JP2017175009A - 外部共振器型レーザ光源 - Google Patents

Abstract

【課題】外部共振器型レーザ光源の高出力化に伴い、外部共振器部に用いている波長可変フィルタに高出力光が入力されてしまい、発振波長制御の観点から好ましくない。【解決手段】第１光増幅器と、第２光増幅器と、前記第１光増幅器と前記第２光増幅器に光学的に接続された波長可変フィルタと、前記第１光増幅器と波長可変フィルタの間に設けられた第１光タップ構造と、前記第２光増幅器と波長可変フィルタの間に設けられた第２光タップ構造とを備える外部共振器型レーザ光源、とすることによって、波長可変フィルタへの光入力パワーを低減して、波長可変フィルタの特性変化を低減し、高光パワー出力でありながら安定した発振波長制御を可能とした。【選択図】図２

Description

本発明は、光通信に用いられる光源、特に外部共振器型のレーザ光源に関する。

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型レーザ光源の検討が盛んに行われている。

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（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ：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型レーザ光源をＳｉＰｈ送受信器にハイブリッド集積することが期待され、検討が進んでいる（非特許文献１）。

具体的には、通常ＩｎＰなどの化合物半導体で構成される半導体光増幅器と、光変調器や光検出器、光フィルタなどを含むＳｉ導波路チップ（ＳｉＰｈチップ）とをハイブリッド集積することが求められている。このとき、長距離の光伝送（例えば５００ｋｍ以上の伝送）を想定した場合、レーザ光源の高出力化が必要となる（例えば１６ｄＢｍ以上のオンチップ出力）。レーザ光源の高出力化を目指す場合の１つの方法として、個別の半導体光増幅器（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＳＯＡ）を１つのレーザに２つ用いるという方法が考えられる。本検討では高出力化を目指すために、外部共振器型レーザ光源の構成要素として、ほぼ同一の利得帯域を持つ２つのＳＯＡを用いる。

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、レーザ共振器内にＳＯＡを２つ以上使用する場合、外部共振器型レーザ光源の増幅率を増大し、高出力化することができるが、外部共振器部に用いている波長可変フィルタ（例えばリング共振器）に高出力光が入力されてしまい、波長可変フィルタの透過特性を変化させてしまうという課題がある。

図１は、従来の外部共振器型レーザ光源の概略図を表している。図１に示す外部共振器型レーザ光源は、第１の半導体光増幅器（ＳＯＡ）１０と、第２の半導体光増幅器（ＳＯＡ）２０と、Ｓｉ光導波路チップ４０上に形成されたリング共振器型の光フィルタなどで構成された、波長可変フィルタ３０とで構成される。

第１のＳＯＡ１０と波長可変フィルタ３０の第１の入出力ポート３１とは、Ｓｉ光導波路チップ４０上のＳｉ光導波路４１で光学的に接続されており、第２のＳＯＡ２０と波長可変フィルタ３０の第２の入出力ポート３２とは、Ｓｉ光導波路チップ４０上のＳｉ光導波路４２で光学的に接続されている。

光出力は第１のＳＯＡ１０の左側（外側）の端面１１、第２のＳＯＡ２０の左側（外側）の端面２１、波長可変フィルタ３０の右側の出力ポート３３からそれぞれ得られる。第１、第２のＳＯＡ１０，２０のＳｉ光導波路チップ４０側の端面１２、２２は、Ｓｉ光導波路チップ４０のＳｉ光導波路４１、４２と光接続されるため、無反射コートが施されている。

ここで、本外部共振器型レーザ光源のレーザ共振器は、所定の反射率を有する第１のＳＯＡの外側の端面１１と、第２のＳＯＡの外側の端面１２によって形成され、共振するレーザ光はＳＯＡ１０，２０、Ｓｉ光導波路４１、４２、波長可変フィルタ３０を経由して往復することで光増幅される。このとき、Ｓｉ光導波路４１、４２には、第１、第２のＳＯＡ１０、２０で増幅された高出力光が直接入力される。

この高出力光は、Ｓｉ光導波路４１，４２における微小な導波損失のみで、ほぼ減衰しない状態で、波長可変フィルタ３０の第１、第２入出力ポート３１、３２に入力される。つまり、波長可変フィルタ３０には、２つのポートの入力の合計となる高出力な光が直接入力されることになる。

このような高出力光は、非特許文献１にあるように、波長可変フィルタを構成するＳｉ光導波路において特有の非線形な光吸収を引き起こし、熱とキャリアによる意図せぬ屈折率変化を引き起こす。これは、例えば波長可変フィルタ３０の構成要素としてリング共振器型の光フィルタを用いた場合、リング共振器の共振波長が入力される光強度によって変化することとなり、発振波長制御の観点から好ましくない。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、半導体光増幅器と波長可変フィルタからなる外部共振器レーザにおいて、波長可変フィルタへの光入力パワーを低減して、波長可変フィルタの光強度による特性変化を低減し、高光パワー出力でありながら安定した発振波長制御を可能とした外部共振器型レーザ光源を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するために、以下のような構成を備えることを特徴とする。

（発明の構成１）
第１光増幅器と、第２光増幅器と、
単一のＳｉ光導波路チップ内に形成され、前記第１光増幅器と前記第２光増幅器とを光学的に接続する波長可変フィルタと、
前記第１光増幅器と前記波長可変フィルタの間の前記Ｓｉ光導波路チップ内に形成された第１光タップ構造と、
前記第２光増幅器と前記波長可変フィルタの間の前記Ｓｉ光導波路チップ内に形成された第２光タップ構造とを備え、
前記第１光タップ構造または前記第２光タップ構造の少なくとも一方の光出力ポートよりレーザ光を出力する
ことを特徴とする外部共振器型レーザ光源。

（発明の構成２）
前記第２光増幅器は第１光増幅器とほぼ同一の利得特性を持っている
ことを特徴とする発明の構成１記載の外部共振器型レーザ光源。

（発明の構成３）
前記第１光増幅器と前記第２光増幅器は、単体の２ｃｈ集積型半導体光増幅器で構成されている
ことを特徴とする発明の構成２記載の外部共振器型レーザ光源。

（発明の構成４）
前記波長可変フィルタは、リング光導波路上に位相シフタを備えたリング共振器フィルタである
ことを特徴とする発明の構成１乃至３のいずれかに記載の外部共振器型レーザ光源。

（発明の構成５）
前記波長可変フィルタは、２つ以上のリング共振器を光学的に接続した光フィルタである
ことを特徴とする発明の構成１乃至４のいずれかに記載の外部共振器型レーザ光源。

（発明の構成６）
前記第１光タップ構造と、前記第２光タップ構造は、それぞれ任意の結合効率を持った２×２光カプラである
ことを特徴とする発明の構成１乃至５のいずれかに記載の外部共振器型レーザ光源。

（発明の構成７）
前記第１光タップ構造と前記第２光タップ構造の一方の光出力ポートに、波長ロッカーが光学的に接続されて波長制御機構を構成する
ことを特徴とする発明の構成１乃至６のいずれかに記載の外部共振器型レーザ光源。

（発明の構成８）
前記Ｓｉ光導波路チップ内に形成され、前記第１光タップ構造と前記第２光タップ構造の光出力ポートに入力が接続された光変調器を有する
ことを特徴とする発明の構成１乃至６のいずれかに記載の外部共振器型レーザ光源。

本発明を用いれば、半導体光増幅器と波長可変フィルタを用いて動作する外部共振器レーザにおいて、波長可変フィルタへの光入力パワーを低減して、波長可変フィルタの特性変化を低減し、高光パワー出力でありながら安定した発振波長制御が可能となる。

従来の外部共振器型レーザ光源を示す構成図である。 本発明の実施例１に係る外部共振器型レーザ光源を示す構成図である。 本発明の実施例１に係る外部共振器型レーザ光源の別の構成を示す図である。 本発明のＳｉ光導波路チップの断面構成図である。 本発明の実施例２に係る外部共振器型レーザ光源を示す構成図である。 本発明の実施例３に係る外部共振器型レーザ光源を示す構成図である。 本発明の実施例３に係る外部共振器型レーザ光源を示す構成図である。 本発明の実施例４に係る外部共振器型レーザ光源を示す構成図である。 本発明の実施例４との比較例に係る外部共振器型レーザ光源を示す構成図である。

（実施例１）
図２は、本発明の実施例１に係る外部共振器型レーザ光源を示す構成図である。図２に示されるように、実施例１の外部共振器型レーザ光源は、２つの半導体光増幅器（ＳＯＡ）１０、２０と、位相シフタ１３３を備え波長可変フィルタとして機能する透過型のリング共振器フィルタ１３０と、これらを結ぶ光導波路の２つの経路上にそれぞれ設けられた２×２光カプラ１５０、１６０と、光位相シフタ１４１、１４２とを含む。

光位相シフタ１３３、１４１、１４２と、２×２光カプラ１５０と１６０、リング共振器フィルタ１３０は、単一のＳｉ光導波路チップ４０内に形成される。２×２光カプラ１５０、１６０はそれぞれ、第１〜第４の４つのポート（１５１〜１５４，１６１〜１６４）を有している。

２×２光カプラ１５０の第２ポート１５２は、光位相シフタ１４１を介してＳｉ光導波路で第１のＳＯＡ１０と光学的に接続しており、第４ポート１５４は、Ｓｉ光導波路でリング共振器フィルタ１３０の第１の入出力ポート１３１に光学的に接続している。２×２光カプラ１５０の第１ポート１５１、第３ポート１５３は、Ｓｉ光導波路でＳｉ光導波路チップ４０外に接続されて、出力ポートとして使用することができる。

同様に、２×２光カプラ１６０の第２ポート１６２は、光位相シフタ１４２を介してＳｉ光導波路で第２のＳＯＡ２０と光学的に接続しており、第４ポート１６４は、Ｓｉ光導波路でリング共振器フィルタ１３０の第２の入出力ポート１３２に光学的に接続している。２×２光カプラ１６０の第１ポート１６１、第３ポート１６３も、光Ｓｉ光導波路でＳｉ光導波路チップ４０外に接続されて、出力ポートとして使用することができる。

これら２つの２×２光カプラ１５０、１６０が、２つの光増幅器（ＳＯＡ）と、リング共振器フィルタ１３０（波長可変フィルタ）および出力ポートを光学的に接続し、レーザ共振器内から共振器外へと光取り出しを行うための第１及び第２の光タップ構造を構成している。

本実施例１の外部共振器型レーザ光源においては、このような光タップ構造を設けることによって、前記第１光タップ構造または前記第２光タップ構造の少なくとも一方の光出力ポートよりレーザ光を出力することにより波長可変フィルタへの光入力パワーを低減して、波長可変フィルタの光強度による特性変化を低減し、高光パワー出力でありながら安定した発振波長制御が可能となる。

本実施例１において、レーザ共振器は、第１のＳＯＡの外側の端面１１と第２のＳＯＡの外側の端面２１とで構成されており、ＳＯＡの利得スペクトルと、共振器内のリング共振器フィルタ１３０の透過スペクトルによって発振波長が選択される。リング共振器フィルタ１３０のリング上の位相シフタ１３３および１４１、１４２を調整することによって、レーザ発振波長を可変とできる。

（半導体光増幅器）
図２の第１の半導体光増幅器（ＳＯＡ）１０は、端面１１と、Ｓｉ光導波路チップと接続する端面１２と、光スポットサイズ変換器（Ｓｐｏｔ Ｓｉｚｅ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：ＳＳＣ）１３と光増幅部１４で構成される。ＳＯＡとして、例えばＩｎＰ系の導波路型光増幅器が用いられる。

ＳＯＡ１０の外側（左側）の端面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が、本構成においては、本端面１１から光を取りだすことはないので、薄膜コーティングを行うことで、高反射（Ｈｉｇｈ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：ＨＲ）面として反射率を１に近い値に設定することができる。

ＳＯＡ１０のＳｉ光導波路チップ４０側（右側）の端面１２は、Ｓｉ光導波路との接続面であり、反射を防ぐために反射防止（Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：ＡＲ）コートを施すことができる。また、同じく反射を防止するために、例えば端面に対する垂線から６°傾けた斜め導波路を導入することもできる。

光スポットサイズ変換器（ＳＳＣ）１３は、Ｓｉ光導波路のモードフィールド径とＳＯＡの出射端でのモードフィールド径を合わせるために導入する。例えば、ＳＳＣ１３として、先端幅が３．５μｍのフレア型テーパＳＳＣを用いることができる。

また、ＳＯＡ１０とＳｉ光導波路チップ４０は、それぞれの素子からの出射光が光結合する位置で、チップの相対位置を固定する。例えば、フリップチップ実装法などで固定することができる。

第２のＳＯＡ２０は、第１のＳＯＡ１０とほぼ同一の利得特性を持つよう製造されており、両端の端面２１，２２についてもＳＯＡ１０の端面１１、１２と同様の構成である。

なお、図３に示すように、別々のチップのＳＯＡ１０、２０を用いる代わりに、単体の２ｃｈ集積型半導体光増幅器（ＳＯＡ）５０を用いて光増幅機能を実現してもよい。２ｃｈ集積型ＳＯＡ５０を用いることで、個別のＳＯＡを２つ実装する場合に比べて、ＳＯＡの実装工程を減らすことができ、製造工程を簡素化することができる。

（Ｓｉ光導波路、光位相シフタ）
図４に、図２のＳｉ光導波路チップ４０で用いるＳｉ光導波路の断面構成図を示す。図４のＳｉ細線導波路９２０は、Ｓｉ基板９００上のＳｉＯ₂膜９１０の内に埋め込み構造で形成されている。

また、図４上部に示すように、光位相シフタ（図２の１３３、１４１、１４２ほか）は、Ｓｉ細線導波路９２０上のＳｉＯ₂膜９１０にＴｉＮのヒータ９３０とＴａＮとＡｌから成る電極９４０を配置し、通電して加熱する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、導波路の温度変化による熱膨張を利用して屈折率変化させ、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。

Ｓｉ細線導波路９２０や光位相シフタ各部の例示的な断面寸法は、図４に図示のとおりである。以後、光位相シフタという場合は、本ヒータ９３０と同様の断面構造のものを指す。

（２×２光カプラ）
図２のＳｉ光導波路で実現される光タップ構造である２×２光カプラ１５０、１６０として、例えば方向性結合器を用いて実現する方法がある。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（結合効率）をもつ２×２光カプラ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た２×２光カプラやその他の２×２フィルタを用いて２×２光カプラ１５０、１６０の機能を実現してもよい。

なお、本実施例１では、第１、第２の２×２光カプラ１５０、１６０はκ１、κ２のパワー結合比（結合効率）を持っているとする。これらのκの値は、具体的にはＳＯＡとの兼ね合いで決まり、例えばκ：０．８とすることができる。

ここで、０＜κ１、κ２＜１とする。このとき、第１の２×２光カプラ１５０の第２ポート１５２へ光を入力すると、第３ポート１５３へ（κ１）×１００％のパワーの光が、第４ポート１５４へ（１−κ１）×１００％のパワーの光が、それぞれ分岐して出力される。

また、同様に、第２の２×２光カプラ１６０の第２ポート１６２へ光を入力すると、第３ポート１６３へ（κ２）×１００％のパワーの光が、第４ポート１６４へ（１−κ２）×１００％のパワーの光が、それぞれ分岐して出力される。

このような２×２光カプラ１５０、１６０を２つの光タップ構造として設けることにより、波長可変フィルタであるリング共振器フィルタ１３０に入力される光パワー量を低減することができる。

（リング共振器フィルタ）
図２のリング共振器フィルタ１３０は、第１の入出力ポート１３１から第２の入出力ポート１３２への透過において、周期的な透過ピーク（共振ピーク）を持つ。よって、ＳＯＡ１０、２０の利得の一番高い共振ピーク位置付近の波長でレーザ発振させることができる。ここで、この共振ピークは、隣接縦モードを十分抑制可能な程度に鋭く設計されているものとする。

リング共振器フィルタ１３０の共振ピーク位置は、フィルタ内のリング状光導波路に設けられた光位相シフタ１３３に設けられたヒータに与える電力を調整することにより、可変とすることができる。

なお、本実施例では、波長可変レーザとしてリング共振器フィルタ１３０を用いて構成しているが、透過波長が可変なマッハツェンダ―干渉計型フィルタやブラックグレーティングフィルタなどを波長可変フィルタとして用いてもよい。

（リング共振器フィルタに入力される光パワーの抑制）
図１の従来構成と図２の本実施例１の構成について、波長可変フィルタ３０とリング共振器フィルタ１３０へ入力する光パワーの比較を行う。まず、ＳＯＡ１０で増幅された光が、第１入出力ポート３１、１３１から波長可変フィルタ３０、リング共振器フィルタ１３０に入力される分を比較する。

図１の従来構成では、ＳＯＡ１０にて増幅され、出力された光は微小な導波損失を受けるのみで、ほぼ減衰することなく波長可変フィルタ３０の第１の入出力ポート３１へ入力されていた。一方、図２の本実施例１の構成では、ＳＯＡ１０にて増幅され、出力された光は、微小な導波損失の他に、第１の２×２光カプラ１５０にて、共振器からの光取り出しによる損失を受けたのちに、リング共振器フィルタ１３０に入力される。

具体的には、第１の２×２光カプラの第２ポート１５２に入力された光の（１−κ１）×１００％が、第４ポート１５４へ出力される。よって、リング共振器フィルタ１３０の第１入出力ポート１３１へ入力される光は、従来構成に比べ、本構成では（１−κ１）×１００％だけ低減される。

同様に、ＳＯＡ２０で増幅された光が波長可変フィルタ３０、リング共振器フィルタ１３０に第２入出力ポート３２、１３２から入力される分を比較する。上記と同様の議論により、図１の従来構成に比べ、図２の本実施例１の構成では、第２の２×２光カプラ１６０にて光取り出しによる損失を受ける分を考慮すると、リング共振器フィルタ１３０の第２入出力ポート１３２に入力する光パワーは、従来構成に比べ、本構成では（１−κ２）×１００％だけ低減される。

以上のように、本実施例１の構成では、リング共振器フィルタ１３０に入力される光パワー量を低減することができ、リング共振器の光強度による共振波長変化を低減し、安定した発振波長制御が可能となる。

（実施例２）
図５は、本発明の実施例２に係る外部共振器型レーザ光源を示す構成図である。なお、実施例２において、実施例１中で述べた特徴について、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。また、実施例２以降の実施例においても、当該実施例よりも前の実施例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。

（実施例１との差分とその効果）
図５に示されるように、実施例２の外部共振器型レーザ光源は、実施例１の外部共振器型レーザ光源の単一のリング共振器を用いたリング共振器フィルタ１３０の代わりに、リングの周回長の異なる２つのリング共振器を直列に光学結合した、ダブルリングフィルタ２３０を用いたものである。

ダブルリングフィルタ２３０は非特許文献１にあるとおり、２つの異なるリング共振器の周期性を利用して、バーニア型フィルタを形成することが可能である。本バーニアフィルタでは、１つのリング共振器を用いた場合に比べ、フィルタの透過スペクトルの周期を実質的に拡大することができる。フィルタの透過スペクトルの周期は、単一波長発振時における波長可変領域を制限するので、実施例１に比べ、実施例２では、より広い波長可変領域をもつレーザを実現することができる。

（ダブルリングフィルタ）
ダブルリングフィルタ２３０は、第１の入出力ポート２３１から第２の入出力ポート２３２への透過において、２つのリング共振器のバーニア効果によって拡大された周期の透過スペクトルをもつ。よってＳＯＡ１０、２０の一番高い利得を持つ透過ピーク付近の波長で、レーザ発振させることができる。ここで、それぞれのリング共振器の透過ピークは、レーザ発振における隣接縦モードを十分抑制可能な程度に鋭く設計されているものとする。ダブルリングフィルタ２３０の透過ピーク位置は、第１の光位相シフタ２３３と第２の光位相シフタ２３４に設けられたヒータに与える電力を調整することにより、可変とすることができる。

また、使用するリング共振器の数は２つに限らず、３つ以上のリング共振器を光学的に接続した光フィルタとすることによって、さらに波長可変領域を拡大することが可能である。

（実施例３）
図６は、本発明の実施例３に係る外部共振器型レーザ光源を示す構成図である。図６の実施例３の外部共振器型レーザ光源は、光変調器３７０による光変調機能も備えたレーザ光源であって、具体的には図４の実施例２のレーザ光源の出力ポートである第１の２×２光カプラ１５０の第３ポート１５３と第２の２×２光カプラ１６０の第３ポート１６３に、光変調器３７０の第１入力ポート３７１と第２入力ポート３７２が接続されている構成をもつ、レーザ光源である。

（実施例２との差分とその効果）
シリコンフォトニクスプラットフォームでは、光位相を数十ＧＨｚの電気変調信号で変調できる光変調部をＳｉ光導波路チップ上に形成し、集積することが可能である。図６の本実施例３では、光変調器３７０としてマッハツェンダー型光変調器を集積している。光変調器３７０を、外部共振器レーザの外部共振器部と同一のＳｉ光導波路チップ４０内に形成することで、別々のモジュールで波長可変レーザと光変調器を形成する場合に比べて、より小型な光送信器を実現することができる。

（光変調器）
図６の光変調器３７０は、その第１入力ポート３７１と第２入力ポート３７２がレーザ光源出力ポート１５３，１６３に接続された、マッハツェンダー型光変調器である。マッハツェンダー変調器の各アームは第１、第２の光変調部３７３、３７４と、光位相調整部である第１、第２の位相シフタ３７５、３７６とを備える。

本構成では、第１の２×２光カプラ１５０と第２の２×２光カプラ１６０の光カプラの光パワー結合比は、同一になるように設計されているとする。また、ダブルリングフィルタ２３０に対して、対称に光導波路を設計することにより、第１入力ポート３７１と第２入力ポート３７２に入力される光パワーをほぼ同等とすることができる。さらに、位相シフタ３８０を用いて、マッハツェンダー型光変調器への入力位相も調整することで、原理損失なく光を入力することが可能である。

なお、図６の本実施例３では、１つのマッハツェンダー変調器の２つの入力ポート３７１，３７２が、外部共振器レーザの２つの出力ポート１５３，１６３に接続された構成であったが、同一基板上に形成された光変調器であれば、いずれの出力ポートに接続されていてもよい。

また、図６では単一マッハツェンダー変調器を接続した構成を本実施例３としたが、図７に示すように複数のマッハツェンダー変調器を用いて構成される光変調器が接続されていてもよい。

なお、図６の本実施例３では、単一偏波の送信器としての構成を述べたが、図７に示すとおり、２つの出力ポート（例えば、ポート１５３とポート１６３）にそれぞれ光変調器３９１，３９２を接続し、片方の変調器３９２の後段に偏波回転器３９３を接続し、偏波を９０度回転して合波することで、偏波多重光送信器を構成することもできる。

その際、各偏波間の出力パワーの違いを補正するために、各偏波チャネル毎に可変光減衰器を集積することもできる。図６では、各偏波に対してＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）変調器が集積されていたが、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）、１６ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）などの他の変調フォーマットに対応した光変調器を用いることもできる。

（実施例４）
図８は、本発明の実施例４に係る外部共振器型レーザ光源を示す構成図である。

実施例４の外部共振器型レーザ光源は、実施例２の外部共振器型レーザ光源の一方の光出力ポートである第２の２×２光カプラの第１ポート１６１に、波長調整機構をもつ波長ロッカー４７０を備えた構成をもつ、光送受信器用のレーザ光源である。

（実施例２との差分とその効果）
本実施例４の構成では、レーザ光源の発振波長を波長ロッカーを用いてモニタし、波長制御機構によってフィードバック制御することによって、レーザ発振波長を精密に制御することができる。

（波長ロッカー）
具体的には、図８の本波長ロッカー４７０と、図示しない制御用電子回路等で構成された波長制御機構を用いることで、レーザ光源の発振波長をモニタし、本レーザ光源の外部共振器内に設置された光位相シフタ１４１、１４２、２３３、２３４に与える電力を制御し、発振波長を精密に制御することができる。

（外部共振器レーザを２つ用いる場合よりも優位な点）
ここで、図８の本実施例４の構成は、比較例として図９に示すような、２つの外部共振器レーザを用いて同等の光出力を確保する場合よりも優位になることを説明する。

光源、光変調器、受光回路を一体集積するような、集積型コヒーレント光送受信器用レーザでは、送信器の光送信回路において、信号光として用いられる光と、受信器の受光回路において、イントラダイン受信を行う場合の局発光として用いられる光として用いる光源が２系統必要となり、レーザには高出力化が求められる。そこで、図９の比較例に示すように、２つの独立な外部共振器レーザを用いて、例えば１つの外部共振器レーザの光出力を信号光、残りの１つを局発光として用いることが想定される。

このとき、それぞれの外部共振器レーザは独立であり、同じ波長でありながら発振波長を制御する場合は波長ロッカーが２つ必要となる（４７１、４７２）。さらに、波長制御用電子回路等も２つ必要になる。

一方、図８の本実施例４の構成では、２つのＳＯＡを用いて１つの外部共振器レーザを構成しているので、波長制御を行う機構は１つで良く、図９に示す場合よりも構成を簡易化できる、さらに、波長制御用電子回路も１つで良く、制御に必要な電力を削減可能である。

ここで、カプラでの光取り出し効率が同じで、導波路での光導波損失、波長可変フィルタ３０での損失を無視すると、図８の４つの出力ポート１５１、１５３、１６１、１６３の光出力合計は、図９の２つの独立な外部共振器レーザの光出力の合計と同じとなる。よって、本構成を用いることで、２つの独立な外部共振器レーザよりも簡易な波長制御構成で、同等の出力を得ることができるといえる。

（実施の可能性を広げる事項）
なお、本実施例４では、波長ロッカー４７０はレーザ光源の光出力ポート１６１に接続されていたが、他の光出力ポートに接続されていてもよいのは明らかである。また、本実施例４では、波長ロッカー４７０はＳｉ光導波路チップ４０の外に設置されていたが、Ｓｉ光導波路チップ４０内に同等の機能を集積してもよい。

以上の様に、本発明を用いれば、２つの半導体光増幅器を用いて動作する外部共振器レーザにおいて、波長可変フィルタへの入力パワーを低減して、高光パワー出力でありながら安定した発振波長制御が可能となる。

１０、２０ 半導体光増幅器（ＳＯＡ）
１１、１２、２１、２２ 半導体光増幅器（ＳＯＡ）の端面
１３、２３ 光スポットサイズ変換器（ＳＳＣ）
１４、２４ 光増幅部
３０ 波長可変フィルタ
３１、３２、３３ 波長可変フィルタの入出力ポート
４０ Ｓｉ光導波路チップ
４１、４２ Ｓｉ光導波路
５０ ２ｃｈ集積型半導体光増幅器（ＳＯＡ）
１３０ リング共振器フィルタ
１３１、１３２ リング共振器フィルタの入出力ポート
１３３、１４１、１４２、２３３、２３４、３８０ 光位相シフタ
１５０、１６０ ２×２光カプラ
１５１、１５２、１５３、１５４、１６１、１６２、１６３、１６４
２×２光カプラの第１ポート〜第４ポート
２３０ ダブルリングフィルタ
２３１、２３２ ダブルリングフィルタの入出力ポート
３７０、３９１、３９２ 光変調器
３７１、３７２ 光変調器の入力ポート
３７３、３７４ 光変調部
３７５、３７６ 光変調器の光位相シフタ
３９３ 偏波回転器
４７０、４７１、４７２ 波長ロッカー
９００ Ｓｉ基板
９１０ ＳｉＯ₂膜
９２０ Ｓｉ細線導波路
９３０ ヒータ
９４０ 電極

Claims (8)

1. 第１光増幅器と、第２光増幅器と、
   単一のＳｉ光導波路チップ内に形成され、前記第１光増幅器と前記第２光増幅器とを光学的に接続する波長可変フィルタと、
   前記第１光増幅器と前記波長可変フィルタの間の前記Ｓｉ光導波路チップ内に形成された第１光タップ構造と、
   前記第２光増幅器と前記波長可変フィルタの間の前記Ｓｉ光導波路チップ内に形成された第２光タップ構造とを備え、
   前記第１光タップ構造または前記第２光タップ構造の少なくとも一方の光出力ポートよりレーザ光を出力する
   ことを特徴とする外部共振器型レーザ光源。
2. 前記第２光増幅器は第１光増幅器とほぼ同一の利得特性を持っている
   ことを特徴とする請求項１記載の外部共振器型レーザ光源。
3. 前記第１光増幅器と前記第２光増幅器は、単体の２ｃｈ集積型半導体光増幅器で構成されている
   ことを特徴とする請求項２記載の外部共振器型レーザ光源。
4. 前記波長可変フィルタは、リング光導波路上に位相シフタを備えたリング共振器フィルタである
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の外部共振器型レーザ光源。
5. 前記波長可変フィルタは、２つ以上のリング共振器を光学的に接続した光フィルタである
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の外部共振器型レーザ光源。
6. 前記第１光タップ構造と、前記第２光タップ構造は、それぞれ任意の結合効率を持った２×２光カプラである
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の外部共振器型レーザ光源。
7. 前記第１光タップ構造と前記第２光タップ構造の一方の光出力ポートに、波長ロッカーが光学的に接続されて波長制御機構を構成する
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の外部共振器型レーザ光源。
8. 前記Ｓｉ光導波路チップ内に形成され、前記第１光タップ構造と前記第２光タップ構造の光出力ポートに入力が接続された光変調器を有する
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の外部共振器型レーザ光源。

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