のみを反射することができるため、ＤＢＲ（ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＢｒａｇｇＲｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザの場合と同様に、ＢＧ光反射器１３０の反射波長中心付近で本外部共振器レーザ光源を発振させることができる。 Here, as shown in FIG. 4, the operation principle of the external resonator laser light source will be described by taking as an example a configuration using a Bragg grating (BG) reflector 130 as the reflective wavelength selection filter 30. Since the BG light reflector 130 can reflect only light of a specific wavelength, the external resonator laser is near the center of the reflection wavelength of the BG light reflector 130 as in the case of a DBR (Distributed Bragg Reflector) laser. The light source can be oscillated.

本実施形態の外部共振器レーザ光源においては、２×２光カプラ２０の第１の入力ポート２１と第１の出力ポート２３とを経由して、ＲＳＯＡ１０の劈開端面１１とＳｉ導波路チップ７０のＢＧ反射器１３０との間でレーザ共振器が形成される。このとき、２×２光カプラ２０では、第２の出力ポート２４からの光出力Ｐ₁の他に、第１の入力ポート２２からも光出力Ｐ₂がある。２つのポート２２、２４の光出力強度は一般には異なっており、Ｐ₂＝Ｃ_r ²×（κ−１）×Ｐ₁（式１）の関係がある。ここで、κは２×２光カプラ２０の光結合効率であり、Ｃｒは発振波長におけるＢＧ反射器１３０の透過率である。このとき、光導波損失は無視している。 In the external cavity laser light source of the present embodiment, the cleavage end face 11 of the RSOA 10 and the Si waveguide chip 70 are connected via the first input port 21 and the first output port 23 of the 2 × 2 optical coupler 20. A laser resonator is formed with the BG reflector 130. At this time, in the 2 × 2 optical coupler 20, there is an optical output P ₂ from the first input port 22 in addition to the optical output P ₁ from the second output port 24. The optical output intensities of the two ports 22 and 24 are generally different, and there is a relationship of P ₂ = C _r ² × (κ−1) × P ₁ (Equation 1). Here, κ is the optical coupling efficiency of the 2 × 2 optical coupler 20, and Cr is the transmittance of the BG reflector 130 at the oscillation wavelength. At this time, the optical waveguide loss is ignored.

さらに、レーザ共振器の別の点から光を取り出していることから、可変ＭＺＩ１５０の第１の入力ポート１５１と、第２の入力ポート１５２に入射する光が、同じ光位相を持っているという保証はない。つまり、調整を行わない場合、可変ＭＺＩ１５０の第１の入力ポート１５１と、第２の入力ポート１５２には、位相と強度の異なる光がそれぞれ入射する状況であるといえる。 Furthermore, since light is extracted from another point of the laser resonator, it is guaranteed that the light incident on the first input port 151 and the second input port 152 of the variable MZI 150 has the same optical phase. There is no. That is, when adjustment is not performed, it can be said that light having different phases and intensities are incident on the first input port 151 and the second input port 152 of the variable MZI 150, respectively.

図４の構成においては、可変ＭＺＩ１５０の前段に設けられた光位相シフタ１４０によって、第１の入力ポート１５１と第２の入力ポート１５２に入力される光の位相を同位相に調整することができる。この調整を行うことにより、光の位相・強度が異なる場合であっても、可変ＭＺＩ１５０で、原理的な光損失を受けることなく、２つのポートからの光出力を１つのポートにまとめることができる。例えば第１の出力ポート１５３に光出力をまとめることができる。 In the configuration of FIG. 4, the phase of light input to the first input port 151 and the second input port 152 can be adjusted to the same phase by the optical phase shifter 140 provided in the preceding stage of the variable MZI 150. . By performing this adjustment, the optical output from the two ports can be combined into one port with the variable MZI 150, even if the phase and intensity of the light are different, without receiving a fundamental optical loss. . For example, the optical output can be collected in the first output port 153.

本実施形態の外部共振器レーザ光源においては、可変ＭＺＩ１５０のいずれか１つの出力ポートからの出力、すなわち１出力にする際に原理損失が発生しない。本実施形態の外部共振器レーザ光源の構成によって、原理的な損失がなく２つのポートからの出力光を合波できるということは、通常使用する方向とは逆方向の光伝搬を考えることで、容易に確かめることができる。ここで、ポート１５３のみから光が入射すると仮定する。入射光は可変ＭＺＩ１５０の３ｄＢ合分波器によって２つのアームに分けられ、再度３ｄＢ合分波器にて合波される。可変ＭＺＩ１５０の各アームの光位相シフタ１５５によって光位相を調整することにより、任意の出力比で、原理損失を発生させることなく、ポート１５１と１５２へ、光を分波することができる。この可変ＭＺＩ１５０の動作は、通常の可変ＭＺＩの使用法による動作と同様である。さらに、光位相シフタ１４０により、各ポートの導波光には、任意の位相差をつけることができる。 In the external resonator laser light source of this embodiment, no principle loss occurs when the output from any one of the output ports of the variable MZI 150, that is, one output. With the configuration of the external cavity laser light source of the present embodiment, the fact that the output light from the two ports can be multiplexed without any loss in principle means that light propagation in the direction opposite to the direction normally used is considered. You can check it easily. Here, it is assumed that light enters only from the port 153. Incident light is divided into two arms by a 3 dB multiplexer / demultiplexer of the variable MZI 150 and is multiplexed again by the 3 dB multiplexer / demultiplexer. By adjusting the optical phase by the optical phase shifter 155 of each arm of the variable MZI 150, light can be demultiplexed to the ports 151 and 152 at any output ratio without generating a principle loss. The operation of the variable MZI 150 is the same as the operation based on the normal usage of the variable MZI. Furthermore, the optical phase shifter 140 can add an arbitrary phase difference to the guided light at each port.

本実施形態の外部共振器レーザ光源の構成は、上記の光伝搬と逆方向の光伝搬を利用したものである。光伝搬の相反性より、光強度、位相が異なる光がポート２４、ポート２２から入力された場合でも、原理損失なくポート１５３に光出力がまとめられる、といえる。ポート１５４にも同様にして光出力がまとめられることは、同じ論理で確かめることができる。 The configuration of the external cavity laser light source of the present embodiment utilizes light propagation in the opposite direction to the above light propagation. From the reciprocity of light propagation, it can be said that even when light having different light intensity and phase is input from the port 24 and the port 22, the light output is collected in the port 153 without loss of principle. It can be confirmed with the same logic that the optical output is also collected in the port 154 in the same manner.

なお、本実施形態では、Ｓｉ光導波路チップ７０と反射型半導体光増幅器１０のハイブリッド接続により本発明を実施しているが、これは、光半導体モノリシック集積デバイスの形態でも実現することが可能である以下の実施形態の構成についても同様である。 In the present embodiment, the present invention is implemented by hybrid connection of the Si optical waveguide chip 70 and the reflective semiconductor optical amplifier 10, but this can also be realized in the form of an optical semiconductor monolithic integrated device. The same applies to the configurations of the following embodiments.

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態の外部共振器レーザ光源の構成例を示す図である。本実施形態の外部共振器レーザ光源は、反射型波長選択フィルタ３０としてループミラー型ダブルリングフィルタ２３０を用いた以外は第１の実施形態と同様の構成である。第１の実施形態の外部共振器レーザ光源の各構成と同一機能を果たす部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 (Second Embodiment)
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the external resonator laser light source according to the second embodiment. The external resonator laser light source of this embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except that a loop mirror type double ring filter 230 is used as the reflection type wavelength selection filter 30. Portions that perform the same functions as those of the configuration of the external cavity laser light source of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

ループミラー型ダブルリングフィルタ２３０は、周回長の異なる２つの可変リング型光フィルタをループミラー型に２つ配置した構成を備えている。本実施形態では、第１の実施形態のＢＧ反射器１３０を用いた構成とは異なり、発振周波数を可変とすることができる。第１の実施形態のＢＧ反射器１３０でもＢＧ反射器１３０上部に光位相シフタであるヒータを設けることで波長可変とすることができるが、第２の実施形態のループミラー型ダブルリングフィルタ２３０ではバーニア効果（非特許文献２）を用いているため、波長可変領域は第１の実施形態よりも広くとることができる。 The loop mirror type double ring filter 230 has a configuration in which two variable ring type optical filters having different circulation lengths are arranged in a loop mirror type. In the present embodiment, unlike the configuration using the BG reflector 130 of the first embodiment, the oscillation frequency can be made variable. Even in the BG reflector 130 of the first embodiment, the wavelength can be made variable by providing a heater as an optical phase shifter on the BG reflector 130, but in the loop mirror type double ring filter 230 of the second embodiment, Since the vernier effect (Non-Patent Document 2) is used, the wavelength variable region can be made wider than in the first embodiment.

ループミラー型ダブルリングフィルタ２３０は、周回長の異なる２つの可変リングフィルタ２３１と３ｄＢ合分波器２３２によって構成される。また、可変リングフィルタ２３１はリング共振器フィルタの光周回部に光位相シフタ２３３を備えている。また、２つのリングフィルタは、その周回長を異なる値とすることで、それぞれのフィルタのＦＳＲ（ｆｒｅｅｓｐｅｃｔｒａｌｒａｎｇｅ）を異なる値に設計している。このとき、リング部の光位相シフタを調整することにより、非特許文献２に述べられている場合と同様に、本実施形態の外部共振器レーザ光源について、波長可変動作を行うことができる。 The loop mirror type double ring filter 230 includes two variable ring filters 231 and a 3 dB multiplexer / demultiplexer 232 having different circulation lengths. In addition, the variable ring filter 231 includes an optical phase shifter 233 in the optical circulation portion of the ring resonator filter. Further, the two ring filters are designed to have different values for the FSR (free spectral range) of the respective filters by setting the circulation lengths to different values. At this time, by adjusting the optical phase shifter of the ring portion, the wavelength tunable operation can be performed for the external resonator laser light source of the present embodiment, similarly to the case described in Non-Patent Document 2.

本実施形態の外部共振器レーザ光源において、発振波長を変化させた場合の本構成の調整法について説明する。発振波長を変えた場合、可変ＭＺＩ１５０の第１の入力ポート１５１と第２の入力ポート１５２に入射する光の位相の関係が変化してしまう。よって、発振波長を変化させた場合は、光位相シフタ１４０を再度調整する必要がある。本調整を行えば、第１の実施形態で説明した通り、原理損失なく１つのポートに光出力をまとめることができる。 In the external resonator laser light source of this embodiment, a method for adjusting this configuration when the oscillation wavelength is changed will be described. When the oscillation wavelength is changed, the phase relationship of light incident on the first input port 151 and the second input port 152 of the variable MZI 150 changes. Therefore, when the oscillation wavelength is changed, it is necessary to adjust the optical phase shifter 140 again. If this adjustment is performed, as described in the first embodiment, optical outputs can be combined into one port without loss of principle.

なお、本実施形態の外部共振器レーザ光源では、反射型半導体光増幅器１０とループ型ダブルリングフィルタ２３０との間に２×２光カプラを設けている。この構成は、反射型半導体光増幅器１０から出力される高出力光が、直接にループ型ダブルリングフィルタ２３０に入射することを防ぐという効果をもたらす。なぜなら、反射型半導体光増幅器１０から出力される光は２×２光カプラによって一部分共振器外に取り出されたのちに、ループ型ダブルリングフィルタ２３０に入射するからである。この構成により、高出力光が、光閉じ込め効果の大きいループ型ダブルリングフィルタ２３０内の入射することによって発生する、二光子吸収やキャリアプラズマ効果等の、非線形現象の発生を抑制することができる。本非線形現象は、リングフィルタの屈折率変化を引き起こすため、波長選択フィルタとしてループ型ダブルリングフィルタ２３０を用いる場合、制御の観点から好ましくない。また、本効果は、リング型光フィルタを用いたすべての実施形態において、同様に得ることができる。 In the external cavity laser light source of the present embodiment, a 2 × 2 optical coupler is provided between the reflective semiconductor optical amplifier 10 and the loop double ring filter 230. This configuration brings about an effect of preventing the high output light output from the reflective semiconductor optical amplifier 10 from directly entering the loop double ring filter 230. This is because the light output from the reflective semiconductor optical amplifier 10 is partially taken out of the resonator by the 2 × 2 optical coupler and then enters the loop double ring filter 230. With this configuration, it is possible to suppress the occurrence of nonlinear phenomena such as two-photon absorption and the carrier plasma effect, which are generated when high-power light enters the loop double ring filter 230 having a large light confinement effect. Since this nonlinear phenomenon causes a change in the refractive index of the ring filter, it is not preferable from the viewpoint of control when the loop double ring filter 230 is used as the wavelength selection filter. In addition, this effect can be similarly obtained in all the embodiments using the ring type optical filter.

（第３の実施形態）
図６は、第３の実施形態の外部共振器レーザ光源の構成例を示す図である。本実施形態の外部共振器レーザ光源は、反射型波長選択フィルタ３０として直列型ダブルリングフィルタ３３０を用いた以外は第１の実施形態と同様の構成である。第１の実施形態の外部共振器レーザ光源の各構成と同一機能を果たす部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 (Third embodiment)
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of the external resonator laser light source according to the third embodiment. The external cavity laser light source of this embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except that a series double ring filter 330 is used as the reflective wavelength selection filter 30. Portions that perform the same functions as those of the configuration of the external cavity laser light source of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

直列型ダブルリングフィルタ３３０は、周回長の異なる２つの可変リング型光フィルタ３３１を２つ直列に配置し、ループミラー３３２で反射する構成を備えている。直列型ダブルリングフィルタ３３０では、直列型リングフィルタ内で、各リングフィルタ３３１を２回ずつ通過させることができる。よって、第２の実施形態のループ型リングフィルタ２２０を用いるよりも、直列型ダブルリングフィルタ３３０の方が、同じ条件のリング型フィルタを用いた場合、反射ピークを鋭くする効果がある。この効果により、本構成では、第２の実施形態の場合よりも、レーザ発振時におけるサイドモード抑圧比を向上させることができる。 The series double ring filter 330 has a configuration in which two variable ring optical filters 331 having different circulation lengths are arranged in series and reflected by a loop mirror 332. In the series type double ring filter 330, each ring filter 331 can be passed twice in the series type ring filter. Therefore, the series double ring filter 330 has an effect of sharpening the reflection peak when the ring type filter of the same condition is used rather than using the loop type ring filter 220 of the second embodiment. Due to this effect, in this configuration, the side mode suppression ratio during laser oscillation can be improved as compared with the second embodiment.

直列型ダブルリングフィルタ３３０は、２つのリング型フィルタ３３１と、ループミラー３３２と、リング型フィルタの周回部に設置された位相シフタ３３３によって構成される。直列型ダブルリングフィルタ３３０においては、２つの可変リング型フィルタ３３１が直列に接続されており、後段に接続されたループミラー３３２で光が反射される構造である。直列型ダブルリングフィルタ３３０ではループミラー３３２で反射される前後で、各リング型光フィルタを２回通過する。リングフィルタの透過共振ピークは、フィルタを通過させる回数が多いほど鋭くなるため、本フィルタは各リング一回通過のみのループミラー型ダブルリングフィルタよりも鋭い共振ピークを与えるといえる。 The series double ring filter 330 includes two ring filters 331, a loop mirror 332, and a phase shifter 333 installed at the circumference of the ring filter. The series double ring filter 330 has a structure in which two variable ring filters 331 are connected in series, and light is reflected by a loop mirror 332 connected at a subsequent stage. The series double ring filter 330 passes through each ring type optical filter twice before and after being reflected by the loop mirror 332. Since the transmission resonance peak of the ring filter becomes sharper as the number of times of passing through the filter increases, it can be said that this filter gives a sharper resonance peak than a loop mirror type double ring filter in which each ring passes only once.

（第４の実施形態）
図７は、第４の実施形態の外部共振器レーザ光源の構成例を示す図である。本実施形態の外部共振器レーザ光源は、可変ＭＺＩの第１の出力ポート１５３に、Ｓｉ光変調器４００を接続した以外は第１の実施形態と同様の構成である。第１の実施形態の外部共振器レーザ光源の各構成と同一機能を果たす部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態の外部共振器レーザ光源は、外部共振器レーザ光源の後段にＳｉ変調器４００をオンチップ集積することで、光送信器の簡易化、小型化を実現することができる。 (Fourth embodiment)
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of the external resonator laser light source according to the fourth embodiment. The external resonator laser light source of this embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except that the Si optical modulator 400 is connected to the first output port 153 of the variable MZI. Portions that perform the same functions as those of the configuration of the external cavity laser light source of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. The external resonator laser light source of this embodiment can realize simplification and miniaturization of the optical transmitter by integrating the Si modulator 400 on-chip after the external resonator laser light source.

Ｓｉ変調器４００としては、図８に示すようにＢＰＳＫ（ｂｉｎａｒｙｐｈａｓｅｓｈｉｆｔｋｅｙｉｎｇ）変調器４６０を用いてもよいが、他の変調方式が必要な場合は、例えばＱＰＳＫ、８ＰＳＫ、１６ＱＡＭのそれぞれの変調方式に対応したＳｉ光変調器をオンチップ集積することができる。 As the Si modulator 400, as shown in FIG. 8, a BPSK (binary phase shift keying) modulator 460 may be used. However, when other modulation schemes are required, for example, QPSK, 8PSK, and 16QAM are modulated. Si optical modulators corresponding to the system can be integrated on-chip.

本構成では、可変ＭＺＩ１５０の第１の出力ポート１５３の出力が最大となるよう、光位相シフタ１４０、可変ＭＺＩ１５０の光位相シフタ１５５を調整する。なお、本実施形態ではＢＰＳＫ変調器を用いたが、他の変調方式が必要な場合は、例えばＱＰＳＫ、８ＰＳＫ、１６ＱＡＭのそれぞれの変調方式に対応したＳｉ光変調器をオンチップ集積することができる。また、本実施形態ではＳｉ−ＢＰＳＫ光変調器４６０を可変ＭＺＩの第１の出力ポート１５３に光学的に接続しているが、光変調器に限らず、必要に応じて、各種光フィルタや光検出器をＳｉ光導波路チップ７０内にオンチップで接続し、その機能を利用することができる。 In this configuration, the optical phase shifter 140 and the optical phase shifter 155 of the variable MZI 150 are adjusted so that the output of the first output port 153 of the variable MZI 150 is maximized. In this embodiment, the BPSK modulator is used. However, when other modulation schemes are required, for example, Si optical modulators corresponding to the respective modulation schemes of QPSK, 8PSK, and 16QAM can be integrated on-chip. . In this embodiment, the Si-BPSK optical modulator 460 is optically connected to the first output port 153 of the variable MZI. However, the optical modulator is not limited to the optical modulator, and various optical filters and optical filters may be used as necessary. The detector can be connected on-chip in the Si optical waveguide chip 70 and its function can be utilized.

本実施形態の外部共振器レーザ光源では可変ＭＺＩ１５０の第１の出力ポート１５３のみにＳｉ−ＢＰＳＫ変調器４６０が接続しているが、必要に応じて、可変ＭＺＩ１５０の第２の出力ポート１５４にも変調器や、各種光フィルタや、光検出器を接続することができる。その際、可変ＭＺＩ１５０の光位相シフタ１５５を調整することで、第１の出力ポート１５３と第２の出力ポート１５４への出力比を設計に合わせて任意に設定することができる。 In the external resonator laser light source of the present embodiment, the Si-BPSK modulator 460 is connected only to the first output port 153 of the variable MZI 150, but also to the second output port 154 of the variable MZI 150 as necessary. A modulator, various optical filters, and a photodetector can be connected. At that time, by adjusting the optical phase shifter 155 of the variable MZI 150, the output ratio to the first output port 153 and the second output port 154 can be arbitrarily set according to the design.

図８に示す構成例では波長選択フィルタ３０として直列型ダブルリングフィルタ３３０を用いているが、この代わりにループ型リングフィルタ２３０、ＢＧ反射器１３０、その他の反射型波長選択フィルタを利用することができる。 In the configuration example shown in FIG. 8, the series double ring filter 330 is used as the wavelength selection filter 30. Instead, a loop ring filter 230, a BG reflector 130, and other reflection type wavelength selection filters may be used. it can.

なお、本実施形態の外部共振器レーザ光源では、Ｓｉ変調器４００の入力部が２×２カプラを用いて構成されている場合、２×２カプラ２０の第１の出力ポート２２の光出力Ｐ２と、第２の出力ポート２４の光出力Ｐ１とを、位相シフタ１４０を介して、直接、Ｓｉ光変調器４００の２つの入力ポートに接続することができる。このとき、可変ＭＺＩ１５０は不要となり、外部共振器レーザ光源のさらなる小型化・簡易化を行うことができる。また、 In the external resonator laser light source of this embodiment, when the input unit of the Si modulator 400 is configured using a 2 × 2 coupler, the optical output P2 of the first output port 22 of the 2 × 2 coupler 20 is used. And the optical output P1 of the second output port 24 can be directly connected to the two input ports of the Si optical modulator 400 via the phase shifter 140. At this time, the variable MZI 150 is not required, and the external resonator laser light source can be further downsized and simplified. Also,

１０反射型半導体光増幅器
２０２×２光カプラ
２１２×２光カプラの第１の入力ポート
２２２×２光カプラの第２の入力ポート
２３２×２光カプラの第１の出力ポート
２４２×２光カプラの第２の出力ポート
３０反射型波長選択フィルタ
７０Ｓｉ光導波路チップ
１３０ブラッググレーティング反射器
１４０光位相シフタ
１５０可変マッハツェンダ干渉計
１５１、１５２、１５３、１５４マッハツェンダ干渉計の入出力ポート
２３０ループミラー型ダブルリングフィルタ
２３１リング型光フィルタ
２３２３ｄＢ合分波器
２３３光位相シフタ
３３０直列型ダブルリングフィルタ
３３１リング型光フィルタ
３３２ループミラー
３３３光位相シフタ
４６０ＢＰＳＫ変調器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Reflection type semiconductor optical amplifier 20 2 * 2 optical coupler 21 2 * 2 optical coupler 1st input port 22 2 * 2 optical coupler 2nd input port 23 2 * 2 optical coupler 1st output port 24 2 Second output port of × 2 optical coupler 30 Reflective wavelength selection filter 70 Si optical waveguide chip 130 Bragg grating reflector 140 Optical phase shifter 150 Variable Mach-Zehnder interferometer 151, 152, 153, 154 Input / output port 230 of Mach-Zehnder interferometer Loop mirror type double ring filter 231 Ring type optical filter 232 3 dB multiplexer / demultiplexer 233 Optical phase shifter 330 Series double ring filter 331 Ring type optical filter 332 Loop mirror 333 Optical phase shifter 460 BPSK modulator

Claims

A 2 × 2 optical coupler with an arbitrary branching ratio;
A reflective optical amplifier optically connected to a first input port of the 2 × 2 optical coupler;
A reflective wavelength selective filter optically connected to a first output port of the 2 × 2 optical coupler;
A Mach-Zehnder interferometer with a variable optical output ratio, in which two input ports are optically connected to a second input port and a second output port of the 2 × 2 optical coupler;
At least one optical phase shifter between the 2 × 2 optical coupler and the Mach-Zehnder interferometer;
The reflection type optical amplifier and the reflection type wavelength selection filter resonate through the 2 × 2 optical coupler,
The laser light source, wherein the optical phase shifter aligns phases of light input from the 2 × 2 optical coupler to the two input ports of the Mach-Zehnder interferometer.

The laser light source according to claim 1, wherein the reflective wavelength selection filter is a Bragg grating reflector.

The reflection-type wavelength selection filter includes a ring-type optical waveguide and waveguides provided on both sides thereof, a first output port that transmits through the input port and the ring resonator, and a second that does not transmit through the ring-type optical waveguide. A ring-type optical filter having a plurality of output ports, an optical reflector optically connected to the first output port of the ring-type optical filter, an input port of the ring-type optical filter, and a first of the optical coupler The laser light source according to claim 1, further comprising an optical waveguide that optically connects the output port.

The reflection-type wavelength selection filter includes two ring-type optical filters having different ring lengths of ring-type optical waveguides and the first output of the first ring-type optical filter constituting the two ring-resonant optical filters. An optical waveguide optically connecting a port and an input port of a second ring optical filter constituting the two ring resonant optical filters, and optically connected to the first output port of the second ring optical filter The laser light source according to claim 1, further comprising: an optical waveguide reflector connected to the light source.

The reflective wavelength selection filter includes a 3 dB optical coupler, two ring optical filters having different ring lengths of a ring optical waveguide, and the first ring optical filter constituting two ring resonant optical filters. An optical waveguide that optically connects the input port and the first output port of the 3 dB optical coupler, the input port of the second ring optical filter constituting two ring resonant optical filters, and the 3 dB light An optical waveguide optically connecting a second output port of the coupler, a first output port of the first ring optical filter, and a first output port of the second ring optical filter are optically connected. The optical waveguide according to claim 1, further comprising: an optical waveguide that is connected optically; an optical waveguide that optically connects an input port of the 3 dB optical coupler and a first input port of the optical coupler. The light source.

6. The laser light source according to claim 1, wherein the Mach-Zehnder interferometer having a variable optical output ratio is an optical modulator having an input unit made up of a 2 × 2 optical coupler.

The laser light source according to claim 1, wherein an optical modulator is connected to an output port of the Mach-Zehnder interferometer.