JP2017223738A - 光デバイス、波長可変光源、及びこれを用いた光送信器 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型で温度依存性の小さい光デバイスを提供する。【解決手段】光デバイス１０Ａは、半導体基板２０上の分岐部１１と合波部１４の間に配置される第１導波路１２と、分岐部と合波部の間に配置され、第１導波路よりも長い第２導波路１３と、を有し、第１導波路の光閉じ込めは第２導波路の光閉じ込めよりも強く、第１導波路は、第１の曲率半径Ｒｓの湾曲を有し、第２導波路は、第２の曲率半径Ｒ１の湾曲を有し、第１の曲率半径は第２の曲率半径よりも小さい。【選択図】図４
Description
本発明は、光デバイス、波長可変光源、及びこれを用いた光送信器に関する。
大容量の光通信を実現するため、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）が用いられている。ＷＤＭでは、異なる波長の光を発振する波長可変光源（ＴＬＳ：Tunable Light Source）が用いられている。波長可変光源に、波長制御のための波長モニタが設けられる場合がある。波長モニタは、たとえば一定の周期的な透過スペクトルをもつ波長フィルタとフォトダイオード（ＰＤ）で実現される。周期的な透過スペクトルによって複数の異なる波長の光を取り出すことができる。周期的な透過スペクトルの波長フィルタとして、遅延干渉計が用いられる。
高精度に波長を制御するため、波長多重光源の波長フィルタでは、フリースペクトルレンジ（ＦＳＲ）は１ｎｍ程度、あるいはそれ以下であることが望ましい。ＦＳＲは遅延干渉計の遅延量で決まる。
これまでは、石英基板上に光回路を形成したＰＬＣ（Planer Lightwave Circuit：プレーナ光導波路回路）による波長可変光源が用いられてきた。デバイスの小型化の観点からは、シリコンフォトニクス技術で共振器や波長フィルタを形成するのが望ましい。遅延干渉計をシリコン（Ｓｉ）導波路で形成する場合、２本のアーム長の差を０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度とすることで１ｎｍのＦＳＲが得られる。
しかし、シリコン（Ｓｉ）の熱光学係数はＰＬＣ導波路に比べて大きく、温度変化によって遅延量が変化しやすくなる。熱光学係数は、屈折率等の光学特性の温度依存性を表わす。石英に比べて熱光学係数の大きいＳｉを用いると、温度変化によって波長フィルタのピーク波長がシフトしやすくなる。
図１は、温度変化にともなう遅延量の変化をキャンセルする公知の構成例を示す。遅延干渉計１１０を形成する２本の導波路１１２と１１３のうち、短い導波路１１２のコア幅Ｗｓを長い導波路１１３のコア幅Ｗｌよりも太くする。この構成により、２つの導波路１１２、１１３間に生じる温度依存性の変化の違いを相殺し、光学長の温度依存性を同程度にする（たとえば、特許文献１及び特許文献２参照）。
図１の遅延干渉計をＳｉ導波路の波長フィルタに適用して、１ｎｍ以下のＦＳＲを維持して温度変化による影響を相殺するには、短いほうの導波路１１２の長さが０．５ｍｍ〜１ｍｍ、長いほうの導波路１１３の長さはその約２倍となる。そのため、２本の導波路１１２と１１３は、図１のように曲げて配置される。この場合、遅延干渉計が占有する面積が大きくなり、デバイスサイズが大きくなる。
また、遅延干渉計を波長可変光源の波長フィルタに用いる場合、電流の注入を受ける誘導放出媒体が熱源となり、２本の導波路１１２、１１３の間で温度差が生じやすくなる。その結果、温度変化に対してフィルタのピーク波長がシフトしやすくなる。
そこで、小型で温度依存性の小さい光デバイスを実現することを課題とする。
一つの態様では、光デバイスは、
半導体基板上の分岐部と合波部の間に配置される第１導波路と、
前記分岐部と前記合波部の間に配置され、前記第１導波路よりも長い第２導波路と、
を有し、
前記第１導波路の光閉じ込めは前記第２導波路の光閉じ込めよりも強く、
前記第１導波路は、第１の曲率半径の湾曲を有し、
前記第２導波路は、第２の曲率半径の湾曲を有し、
前記第１の曲率半径は前記第２の曲率半径よりも小さい。
半導体基板上の分岐部と合波部の間に配置される第１導波路と、
前記分岐部と前記合波部の間に配置され、前記第１導波路よりも長い第２導波路と、
を有し、
前記第１導波路の光閉じ込めは前記第２導波路の光閉じ込めよりも強く、
前記第１導波路は、第１の曲率半径の湾曲を有し、
前記第２導波路は、第２の曲率半径の湾曲を有し、
前記第１の曲率半径は前記第２の曲率半径よりも小さい。
小型で温度依存性の小さい光デバイスが実現する。
実施形態の構成と手法を説明する前に、図２と図３を参照して、実施形態の波長可変光源に図１の遅延干渉計を用いる際の技術課題をより詳細に説明する。
図２は、波長可変光源となる光源チップの模式図である。波長可変光源は、ＳＯＡ２１と共振器２３で形成される光源と、波長モニタ２４を有する。光源で生成される光の一部はカプラ２２で分岐されて、波長モニタ２４に入力される。波長モニタ２４は、波長フィルタと光検出器（ＰＤ）２５を含む。光検出器２５の出力はモニタ情報を表わし、共振器２３にフィードバックされて光源の波長が制御される。
より詳しくは、キャリアの注入によりＳＯＡ２１で誘導放出された光は共振器２３に導かれ、特定の波長の光が共振され増幅されてレーザ発振する。ＳＯＡ２１の出射端に高反射膜ＨＲが形成され、共振器２３と対向する面には反射防止（ＡＲ：Anti-Reflecting）コーティングが施されている。共振器２３のＳＯＡ２１に対向する面と反対側の端部に、たとえば分布ブラッグ反射器などの反射部が形成されている。ＳＯＡ２１のＨＲコーティング面と共振器２３の反射部でレーザ共振器が形成される。
レーザ発振した光の一部は、波長モニタ２４に入力される。波長モニタ２４で用いられる波長フィルタは、周期的な透過スペクトルを有し、複数の波長の光をフィルタリングすることができる。
図３は、図２の波長可変光源の波長フィルタに、図１の遅延干渉計１１０を適用したときの構成を示す。基板２０上のグラデーションは温度勾配を示す。色が濃い部分が温度の高い領域であり、色が薄いほど温度は低くなる。ＳＯＡ２１は、たとえばインジウムリン（ＩｎＰ）系の化合物半導体で形成されており、発光効率は高いが、発光に寄与しなかった部分の電流は熱になって外に出る。レーザの発振周波数の安定化のための温度制御機構が設けられる場合であっても、ＳＯＡ２１が熱源となって、導波路１１２、１１３が形成された基板２０に温度勾配が生じる。基板２０の温度勾配は、ＳＯＡ２１への注入電流の変動や環境温度の変化によって変化する。
波長フィルタを形成する遅延干渉計１１０の導波路のうち、短いほうの導波路１１２の幅Ｗｓを大きくすることで、光閉じ込めを強くして実効的な熱光学係数を大きくすることができる。導波路１１２の温度変化に対する屈折率の変化を大きくすることで、温度変化による導波路１１２の光学長の変化を導波路１１３で生じる変化と同等にして、遅延量の変化をキャンセルする。
しかし、遅延干渉計１１０の２つの導波路１１２と１１３が図３のように離れて配置されていると、熱源となるＳＯＡ２１の影響で導波路１１２と導波路１１３の間の温度差が大きくなる。その結果、熱光学係数の調整にもかかわらず、温度変化に対して波長フィルタのピーク波長がシフトしやすくなる。
図３の構成で温度変化の影響を抑えつつ導波路１１２、１１３の長さを短くするには、長いほうの導波路１１３の幅Ｗｌを小さくすることが望ましい。しかし、導波路１１３を細くすると光の閉じ込めが小さくなり、曲げ損失が増大する。そこで、実施形態では以下で説明するように、波長フィルタの配置と構成を工夫することで、小型で温度依存性の抑制された光デバイスを実現する。
図４は、実施形態の波長可変光源１Ａの概略図である。波長可変光源１Ａは、ＳＯＡ２１と共振器２３で形成される外部共振器型のレーザ素子（光源）と、光デバイスとしての遅延干渉計１０Ａを有する。ＳＯＡ２１は、化合物半導体で形成される誘導放出媒体チップであり、図４の例ではシリコンの基板２０に実装されている。ＳＯＡ２１は、たとえば基板２０に形成されたテラスに配置され、ＳＯＡ２１の活性層は基板２０の高さ方向（Ｚ方向）と面内（ＸＹ面内）方向で、基板２０に形成された導波路１５と位置合わせされている。ＳＯＡ２１は、導波路１５によって共振器２３と光学的に接続されている。共振器２３としては任意の構成を用いることができ、たとえば所定の周長を有するリング型あるいはレーストラック型の導波路と、分布ブラッグ反射器を組み合わせた構成を用いることができる。
ＳＯＡ２１から誘導放出され共振器２３の共振周波数で増幅された光は、ＳＯＡ２１の一端側から出力される。共振波長を有する光の一部は、方向性結合器などのカプラ２２で分岐され、遅延干渉計１０Ａに入力される。
遅延干渉計１０Ａは、分波器１１と合波器１４の間に延びる第１導波路１２と第２導波路１３を有し、遅延干渉により周期的な透過スペクトルを有する波長フィルタとして動作する。分波器１１と合波器１４は、たとえばシリコンのスラブ導波路である。第１導波路１２と第２導波路１３は、シリコンコアの導波路である。第１導波路１２の長さは、第２導波路１３の長さよりも短い。第１導波路１２と第２導波路１３の長さの差ΔＬは、目標とするＦＳＲに応じて決定される。
第１導波路１２の幅は、第２導波路１３の幅よりも大きい。第１導波路の幅と、第２導波路１３の幅は、温度に対するピーク波長の目標シフト量（ｎｍ／Ｔ）に応じて設定されている。一例として、ピーク波長の目標シフト量（温度依存性）を、０．０２ｎｍ／℃程度まで小さく設定される。この目標値に応じて第１導波路１２の幅を広げ、第２導波路１３との間で光学長の温度依存性が同等になるように調整する。必要に応じて、第２導波路１３の幅を細くしてもよい。第１導波路１２のコア幅が大きくなりすぎると、マルチモードになるおそれがある。第２導波路１３のコアの幅が小さくなりすぎると、光閉じ込めが弱くなり損失が生じる。そこで、ピーク波長の温度依存性の低減と、低損失のシングルモード伝送の観点から、適切な範囲で第１導波路１２と第２導波路１３の幅を調整する。
導波路の長さの差ΔＬで決まる周期的な透過スペクトルを有する遅延干渉計１０Ａを通過した光は、光検出器（ＰＤ）２５で検出される。検出結果は外部の制御ＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）７０に供給され、検出結果に応じて、共振器２３の共振周波数が制御される。共振周波数は、たとえば、共振器２３を形成するリング型あるいはレーストラック型の導波路に設けられるヒータの加熱温度を制御することで制御可能である。
実施形態のひとつの特徴として、短いほうの第１導波路１２は、曲率半径がＲｓの湾曲を含み、長いほうの第２導波路１３は、曲率半径がＲｌの湾曲１３ａを含む。ＲｌはＲｓよりも大きく設定されている（Ｒｓ＜Ｒｌ）。ＲｌをＲｓよりも大きくすることで、第２導波路１３の曲げ損失を抑制して、コア幅をできるだけ小さくする。第２導波路１３の幅を小さくすることで、温度変化による屈折率変化の影響を小さくして、導波路長が長くなることを防止する。
図４の例では、第２導波路１３は、２回以上の折り返しを有する蛇行導波路を含み、蛇行導波路部分で２以上の湾曲１３ａを有する。各湾曲１３ａの曲率半径Ｒｌは必ずしも同一でなくてもよいが、それぞれの曲率半径Ｒｌは第１導波路１２の湾曲の曲率半径Ｒｓよりも大きく設定されている。
他方、第１導波路１２はマルチモードを生じさせない程度に太く、光閉じ込めが強い。第１導波路１２の曲率半径Ｒｓを第２導波路１３の曲率半径Ｒｌより小さくしても、曲げ損失の影響を受けにくい。第１導波路１２の曲げ半径Ｒｓを小さくすることで、波長可変光源１Ａを小型化することができる。
遅延干渉計１０Ａは、基板２０上で熱源となるＳＯＡ２１と対角の位置に配置されている。ＳＯＡ２１と最も離れた位置に遅延干渉計１０Ａを配置することで、第１導波路１２と第２導波路１３がシリコンで形成されている場合でも、電流変動や環境温度の変化による温度勾配の変化の影響をできるだけ回避することができる。
図４の例では、それぞれ異なる曲率半径の第１導波路１２と第２導波路１３を、ＳＯＡ２１の対角位置で、互いに近接して配置し、波長可変光源１Ａをコンパクトにしている。第１導波路１２と第２導波路１３を基板２０上の同じエリア内に近接配置することによっても、温度勾配の変化にともなうフィルタ波長のシフトを抑制できる。
ただし、第１導波路１２と第２導波路１３は光学的に結合しない距離を保っている。第１導波路１２から第２導波路１３の最も近い部分までの距離Ｓは、第２導波路１３の曲率半径Ｒｌの２倍よりも小さいことが望ましい（Ｓ＜２×Ｒｌ）。距離Ｓは、第１導波路１２と第２導波路１３の中心間の距離である。第１導波路１２と第２導波路の近接部の距離Ｓを、第２導波路１３の湾曲部が占有する領域のサイズよりも小さくすることで、２つの導波路１２、１３を温度分布が近似する領域内に配置して、温度勾配の影響を軽減する。
図５は、図４のＸ−Ｘ'ラインでの断面図である。シリコン基板２０の上にＢＯＸ（Buried Oxide：埋め込み酸化）層２０１が配置され、ＢＯＸ層２０１の上に、シリコンの第１導波路１２と第２導波路１３が形成されている。第１導波路１２と第２導波路１３は、シリコンよりも熱光学係数の小さなクラッド層２０２で覆われている。クラッド層２０２は、たとえば二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）で形成されている。ＢＯＸ層２０１とクラッド層２０２で囲まれたシリコンの第１導波路１２と第２導波路１３が光伝搬用のコアとなる。ＢＯＸ層２０１とクラッド層２０２の熱光学係数はシリコンよりも小さく、シリコンに比べて温度変化の影響を受けにくい。
第１導波路１２は、光軸と直交する方向の幅Ｗｓを有する。第２導波路１３は、光軸と直交する方向の幅Ｗｌを有する。幅Ｗｓは幅Ｗｌよりも大きい。第１導波路１２と第２導波路１３のコア幅を異ならせて光閉じ込めの特性を変え、図４の平面配置とすることで、波長フィルタを形成する遅延干渉計１０Ａの温度依存性を小さくし、かつ波長可変光源１Ａを小型化することができる。
第１導波路１２と第２導波路１３の光閉じ込めを変える方法として、コアの幅を異ならせるほかに、２つの導波路間でコアの高さを変える、導波路の形状を変える、などの構成も考えられる。
図６は、第１導波路１２と第２導波路１３の間でコアの高さを変える例を示す。短い第１導波路１２の高さｔｓを、長い第２導波路１３の高さｔｌよりも高くする。第１導波路１２の高さを高くすることで、光閉じ込めを強くして温度変化による屈折率変化を大きくし、光学長の変化を第２導波路１３の光学長の変化と同等にして遅延量の変化をキャンセルする。
図７は、第１導波路１２と第２導波路１３の間で幅と高さの双方を変えることで、光閉じ込めを変える例を示す。第２導波路１３の幅Ｗｌは第１導波路１２の幅Ｗｓよりも小さく、かつ第２導波路１３の高さは、第１導波路１２の高さよりも小さい。
図７の構成では、シリコンコアの幅と高さの双方を変えることで、単位長あたりの屈折率変化の補償が大きくなる。したがって、より短い導波路でのレイアウトが可能になる。
図８は、第１導波路１２と第２導波路１３で導波路の種類を変える例を示す。第１導波路１２は、光閉じ込め効果の高いリブ型のシリコンコアで形成される。第２導波路１３は細線型のシリコンコアで形成される。第１導波路１２のリブ部分の幅Ｗｓは、第２導波路１３の幅Ｗｌよりも大きい。この構成によっても、単位長あたりの屈折率変化の補償が大きくなり、より短い導波路でのレイアウトが可能になる。
図６〜図８のいずれの構成例でも、第２導波路１３の湾曲の曲率半径Ｒｌは、第１導波路１２の湾曲の曲率半径Ｒｓよりも大きい。また、第１導波路１２と第２導波路１３の最も近接する部分の中心間距離Ｓは、２つの導波路が光結合する距離よりも大きく、第２導波路１３の曲率半径Ｒｌの２倍よりも小さい。これにより、遅延干渉計１０Ａの温度依存性を抑制し、かつ光デバイス１０Ａの小型化を実現する。
＜変形例１＞
図９は、波長可変光源１Ａの変形例として、波長可変光源１Ｂを示す。波長可変光源１Ｂは、波長可変フィルタリングを行う光デバイスとして、遅延干渉計１０Ｂを有する。遅延干渉計１０Ｂは、第１導波路１２と、第１導波路１２よりも長い第２導波路３３を有する。第２導波路３３では、湾曲３３ａの幅が直線部の幅よりも大きく形成されている。この構成により、第２導波路３３の曲げ損失を低減し、曲率半径Ｒｌを小さくすることができる。第２導波路３３の部分的な幅の変更は、シリコンフォトニクス技術によるパターン露光と現像により容易に行うことができる。
＜変形例１＞
図９は、波長可変光源１Ａの変形例として、波長可変光源１Ｂを示す。波長可変光源１Ｂは、波長可変フィルタリングを行う光デバイスとして、遅延干渉計１０Ｂを有する。遅延干渉計１０Ｂは、第１導波路１２と、第１導波路１２よりも長い第２導波路３３を有する。第２導波路３３では、湾曲３３ａの幅が直線部の幅よりも大きく形成されている。この構成により、第２導波路３３の曲げ損失を低減し、曲率半径Ｒｌを小さくすることができる。第２導波路３３の部分的な幅の変更は、シリコンフォトニクス技術によるパターン露光と現像により容易に行うことができる。
第１導波路１２との関係では、第２導波路３３の平均幅で導波路間の遅延特性が合わせられる。図４の構成と比較すると、第２導波路３３が部分的に幅が広くなる領域を有する分、第２導波路３３の長さは若干長くなるが、光デバイス１Ｂ全体として、曲げ損失の低減効果と、デバイスの小型化の効果が得られる。
第１導波路１２と第２導波路３３の高さは同じであってもよいし、図７のように、第２導波路３３を第１導波路１２よりも低く形成した上で、湾曲３３ａの幅を広げる構成としてもよい。この構成でも、第２導波路３３の温度依存性を小さくしつつ、曲げ損失を抑制することができる。
遅延干渉計１０Ｂの出力は光検出器（ＰＤ）２５で検出される。検出結果は、制御ＩＣ７０に入力され、共振器２３の共振波長が制御される。なお、第２導波路３３のワン居部部の形状以外の部分は図４の構成と同様であり、重複する説明を省略する。
＜変形例２＞
図１０は、波長可変光源１Ａのさらに別の変形例として、波長可変光源１Ｃを示す。誘導放出媒体であるＳＯＡ２１は、必ずしも基板２０上に搭載されている必要はなく、図１０のように基板２０の外部に配置されてもよい。この場合、ＳＯＡ２１の活性層と、基板２０の上に形成された導波路１５は突き合わせにより結合されている。キャリア注入によりＳＯＡ２１で誘導放出された光は、共振器２３の反射部とＳＯＡ２１の出力端の間で反射を繰り返し、共振器２３の共振波長で増幅されてレーザ発振する。レーザ光の一部は、遅延干渉計１０Ａで形成される波長フィルタに導かれ、波長フィルタと光検出器（ＰＤ）２５により波長がモニタされる。光検出器（ＰＤ）２５の出力は、制御ＩＣ７０に入力され、共振器２３の波長がフィードバック制御される。
＜変形例２＞
図１０は、波長可変光源１Ａのさらに別の変形例として、波長可変光源１Ｃを示す。誘導放出媒体であるＳＯＡ２１は、必ずしも基板２０上に搭載されている必要はなく、図１０のように基板２０の外部に配置されてもよい。この場合、ＳＯＡ２１の活性層と、基板２０の上に形成された導波路１５は突き合わせにより結合されている。キャリア注入によりＳＯＡ２１で誘導放出された光は、共振器２３の反射部とＳＯＡ２１の出力端の間で反射を繰り返し、共振器２３の共振波長で増幅されてレーザ発振する。レーザ光の一部は、遅延干渉計１０Ａで形成される波長フィルタに導かれ、波長フィルタと光検出器（ＰＤ）２５により波長がモニタされる。光検出器（ＰＤ）２５の出力は、制御ＩＣ７０に入力され、共振器２３の波長がフィードバック制御される。
波長フィルタは、遅延干渉計１０Ａの光路長差で決まるＦＳＲを有し、ＦＳＲの間隔で周期的に透過（縦モード）のピークが現れる。実施形態の遅延干渉計１０Ａは、２本の導波路間の光閉じ込めの特性を異ならせて温度変化による遅延量の変化を補償し、かつ所定の条件を満たす曲率半径の湾曲をもたせている。これにより、光源チップの小型化を実現しつつ、温度変化によるピーク波長のシフトを抑制している。これに加えて、ＳＯＡ２１を基板２０の外部に配置することで、基板２０上での熱分布または温度勾配の変化が低減される。したがって、波長フィルタのピーク波長のシフトをさらに抑制することができ、安定した波長制御が実現する。
波長フィルタを形成する遅延干渉計１０Ａに替えて、図９の遅延干渉計１０Ｂを用いても、同様の効果が得られる。
＜変形例３＞
図１１は、波長可変光源１Ａのさらに別の変形例として、波長可変光源１Ｄを示す。波長可変光源ＩＤは、図１０の構成に加えて、パワーモニタ用の第２の光検出器（ＰＤ）４０を有する。ＳＯＡ２１と共振器２３で生成される出力光を第２の光検出器（ＰＤ）４０に導くために、基板２０上に導波路１６が形成される。導波路１６は、カプラ２２の波長フィルタと反対側のポートから延びている。導波路１６は干渉計と異なり、温度変化による影響が小さいので、遅延干渉計１０ＡよりもＳＯＡ２１に近い位置に配置されている。図１１の例では、導波路１６はＳＯＡ２１と遅延干渉計１０Ａの間の基板２０上に形成されている。
＜変形例３＞
図１１は、波長可変光源１Ａのさらに別の変形例として、波長可変光源１Ｄを示す。波長可変光源ＩＤは、図１０の構成に加えて、パワーモニタ用の第２の光検出器（ＰＤ）４０を有する。ＳＯＡ２１と共振器２３で生成される出力光を第２の光検出器（ＰＤ）４０に導くために、基板２０上に導波路１６が形成される。導波路１６は、カプラ２２の波長フィルタと反対側のポートから延びている。導波路１６は干渉計と異なり、温度変化による影響が小さいので、遅延干渉計１０ＡよりもＳＯＡ２１に近い位置に配置されている。図１１の例では、導波路１６はＳＯＡ２１と遅延干渉計１０Ａの間の基板２０上に形成されている。
波長モニタ用の光検出器（ＰＤ）２５と、パワーモニタ用の光検出器（ＰＤ）４０の出力は、制御ＩＣ７０の入力に接続される。第２の光検出器（ＰＤ）４０で検出される光パワーをリファレンスとすることで、精度の高い波長モニタリングと制御が可能になる。たとえば、波長モニタ用の光検出器（ＰＤ）２５で検出される光のパワーが、第２の光検出器（ＰＤ）４０によるパワーモニタ値の一定割合のレベル（たとえば１／２のレベル）になるように共振波長を制御する。これにより、波長制御の基準が一意に決まり、制御が安定化する。第２の光検出器（ＰＤ）４０の出力を、ＳＯＡ２１の光出力制御に用いてもよい。
図１１の遅延干渉計１０Ａに替えて、図９の遅延干渉計１０Ｂを用いてもよい。この場合も、カプラ２２から遅延干渉計１０Ｂと反対側に延びる導波路１６を、ＳＯＡ２１に近い位置に配置して、導波路１６からの出力光を第２の光検出器（ＰＤ）４０で検出することができる。
＜光送信器への適用＞
図１２は、実施形態及び変形例１〜３の波長可変光源１Ａ〜１Ｄを用いた光送信器５０の概略図である。光送信器５０には、波長可変光源１Ａ〜１Ｄのいずれの構成も適用可能であり、「波長可変光源１」と概括する。
＜光送信器への適用＞
図１２は、実施形態及び変形例１〜３の波長可変光源１Ａ〜１Ｄを用いた光送信器５０の概略図である。光送信器５０には、波長可変光源１Ａ〜１Ｄのいずれの構成も適用可能であり、「波長可変光源１」と概括する。
光送信器５０は、複数の波長可変光源１を並べた光源アレイ５１を有する。各波長可変光源１は、用いられる波長に応じて共振器２３の共振周波数が調整されていることを除いて、同一種類の光源が用いられる。共振器２３の共振周波数を所望の値に設定することで異なる波長の光を出力する波長可変光源アレイが得られる。図１２の例では、波長λ１〜λ４の光を出力する４チャネルの光源アレイ５１が形成される。各波長可変光源１は、小型化を実現しつつ温度依存性が抑制されているので、光源アレイ５１のサイズも小さくすることができる。
複数の波長可変光源１は、同じ構成の波長フィルタを有する。波長フィルタとして、遅延干渉計を１０Ａ、１０Ｂのいずれも使用可能である。波長フィルタは、そのＳＦＲがλ１〜λ４のピーク波長間隔と一致するように導波路１２、１３の長さの差が設定されている。また、上述のように、ピーク波長の温度依存性が抑制され、周期的な透過スペクトルで安定してλ１〜λ４の波長の光を取り出してモニタすることができる。モニタ結果は制御ＩＣ７０に供給され、波長可変光源１ごとに共振器の共振波長が制御される。
光源アレイ５１から出力される各波長の光は、対応する光変調器５２−１〜５２−４に入力される。光変調器５２−１〜５２−４には、それぞれ異なるデータ１〜４を表わす駆動信号が入力され、各波長の光が変調される。変調を受けた各波長の光はマルチプレクサ５３で多重され、１つの光ファイバで伝送される。
このように、実施形態の構成により、小型で温度依存性の小さい波長フィルタ（光デバイス）を実現することができる。波長フィルタを光通信で用いられる波長可変光源に用いる場合は、光源の小型化でき、また、安定的に精度良く出力波長をモニタすることができる。精度良く波長制御された複数波長の光源アレイを用いることで、ＷＤＭ方式の通信品質が向上する。
実施形態では、波長可変光源１Ａ〜１Ｄで、ＳＯＡ２１を誘導放出媒体とする外部共振器型のレーザ光源の波長を制御しているが、これに限定されない。実施形態の遅延干渉計１０Ａ及び１０Ｂの構成は、共振機能を内部に有する半導体レーザを誘導放出媒体として用いる場合にも、適用可能である。たとえば、分布帰還（ＤＦＢ：Distributed FeedBack）領域と分布ブラッグ反射（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）領域を交互に配置した波長可変レーザを光源とする構成にも適用可能である。また、温度勾配の変化の影響を受ける環境で周期的な波長間隔で光を取り出す任意の光デバイスに遅延干渉計１０Ａ、１０Ｂを適用することができる。
以上の説明に対し、以下の付記を提示する。
（付記１）
半導体基板上の分岐部と合波部の間に配置される第１導波路と、
前記分岐部と前記合波部の間に配置され前記第１導波路よりも長い第２導波路と、
を有し、
前記第１導波路の光閉じ込めは前記第２導波路の光閉じ込めよりも強く、
前記第１導波路は、第１の曲率半径(Rs)の湾曲を有し、
前記第２導波路は、第２の曲率半径(Rl)の湾曲を有し、
前記第１の曲率半径は前記第２の曲率半径よりも小さいことを特徴とする光デバイス。
（付記２）
前記第１導波路と前記第２導波路の最も近接する部分の中心間距離(S)は、前記第１導波路と前記第２導波路の間で光結合が生じない距離であり、かつ第２の曲率半径の２倍よりも小さいことを特徴とする付記１に記載の光デバイス。
（付記３）
前記第２導波路は、２以上の折り返しを有する蛇行導波路を含み、前記蛇行導波路は前記第１の曲率半径よりも大きい曲率半径の２以上の湾曲を有することを特徴とする付記１または２に記載の光デバイス。
（付記４）
前記第１導波路のコアの幅(Ws)は、前記第２導波路のコアの幅(Wl)よりも大きく設定されていることを特徴とする付記１〜３のいずれかに記載の光デバイス。
（付記５）
前記第１導波路のコアの高さは、前記第２導波路のコアの高さよりも高く設定されていることを特徴とする付記１〜４のいずれかに記載の光デバイス。
（付記６）
前記第１導波路はリブ型導波路であり、前記第２導波路は細線型導波路であることを特徴とする付記１〜３のいずれかに記載の光デバイス。
（付記７）
前記第１導波路のリブ部分の幅は、前記第２導波路の幅よりも大きいことを特徴とする付記６に記載の光デバイス。
（付記８）
前記第１導波路と前記第２導波路は、シリコンの導波路であることを特徴とする付記１〜７の何れかに記載の光デバイス。
（付記９）
誘導放出媒体と、
前記誘導放出媒体で生成され所定の共振波長で増幅された光の一部が入力される遅延干渉計と、
を有し、
前記遅延干渉計は、半導体基板に形成された第１導波路と第２導波路を有し、
前記第１導波路の長さは前記第２導波路の長さよりも短く、
前記第１導波路の光閉じ込めは前記第２導波路の光閉じ込めよりも強く、
前記第１導波路は、第１の曲率半径の湾曲を有し、
前記第２導波路は、第２の曲率半径の湾曲を有し、
前記第１の曲率半径は前記第２の曲率半径よりも小さい、
ことを特徴とする波長可変光源。
（付記１０）
前記誘導放出媒体と前記遅延干渉計は、前記半導体基板の主面の対角位置に配置されることを特徴とする付記９に記載の波長可変光源。
（付記１１）
前記半導体基板上で、前記誘導放出媒体と前記遅延干渉計の間に配置されるパワーモニタ用の導波路、
をさらに有することを特徴とする付記９または１０に記載の波長可変光源。
（付記１２）
前記第２導波路は、２以上の折り返しを有する蛇行導波路を含み、
前記蛇行導波路は、前記第１の曲率半径よりも大きい曲率半径の２以上の湾曲を有することを特徴とする付記９〜１１のいずれかに記載の波長可変光源。
（付記１３）
付記９〜１１のいずれかに記載の波長可変光源と、
前記波長可変光源から出力される光が入力される光変調器と、
を有することを特徴とする光送信器。
（付記１４）
複数の前記波長可変光源を配置した光源アレイと、
前記光源アレイから出力される異なる波長の光が入力される複数の光変調器と、
を有することを特徴とする付記１３に記載の光送信器。
（付記１）
半導体基板上の分岐部と合波部の間に配置される第１導波路と、
前記分岐部と前記合波部の間に配置され前記第１導波路よりも長い第２導波路と、
を有し、
前記第１導波路の光閉じ込めは前記第２導波路の光閉じ込めよりも強く、
前記第１導波路は、第１の曲率半径(Rs)の湾曲を有し、
前記第２導波路は、第２の曲率半径(Rl)の湾曲を有し、
前記第１の曲率半径は前記第２の曲率半径よりも小さいことを特徴とする光デバイス。
（付記２）
前記第１導波路と前記第２導波路の最も近接する部分の中心間距離(S)は、前記第１導波路と前記第２導波路の間で光結合が生じない距離であり、かつ第２の曲率半径の２倍よりも小さいことを特徴とする付記１に記載の光デバイス。
（付記３）
前記第２導波路は、２以上の折り返しを有する蛇行導波路を含み、前記蛇行導波路は前記第１の曲率半径よりも大きい曲率半径の２以上の湾曲を有することを特徴とする付記１または２に記載の光デバイス。
（付記４）
前記第１導波路のコアの幅(Ws)は、前記第２導波路のコアの幅(Wl)よりも大きく設定されていることを特徴とする付記１〜３のいずれかに記載の光デバイス。
（付記５）
前記第１導波路のコアの高さは、前記第２導波路のコアの高さよりも高く設定されていることを特徴とする付記１〜４のいずれかに記載の光デバイス。
（付記６）
前記第１導波路はリブ型導波路であり、前記第２導波路は細線型導波路であることを特徴とする付記１〜３のいずれかに記載の光デバイス。
（付記７）
前記第１導波路のリブ部分の幅は、前記第２導波路の幅よりも大きいことを特徴とする付記６に記載の光デバイス。
（付記８）
前記第１導波路と前記第２導波路は、シリコンの導波路であることを特徴とする付記１〜７の何れかに記載の光デバイス。
（付記９）
誘導放出媒体と、
前記誘導放出媒体で生成され所定の共振波長で増幅された光の一部が入力される遅延干渉計と、
を有し、
前記遅延干渉計は、半導体基板に形成された第１導波路と第２導波路を有し、
前記第１導波路の長さは前記第２導波路の長さよりも短く、
前記第１導波路の光閉じ込めは前記第２導波路の光閉じ込めよりも強く、
前記第１導波路は、第１の曲率半径の湾曲を有し、
前記第２導波路は、第２の曲率半径の湾曲を有し、
前記第１の曲率半径は前記第２の曲率半径よりも小さい、
ことを特徴とする波長可変光源。
（付記１０）
前記誘導放出媒体と前記遅延干渉計は、前記半導体基板の主面の対角位置に配置されることを特徴とする付記９に記載の波長可変光源。
（付記１１）
前記半導体基板上で、前記誘導放出媒体と前記遅延干渉計の間に配置されるパワーモニタ用の導波路、
をさらに有することを特徴とする付記９または１０に記載の波長可変光源。
（付記１２）
前記第２導波路は、２以上の折り返しを有する蛇行導波路を含み、
前記蛇行導波路は、前記第１の曲率半径よりも大きい曲率半径の２以上の湾曲を有することを特徴とする付記９〜１１のいずれかに記載の波長可変光源。
（付記１３）
付記９〜１１のいずれかに記載の波長可変光源と、
前記波長可変光源から出力される光が入力される光変調器と、
を有することを特徴とする光送信器。
（付記１４）
複数の前記波長可変光源を配置した光源アレイと、
前記光源アレイから出力される異なる波長の光が入力される複数の光変調器と、
を有することを特徴とする付記１３に記載の光送信器。
１、１Ａ〜１Ｄ 波長可変光源
１０Ａ、１０Ｂ 遅延干渉計（光デバイス）
１１ 分波器（分岐部）
１２ 第１導波路
１３、３３ 第２導波路
１３ａ，３３ａ 湾曲
１４ 合波器（合波部）
１５、１６ 導波路
２０ 基板
２１ ＳＯＡ（誘導放出媒体）
２３ 共振器
２４ 波長モニタ
２５、４０ 光検出器
５０ 光送信器
５１ 光源アレイ
７０ 制御ＩＣ（制御回路）
１０Ａ、１０Ｂ 遅延干渉計（光デバイス）
１１ 分波器（分岐部）
１２ 第１導波路
１３、３３ 第２導波路
１３ａ，３３ａ 湾曲
１４ 合波器（合波部）
１５、１６ 導波路
２０ 基板
２１ ＳＯＡ（誘導放出媒体）
２３ 共振器
２４ 波長モニタ
２５、４０ 光検出器
５０ 光送信器
５１ 光源アレイ
７０ 制御ＩＣ（制御回路）
Claims (7)
- 半導体基板上の分岐部と合波部の間に配置される第１導波路と、
前記分岐部と前記合波部の間に配置され、前記第１導波路よりも長い第２導波路と、
を有し、
前記第１導波路の光閉じ込めは前記第２導波路の光閉じ込めよりも強く、
前記第１導波路は、第１の曲率半径の湾曲を有し、
前記第２導波路は、第２の曲率半径の湾曲を有し、
前記第１の曲率半径は前記第２の曲率半径よりも小さいことを特徴とする光デバイス。 - 前記第１導波路と前記第２導波路の最も近接する部分の中心間距離は、前記第１導波路と前記第２導波路の間で光結合が生じない距離であり、かつ第２の曲率半径の２倍よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
- 前記第２導波路は、２以上の折り返しを有する蛇行導波路を含み、前記蛇行導波路は前記第１の曲率半径よりも大きい曲率半径の２以上の湾曲を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光デバイス。
- 誘導放出媒体と、
前記誘導放出媒体で生成され所定の共振波長で増幅された光の一部が入力される遅延干渉計と、
を有し、
前記遅延干渉計は、半導体基板に形成された第１導波路と第２導波路を有し、
前記第１導波路の長さは前記第２導波路の長さよりも短く、
前記第１導波路の光閉じ込めは前記第２導波路の光閉じ込めよりも強く、
前記第１導波路は、第１の曲率半径の湾曲を有し、
前記第２導波路は、第２の曲率半径の湾曲を有し、
前記第１の曲率半径は前記第２の曲率半径よりも小さい、
ことを特徴とする波長可変光源。 - 前記誘導放出媒体と前記遅延干渉計は、前記半導体基板の主面の対角位置に配置されることを特徴とする請求項４に記載の波長可変光源。
- 前記半導体基板上で前記誘導放出媒体と前記遅延干渉計の間に配置されるパワーモニタ用の導波路、
をさらに有することを特徴とする請求項４または５に記載の波長可変光源。 - 請求項４〜６のいずれか１項に記載の波長可変光源と、
前記波長可変光源から出力される光が入力される光変調器と、
を有することを特徴とする光送信器。
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