JP2019033156A - 波長ロッカー、これを用いた波長可変レーザ装置、及び波長可変レーザ装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光源波長のずれと波長フィルタの温度ずれを簡単な手法で検出し、波長制御と温度制御を独立して行うことのできる技術を提供する。
【解決手段】波長ロッカーは、光源からの出力光の一部を第１のモニタ光と第２のモニタ光に分岐する手段と、前記第１のモニタ光が入力される第１の周期フィルタと、前記第２のモニタ光が入力される第２の周期フィルタと、前記第１の周期フィルタを透過した光の強度をモニタする第１の受光素子と、前記第２の周期フィルタを透過した光の強度をモニタする第２の受光素子と、を有し、前記第１の周期フィルタと前記第２の周期フィルタは、波長に対して透過光の強度が周期的に変化する波長特性を有し、前記第１の周期フィルタと前記第２の周期フィルタは、温度変化に対する波長特性のシフト方向が互いに逆である。
【選択図】図１

Description

本発明は、波長ロッカー、これを用いた波長可変レーザ装置、及び波長可変レーザ装置の制御方法に関する。

波長多重を用いた光通信システムの光源として主に波長可変レーザが用いられている。波長可変レーザでは、その発振波長を精密に制御するための波長ロッカーが用いられる。波長ロッカーは、一般的には、波長可変レーザの出力光から分岐された光をエタロンフィルタなどの周期的な透過ピークを有する波長フィルタに通過させて、その透過光強度をモニタする。モニタ値が目標波長でのエタロンの透過光強度の値に合うようにフィードバックをかけて波長を制御する。

波長ロッカーで、周期的な透過特性を有する波長フィルタ（上記の例ではエタロン）の温度が変化すると、フィルタの透過特性が波長に対して平行にシフトする。そのため、透過光強度のモニタ値が所望の値となるように波長を制御した場合、温度変化によるフィルタの透過特性のシフト量に対応して、光源波長が目標波長からずれてしまうという問題がある。

光送信モジュールにおいて、波長変化に対する透過率の変化量と、外部環境温度変化に対する透過率の変化量の比が、第１の波長測定器と第２の波長測定器の間で異なるように構成された波長モニタが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００５−３２９６８号公報

公知の方法では、基準温度における目標値からのモニタ電流の変化量ΔIpd1とΔIpd2の比が、常に２つのエタロンフィルタの温度変動係数の比率と一致するように制御することでレーザの発振波長を安定化させており、制御処理が複雑である。また、温度特性の異なる２つのエタロンフィルタの間で意図しない温度ずれが生じる可能性があり、２つの周期的なフィルタの温度特性のずれの影響だけを正確に抽出することが難しい。

本発明は、光源波長のずれを制御するための波長フィルタが外部温度変化に関わらず正しく光源波長を検出する技術を提供することを課題とする。

一つの態様では、波長ロッカーは、
光源からの出力光の一部を第１のモニタ光と第２のモニタ光に分岐する手段と、
前記第１のモニタ光が入力される第１の周期フィルタと、
前記第２のモニタ光が入力される第２の周期フィルタと、
前記第１の周期フィルタを透過した光の強度をモニタする第１の受光素子と、
前記第２の周期フィルタを透過した光の強度をモニタする第２の受光素子と、
を有し、前記第１の周期フィルタと前記第２の周期フィルタは、波長に対して透過光の強度が周期的に変化する波長特性を有し、
前記第１の周期フィルタと前記第２の周期フィルタは、温度変化に対する波長特性のシフト方向が互いに逆である。

一つの側面として、光源波長のずれを制御するための波長フィルタが外部温度変化に関わらず正しく光源波長を検出する技術が実現される。

実施形態の波長ロッカーの模式図である。 実施形態の導波路型フィルタの構成例を示す図である。 実施形態の導波路型フィルタの温度特性と光路長の関係を示す図である。 実施形態の導波路型フィルタの波長特性と温度特性の例を示す図である。 波長ずれがなく、温度ずれがあるときの特性例を示す図である。 実施形態の導波路型フィルタの波長特性と温度特性の別の例を示す図である。 波長ずれがなく、温度ずれがあるときの特性例を示す図である。 変形例の波長ロッカーの模式図である。 波長ロッカーを用いた波長可変レーザ装置の構成例を示す図である。

実施形態では、波長に対して周期的な透過特性を持つ第１のフィルタと第２のフィルタの間で、温度変化に対する波長特性のずれの方向が互いに逆になるように設計する。以下の説明では、波長領域で周期的な透過特性を有するフィルタを「周期フィルタ」と呼ぶ。光源波長が目標波長からずれた場合と、周期フィルタの温度がずれた場合で、第１の周期フィルタの透過出力のモニタ値と、第２の周期フィルタの透過出力のモニタ値の増減関係が反転する設計とする。

たとえば、温度変化に応じて第１の周期フィルタの透過光のモニタ値と第２の周期フィルタの透過光のモニタ値がともに増加する場合（同一方向の変化）、波長変動に対しては第１の周期フィルタの透過光のモニタ値は増加し、第２の周期フィルタの透過光のモニタ値は減少（逆方向に変化）するように設計する。これにより、光源波長の目標波長からのずれとフィルタ温度のずれを、２つのモニタ値の和、あるいは差を用いて簡単に検出することができる。また、和と差を利用して、光源波長とフィルタ温度の少なくとも一方を他方と独立して制御することができる。

波長に対して周期的な透過特性を有する２つのフィルタを１チップ上にモノリシックに集積する場合は、２つのフィルタ間で温度を同一にすることが比較的容易になる。この場合、フィルタ間の温度特性の差分を正確に抽出して、波長モニタと温度モニタを区別して行うことができる。

図１は、実施形態の波長ロッカー１０の模式図である。波長可変レーザ等の光源からの出力光は、ビームスプリッタ（ＢＳ）によって一部、たとえば１０％程度が分岐され、透過特性が周期的な２つのフィルタに入力される。２つのフィルタを、第１の周期フィルタ１１と、第２の周期フィルタ１２とする。透過特性が周期的とは、波長に対してフィルタの出力光の強度が周期的に変化する波長特性を持つことを意味する。図１の例では、第１の周期フィルタ１１と第２の周期フィルタ１２は、同じ基板１３上にモノリシックに形成された導波路型の周期フィルタであり、波長ロッカー用のフィルタ集積素子１９として形成されている。

ビームスプリッタ（ＢＳ）で分岐された光は、フィルタ集積素子１９上に形成された光分岐導波路１４で分岐される。光分岐導波路１４での分岐比は、たとえば１：１である。第１の周期フィルタ１１は分岐路の一方に接続され、第２の周期フィルタ１２は分岐路の他方に接続されている。第１の周期フィルタ１１を透過した光は、フィルタ集積素子１９から出力されて第１の受光素子１５（フォトダイオードＰＤ１）に入射し、その光強度がモニタされる。第２の周期フィルタ１２を透過した光は、フィルタ集積素子１９から出力されて第２の受光素子１６（フォトダイオードＰＤ２）に入射し、その光強度がモニタされる。

光分岐導波路１４として、例えば、１×２の多モード干渉導波路や、分岐比が１：１となるように結合長が調整された方向性結合器導波路を用いることができる。光分岐導波路１４は、ビームスプリッタ（ＢＳ）で分岐された光をさらに、第１のモニタ光と第２のモニタ光に分岐して、第１の周期フィルタ１１と第２の周期フィルタ１２にそれぞれ入射させる。

第１の周期フィルタ１１は、長さの異なる第１導波路１１１と第２導波路１１２を有する非対称のマッハツェンダ（ＭＺ：Mach-Zhender）干渉計で形成される。第１導波路１１１と第２導波路１１２は、１×２の入力側光カプラ１１３と、２×１の出力側光カプラ１１４の間に延びる。

第２の周期フィルタ１２は、長さの異なる第３導波路１２１と第４導波路１２２を有する非対称のＭＺ干渉計で形成される。第３導波路１２１と第４導波路１２２は、１×２の入力側光カプラ１２３と、２×１の出力側光カプラ１２４の間に延びる。

実施形態の特徴として、第１の周期フィルタ１１と第２の周期フィルタ１２は、温度変化に対する波長特性のピーク波長のシフトの方向が互いに逆である。これにより、受光素子１５と受光素子１６のモニタ値の和または差を用いて、波長可変レーザの発振波長、および／または、第１の周期フィルタ１１と第２の周期フィルタ１２の温度を制御することができる。制御の詳細は後述する。

図２は、第１の周期フィルタ１１及び第２の周期フィルタ１２の構成を説明する図である。図２（Ａ）を参照すると、第１の周期フィルタ１１の短い方の導波路を第１導波路１１１、長い方の導波路を第２導波路１１２とする。第２の周期フィルタ１２の短い方の導波路を第３導波路１２１、長い方の導波路を第４導波路１２２とする。

第１導波路１１１と第２導波路１１２の光路長差をΔＬ0とする。第１導波路１１１と第２導波路１１２で光路長差を除く部分の共通の長さをＬcomとする。短い方の第１導波路１１１の長さはＬcom、長い方の第２導波路１１２の長さはＬcom＋ΔＬ0である。

同様に、第３導波路１２１と第４導波路１２２の光路長差をΔＬ0、第３導波路１２１と第４導波路１２２で光路長差を除く部分の共通の長さをＬ’comとする。短い方の第３導波路１２１の長さはＬ’com、長い方の第４導波路１２２の長さはＬ’com＋ΔＬ0である。図２（Ａ）では、主として第１の周期フィルタ１１に着目して描かれているが、第１の周期フィルタ１１と第２の周期フィルタ１２において、２本の導波路間の関係は同じである。

第１の周期フィルタ１１の光路長差ΔＬ0と、第２の周期フィルタ１２の光路長差ΔＬ0は同じ値に設定され、たとえば、ΔＬ0＝３ｍｍである。非対称ＭＺ干渉計の波長変化に対する透過率の変化（以降、単に「波長特性」と呼ぶ）の周期は光路長差に依存するため、ΔＬ0を適切に設定することで、所望の周期を得ることができる。ΔＬ0＝３ｍｍと設定した場合は、波長特性の周期を約０．８ｎｍ（周波数で約１００ＧＨｚ）に調整できる。

第１の周期フィルタ１１と第２の周期フィルタ１２は、温度が変化した場合の波長特性のピーク波長のシフトの方向が異なる。第１の周期フィルタ１１では、温度の上昇に対してピーク波長が長波長側にシフトし、第２の周期フィルタ１２では、温度の上昇に対してピーク波長が短波長側にシフトするように設計されている。このような温度特性が反転している導波路型の周期フィルタの構成をさらに詳細に説明する。

図２（Ｂ）と図２（Ｃ）に示すように、第１導波路１１１と第２導波路１１２は、導波路の温度変化に対する等価屈折率の変化が互いに異なるように設計されている。第２導波路１１２のほうが、第１導波路１１１よりも、温度に対する屈折率の変化の割合が小さい導波路断面を有する。第３導波路１２１と第４導波路１２２は、導波路の温度変化に対する等価屈折率の変化が互いに異なり、第４導波路１２２のほうが、第３導波路１２１よりも、温度に対する屈折率の変化の割合が小さい導波路断面を有する。

このような特性は、たとえば、導波路としてＳｉＯ_２クラッド１３４内にシリコン（Ｓｉ）コア層が存在するシリコン細線導波路を用い、第１導波路１１１のＳｉコア層１３５−１よりも、第２導波路１１２のＳｉコア層１３５−２の幅を狭くすることで実現可能である。同様に第３導波路１２１のＳｉコア層１３５−１よりも、第４導波路１２２のＳｉコア層１３５−２の幅を狭くする。Ｓｉコア層１３５−１と１３５−２は、たとえば基板１３としてＳＯＩ（Silicon-on-Insulator）基板を用い、上層のシリコン層を露光及び現像によりパターニングすることで形成可能である。ＳＯＩ基板１３のシリコン基板１３１上のＳｉＯ2層１３２は埋め込み酸化膜であり、下部クラッド層として用いられる。

Ｓｉコア層の幅の変化により温度に対する屈折率変化の割合が変わるのは、ＳｉのほうがＳｉＯ2と比較して温度に対する屈折率変化の割合が１桁大きいからである。Ｓｉコア層１３５−１の幅が太く光閉じ込めが強い場合には、温度変化に対する等価屈折率の変化が大きくなる。逆に、Ｓｉコア層１３５−２の幅が狭く光閉じ込めが弱い場合には、温度変化に対する等価屈折率の変化が小さくなる。

図２の構成をとることで、一例として、第１導波路１１１の温度に対する屈折率変化の割合を＋0.0042％／℃、第２導波路１１２の温度に対する屈折率変化の割合を＋0.0026％／℃に設定する。第３導波路１２１は第１導波路１１１と同じ光閉じ込め構造を有し、温度に対する屈折率変化の割合を第１導波路１１１と同じにする。第４導波路１２２は第２導波路１１２と同じ光閉じ込め構造を有し、温度に対する屈折率変化の割合を第２導波路１１２と同じにする。非対称ＭＺ干渉計型の第１の周期フィルタ１１と第２の周期フィルタ１２のそれぞれは、温度に対する屈折率変化の割合が大きく短い導波路と、温度に対する屈折率変化の割合が小さく長い導波路で形成される。

なお、ここでは温度特性が異なる導波路の例として、光閉じ込めが異なるシリコン細線導波路を用いる例を挙げているが、これに限らず、屈折率変化の温度依存性が互いに異なる２つの導波路なら何でもよい。例えば、導波路を構成する材料は、化合物半導体や石英系材料でもよく、２つの導波路間で温度特性を変えるために、温度特性が異なる２つの材料でそれぞれの導波路を形成してもよい。

非対称ＭＺ干渉計を形成する２つのシリコン細線導波路間で光閉じ込めの程度を異ならせるには、Ｓｉコア層の高さを異ならせる、Ｓｉコア層の高さと幅の両方を異ならせる等の構成を採用してもよい。２つの導波路のうちの一方の導波路で、コア層の高さと幅の少なくともひとつを他方の導波路よりも大きくすることで、光閉じ込めを大きくして温度変化に対する屈折率の変化を大きくすることができる。あるいは、２つの導波路間でコアとなる導波路の形状を変えてもよい。第１導波路１１１と第３導波路１２１を、光閉じ込め効果の高いリブ型のシリコンコアで形成し、第２導波路１１２と第４導波路１２２を細線型のシリコンコアで形成してもよい。この場合も、第１導波路１１１と第２導波路１１２の間、及び第３導波路１２１と第４導波路１２２の間で温度変化に対する屈折率変化の程度を異ならせることができる。

図３は、実施形態の周期フィルタの温度特性と光路長の関係を示す図である。２つの導波路間で温度特性が異なる非対称ＭＺ干渉計で、２つの導波路間の光路長差ΔＬ0を維持したまま共通光路長Ｌcomを変化させたときの温度特性（ｎｍ／℃）の変化を示す。この温度特性は、温度変化に対する非対称ＭＺ干渉計の波長特性のピーク波長のシフト量で表わされる。横軸でＬcom＝０ｍｍの点は、第１導波路１１１（または第３導波路１２１）の長さがゼロである点を示す。

第１導波路１１１（または第３導波路１２１）の長さがゼロの場合、非対称ＭＺ干渉計の温度特性は第２導波路１１２（または第４導波路１２２）の温度特性がそのまま反映される。第２導波路１１２（または第４導波路１２２）の等価屈折率変化の割合がそのまま表れ、波長特性の変動は0.0026％／℃の割合で発生する。たとえば、長距離光通信で一般的に用いられている１５５０ｎｍ帯の波長では、約０．０４ｎｍ／℃の割合で波長は長波長側へシフトする。第１導波路１１１と第２導波路１１２の光路長差ΔＬ0を維持した状態で、第１導波路１１１と第２導波路１１２の双方を長くするにつれ、すなわち共通光路長Ｌcomを長くするにつれ、非対称ＭＺ干渉計の温度特性は減少する。共通光路長Ｌcomがある長さを超えると、温度増加に伴って波長特性のピーク波長は短波長側にシフトする。

図３の例で、第１導波路１１１の光路長を１ｍｍ、第２導波路１１２の光路長を４ｍｍとすると（Ｌcom＝１ｍｍ、ΔＬ0＝３ｍｍ）、第１の周期フィルタ１１の温度変化による波長特性のシフト量は＋０．０３２ｎｍ／℃である。一方、第３導波路１２１の光路長を９ｍｍ、第４導波路１２２の光路長を１２ｍｍとすると（Ｌcom＝９ｍｍ、ΔＬ0＝３ｍｍ）、第２の周期フィルタ１２の温度変化による波長特性のシフト量は−０．０３２ｎｍ／℃となり、負の方向（短波長側）へのシフトが発生する。これにより、温度特性が逆になる２つの周期フィルタを実現することができる。以下に、互いに逆の温度特性が得られる原理を説明する。

温度変動の影響を含めたときの第１導波路１１１と第２導波路１１２の光路長差ΔＬ12は、式（１）で与えられる。光路長差ΔＬ12の温度依存性が導波路型の周期フィルタの波長特性の温度依存性を決定する。

ΔＬ12＝Ｌ2×（１＋βΔＴ）−Ｌ1×（１＋αΔＴ） （１）
ここで、Ｌ1とＬ2は温度が所定値のときの第１導波路１１１と第２導波路１１２のそれぞれの光路長である。αとβは、第１導波路１１１と第２導波路１１２の温度に対する等価屈折率の変化の割合であり、ともに正の値、かつα＞βである。上述のように、第１導波路１１１の温度変化に対する屈折率変化の割合の方が、第２導波路の温度変化に対する屈折率変化よりも大きく設計されているからである。
光路長Ｌ1とＬ2は、非対称ＭＺ干渉計のフィルタ周期を所望の値に設定する観点から、Ｌ2とＬ1の差（Ｌ2−Ｌ1＝ΔＬ0）が固定の値となるように設定される。この例ではΔＬ0＝３ｍｍである。光路長差ΔＬ0を固定したまま第１導波路１１１と第２導波路１１２の双方を長くしたときの共通光路長Ｌcomに対して、温度変動がある場合の第１導波路１１１と第２導波路１１２の光路長差ΔＬ12は、
ΔＬ12＝（ΔＬ0＋Ｌcom）×（１＋βΔＴ）−Ｌcom×（１＋αΔＴ）
＝ΔＬ0＋｛βΔＬ−（α−β）Ｌcom｝ΔＴ
＝ΔＬ0＋ＣΔＴ （２）
と表される。ここで、Ｃは非対称ＭＺ干渉計の光路長差の温度変化の係数であり、式（２）から、
Ｃ＝βΔＬ−（α−β）Ｌcom （３）
と表される。

第１導波路１１１と第２導波路をともに長くするにつれて、すなわちＬcomを大きくするにつれて係数Ｃは減少し、
Ｌcom＞βΔＬ／（α−β） （４）
となる条件で、温度に対する光路長差の変化が負になる。非対称ＭＺ干渉計で形成される周期フィルタ１１の波長特性は、光路長差ΔＬ12の変化に依存し、光路長差ΔＬ12が大きくなると長波長側にシフトし、小さくなると短波長側にシフトする。したがって、図３のように共通光路長Ｌcomの値を調整することによって、温度による波長シフトの方向を反転させることができ、温度特性が互いに反転した導波路型の周期フィルタ１１、１２を実現することができる。

次に、互いに温度特性が反転した第１の周期フィルタ１１と第２の周期フィルタ１２を用いた波長ロッカーと、その波長制御について説明する。

図４は、実施形態の導波路型の第１の周期フィルタ１１と第２の周期フィルタ１２の波長特性の一例を示す。この例では、レーザの目標波長付近において、太い実線で示される第１の周期フィルタ１１の波長に対する透過率（「モニタ１」と標記されるサインカーブ）の傾きは正になっている。細い実線で示される第２の周期フィルタ１２の波長に対する透過率（「モニタ２」と標記されるサインカーブ）の傾きは負となっている。

第１の受光素子１５（ＰＤ１）と第２の受光素子１６（ＰＤ２）のモニタ値は、それぞれ第１の周期フィルタ１１と第２の周期フィルタ１２の透過率に相当するため、モニタ値の傾きが、第１の受光素子１５では正、第２の受光素子１６では負となる。図４（Ａ）に示すように、第１の周期フィルタ１１と第２の周期フィルタ１２の透過率がクロスする点の波長が、所定の温度で目標波長に一致するように調整されている。換言すると、第１の受光素子１５でのモニタ値と、第２の受光素子１６でのモニタ値がクロスする波長が目標波長に一致するように調整されている。この波長調整は、たとえば非対称ＭＺ干渉計の一部に局所ヒータを用いた位相シフタを配置して、位相シフタへ注入する電流量を調整することで実現可能である。

図４（Ｂ）は、第１の周期フィルタ１１と第２の周期フィルタを上記の波長関係に調整し、波長ロッカー用のフィルタ集積素子１９の温度が所定の温度に保たれたままで、レーザの波長が目標波長から長波長側にずれた場合を示す。この場合、第１の受光素子１５のモニタ値（モニタ１）、すなわち第１の周期フィルタ１１の透過率が増大し、第２の受光素子１６のモニタ値（モニタ２）、すなわち第２の周期フィルタ１２の透過率は同じ分だけ減少する。光源の波長がずれた場合は、第１の受光素子１５のモニタ値と、第２の受光素子のモニタ値の差が変化し、和はほぼ一定となる。図４（Ｃ）は、図４（Ｂ）の状態からさらに、波長ロッカー用のフィルタ集積素子１９の温度が所定の温度よりも高くなった場合を示す。この場合、第１の周期フィルタ１１の波長特性は、太い点線の状態から長波長側にシフトし、第２の周期フィルタ１２の波長特性は、細い点線の状態から同じ量だけ短波長側にシフトする。その結果、第１の周期フィルタ１１と第２の周期フィルタ１２の波長特性がクロスする波長は変化せず、目標波長に維持される。目標波長において、第１の受光素子１５のモニタ値と、第２の受光素子１６のモニタ値がともに同じ割合で減少する。したがって、フィルタの温度が変化したときに第１の受光素子１５のモニタ値と第２の受光素子のモニタ値の差がゼロになるのは、光源の波長が目標波長に一致する場合である。第１の受光素子１５のモニタ値と第２の受光素子１６のモニタ値の差がゼロになるように光源の波長を制御することで、温度に依らず目標波長に精度良く合わせることができる。

温度に対するモニタ値の変化に着目すると、温度が変化した場合に第１の受光素子１５のモニタ値と第２の受光素子１６のモニタ値の和をとると、和の値は光源波長のずれにはあまり依存せずに、温度変化に強く依存して変化する。これは、モニタ値の和をとることで、２つの周期フィルタの目標波長付近での波長特性の反転により、波長ずれの影響が互いに相殺されるからである。２つのモニタ値の和をとることで、光源の波長が目標波長からずれている場合でも、主として温度変動の影響だけを抽出することができる。

実施形態のように、温度特性が互いに反転した導波路型の第１の周期フィルタ１１と第２の周期フィルタ１２を用い、第１の受光素子１５でのモニタ値と第２の受光素子１６でのモニタ値の和または差をとることにより、目標波長からの波長のずれと、所定温度からのフィルタ温度のずれを簡易な方法で精度良くモニタすることができる。従来法と比較して単純なモニタ値の演算で、光源波長及び／又は波長ロッカー用のフィルタ集積素子１９の温度を互いに独立して精度よく制御することができる。

図５に、レーザの発振波長が目標波長に一致しており、かつ、フィルタの温度がずれた場合のフィルタ特性を示す。図５（Ａ）は、図４（Ａ）と同様に、波長ずれも温度ずれもない状態である。温度に対するモニタ値の変化に注目すると、図５（Ｂ）のように温度が変化した場合、第１、第２のフォトダイオードともにモニタ値が減少するため（たとえばモニタ値ａからｂに減少）、モニタ値の和を取ると温度の変化を抽出することができる。また、温度がずれている状態で、さらに波長がずれた場合でも、和を取ることによって波長ずれによる第１、第２のフォトダイオードのモニタ値の増減が相殺される。したがって、和を取ることにより、仮に波長が目標波長からずれている場合でも、主に温度変動の影響だけを抽出することが可能となる。

図６は、実施形態の導波路型の第１の周期フィルタ１１と第２の周期フィルタ１２の波長特性の別の例を示す。図６（Ａ）では、所定の温度において、第１の周期フィルタ１１と第２の周期フィルタ１２の波長特性が重なり、かつ目標波長での透過率が５０％となるように調整されている。図４と同様に、第１の受光素子１５のモニタ値と第２の受光素子１６のモニタ値は、それぞれ第１の周期フィルタ１１と第２の周期フィルタ１２の透過率に相当し、所定の温度では第１の周期フィルタ１１と第２の周期フィルタ１２で波長に対するモニタ値の変化が同じになる。

図６（Ｂ）で、波長ロッカー用のフィルタ集積素子１９が所定の温度に保たれたまま光源波長がずれると、波長のずれに応じて、第１の周期フィルタ１１と第２の周期フィルタ１２の透過率が５０％からずれ、それに応じて、第１の受光素子１５と第２の受光素子１６のモニタ値も変化する。したがって、第１の受光素子１５と第２の受光素子１６でモニタ値がともに透過率５０％に相当する値になるように光源波長を制御すれば、一般的な波長ロッカーと同様の手法で光源（レーザ）の波長を制御することが可能である。なお、上述した「所定の温度」では、第１の周期フィルタ１１と第２の周期フィルタ１２で波長特性が一致しているので、モニタ値の差は波長ずれによらずゼロとなる。

図６（Ｃ）で、図６（Ｂ）の状態からさらに温度ずれが発生した場合は、第１の周期フィルタ１１のモニタ出力は長波長側にシフトし、第２の周期フィルタ１２のモニタ出力は短波長側にシフトする。その結果、第１の周期フィルタ１１と第２の周期フィルタ１２の間で波長特性がかい離する。目標波長で、第１の受光素子１５のモニタ値は減少し、第２の受光素子１６のモニタ値は増加する。第１の受光素子１５のモニタ出力と第２の受光素子１６のモニタ出力が互いに逆の動きをするため、和をとった場合は、互いに相殺し、温度ずれの有無に依らずに、ほぼ一定の値をとる。したがって、温度によらず、２つのモニタ値の和をとって、モニタ値の平均値が目標透過率（この例では、透過率５０％）に相当する値となるように光源（レーザ）の波長を制御すれば、光源波長を目標波長に合わせることができる。

波長ロッカー用のフィルタ集積素子１９の温度が変化した場合は、第１の周期フィルタ１１と第２の周期フィルタ１２の波長特性にずれが生じるため、それぞれのモニタ値の差分をとれば、温度ずれをモニタすることができる。

図７に、レーザの発振波長が目標波長に一致しており、かつ、フィルタの温度がずれた場合のフィルタ特性を示す。図７（Ａ）は、図６（Ａ）と同様に、波長ずれも温度ずれもない状態を示す。このときの２つのモニタ値の差はゼロである。図７（Ｂ）のように、波長ロッカー用フィルタ素子の温度が変化した場合には、第１、第２の導波路型周期フィルタの波長特性にずれが生じ、一方のモニタ値は増加し、他方のモニタ値は減少する。したがってモニタ値の差分を取れば、温度ずれをモニタすることが可能である。モニタ値の差が０となるように温度を制御すれば、波長ロッカー用のフィルタの温度を所望の値に調整することが可能となる。

第１の周期フィルタ１１と第２の周期フィルタ１２は、温度変化に対する波長特性の変化の方向が逆であることを前提として波長特性が同じに設定されているか（図６、７）、波長特性の傾きが逆方向に設定されているか（図４、５）によって、モニタ値の演算が変わってくる。

図４、５の例では、波長ずれを２つのモニタ値の差で検出し、温度ずれを２つのモニタ値の和で検出したが、図６、７の例では、波長ずれを２つのモニタ値の和で検出し、温度ずれを２つのモニタ値の差で検出している。図４〜図７に共通して、第１の受光素子１５と第２の受光素子１６のモニタ値の単純な和と差をとることで、目標波長からの波長ずれと、所定の温度からの温度ずれを精度よくモニタすることができる。従来の構成と比較して、モニタ値の単純な演算で波長制御と、フィルタ集積素子１９の温度制御を互いに精度独立して精度良く実施することができる。

図４〜図７の例では、第１の周期フィルタ１１と第２の周期フィルタ１２の温度変化に対する波長特性のずれが、逆方向で同じシフト量である例を示しているが、完全に同じシフト量でない場合にも十分に効果を奏する。第１の周期フィルタ１１と第２の周期フィルタ１２で温度変化による波長特性のずれは常に相殺される方向に働くため、一般的な波長ロッカーと比較して、波長ロッカーの温度変化に対する発振波長のずれの影響を低減できるからである。

＜変形例＞
図８は、変形例の波長ロッカー１０Ａの模式図である。波長ロッカー１０Ａは、図１の波長ロッカー１０の構成に加えて、第３の受光素子１７（ＰＤ３）と、第３の受光素子１７へレーザ光を分岐するためのビームスプリッタ（ＢＳ２）を有する。図１と同じ構成要素には同じ符号を付けて重複する説明を省略する。第３の受光素子１７は、波長依存性を持つフィルタ等を通さずに、光源の出力光そのものに比例した光強度を検出する。

第３の受光素子１７からのモニタ出力を用いて、第１の周期フィルタ１１の透過光を検出する第１の受光素子１５のモニタ出力と、第２の周期フィルタ１２の透過光を検出する第２の受光素子１６のモニタ出力を規格化することができる。これにより、レーザの出力強度が変動した場合でも安定したモニタ値を得ることができ、波長制御が安定する。変形例でも、導波路型の第１の周期フィルタ１１と第２の周期フィルタ１２は、温度変化に対する波長特性のシフト方向が互いに逆になるように設計されており、温度変化に対する光源波長のずれの影響を抑制し、かつ、目標波長からの波長ずれと所定温度からの温度ずれを精度良く検出することができる。

＜波長可変レーザ装置＞
図９は、実施形態の波長可変レーザ装置１の概略図である。波長可変レーザ装置１は、波長可変レーザ光源と、波長ロッカー１０と、コントローラ２を有する。波長ロッカー１０の主要部分はフィルタ集積素子１９として形成されており、温度制御用のペルチェ素子４上に配置されている。波長ロッカー１０の第１の受光素子１５と第２の受光素子１６の出力は、コントローラ２の入力に接続される。

コントローラ２は、第１の受光素子１５と第２の受光素子１６のモニタ値に基づいて、波長可変レーザ光源３の波長と、ペルチェ素子４の温度、すなわち第１の周期フィルタ１１と第２の周期フィルタ１２の温度を制御する。コントローラ２は、プロセッサ２００とメモリ２０５を有し、プロセッサ２００はメモリ２０５内のワークエリアを用いて演算を行う。

プロセッサ２００は、加算器２０１、減算器２０２、波長制御部２０３、及び温度制御部２０４を有する。加算器２０１は、第１の受光素子１５のモニタ値と第２の受光素子１６のモニタ値の和を計算する。減算器２０２は、第１の受光素子１５のモニタ値と第２の受光素子１６のモニタ値の差を計算する。波長制御部２０３は、加算器２０１と減算器２０２の出力に基づいて、波長可変レーザ光源３の波長制御パラメータを調整し、光源波長を目標波長に制御する。また、温度ずれが検出された場合、温度制御部２０４はフィルタ集積素子１９の温度が所定の温度に維持されるように、ペルチェ素子４に注入される電流量を制御する。波長可変レーザ光源３の制御パラメータと、ペルチェ素子４の制御パラメータはメモリ２０５に保存されている。

第１の周期フィルタ１１と第２の周期フィルタ１２の波長特性が図４（Ａ）（及び図５（Ａ））のように設定されている場合は（波長変化に対するモニタ強度の傾きが逆）、波長制御部２０３は、減算器２０２から出力されるモニタ値の差がゼロに近づくように、波長可変レーザ光源３の波長を制御する。これにより、波長可変レーザ光源３の波長は目標波長に調整される。温度制御部２０４は、加算器２０１から出力されるモニタ値の和が所定の値になるようにペルチェ素子４の電流量を制御し、フィルタ集積素子１９の温度を調整する。

第１の周期フィルタ１１と第２の周期フィルタ１２の波長特性が図６及び図７のように同じ特性に設定されている場合は、波長制御部２０３は、加算器２０１から出力されるモニタ値の和が所定の値になるように、波長可変レーザ光源３の波長を制御する。これにより、光源波長は目標波長に制御される。温度制御部２０４は、減算器２０２から出力されるモニタ値の差がゼロに近づくようにペルチェ素子４の電流量を制御して、フィルタ集積素子１９の温度を調整する。

フィルタ集積素子１９（またはペルチェ素子４）の温度制御は必ずしも行わなくてもよい。実施形態の波長ロッカー１０は、ある程度の温度変動がある場合でも、温度変化に対する波長特性のずれを常に相殺する方向に設計されているので、波長可変レーザ光源３の波長を目標波長に制御することが可能である。フィルタ集積素子１９の温度を制御することで、光源の発振波長をさらに高精度に制御することができる。

以上、特定の実施例に基づいて発明を説明してきたが、本発明は上記の実施例に限定されない。たとえば、非対称ＭＺ干渉計で形成される導波路型の周期フィルタの出力側光カプラ１１４、１２４として２×１カプラを使用する例を示したが、公知文献（たとえば特開2015-6854）に開示されている構造を採用して２×１カプラに替えて９０°ハイブリッド導波路を用いてもよい。ビームスプリッタに替えて直角プリズムミラーを用いてもよい。また、フィルタ集積素子１９とともに、第１の受光素子１５と第２の受光素子１６をペルチェ素子４上に配置してもよい。図９の波長ロッカー１０に替えて、図８の波長ロッカー１０Ａを用いてもよい。第１の周期フィルタ１１と第２の周期フィルタ１２のそれぞれで２本の導波路の光路長差ΔＬ0は３ｍｍに限定されず、用いる周波数帯またはグリッド間隔に応じて、適宜選択される。この場合も、２つの周期フィルタ間で温度変化に対する波長特性の変化が逆になるように共通光路長Ｌcomが設定される。

以上の説明に対し、以下の付記を提示する。
（付記１）
光源からの出力光の一部を第１のモニタ光と第２のモニタ光に分岐する手段と、
前記第１のモニタ光が入力される第１の周期フィルタと、
前記第２のモニタ光が入力される第２の周期フィルタと、
前記第１の周期フィルタを透過した光の強度をモニタする第１の受光素子と、
前記第２の周期フィルタを透過した光の強度をモニタする第２の受光素子と、
を有し、
前記第１の周期フィルタと前記第２の周期フィルタは、波長に対して透過光の強度が周期的に変化する波長特性を有し、
前記第１の周期フィルタと前記第２の周期フィルタは、温度変化に対する波長特性のシフト方向が互いに逆であることを特徴とする波長ロッカー。
（付記２）
前記第１の周期フィルタと前記第２の周期フィルタは、非対称のマッハツェンダ干渉計で形成されていることを特徴とする付記１に記載の波長ロッカー。
（付記３）
前記第１の周期フィルタは、第１導波路と、前記第１導波路よりも長い第２導波路を有し、
前記第２の周期フィルタは、第３導波路と、前記第３導波路よりも長い第４導波路を有し、
前記第１導波路と前記第２導波路の光路長差と、前記第３導波路と前記第４導波路の光路長差は同じであり、
前記第１導波路の光路長と、前記第３導波路の光路長は異なることを特徴とする付記２に記載の波長ロッカー。
（付記４）
前記第１導波路と前記第２導波路の共通光路長と、前記第３導波路と前記第４導波路の共通光路長は、前記第１の周期フィルタと前記第２の周期フィルタの温度変化に対する波長特性のシフト方向が互いに逆で、かつ同じシフト量となるように設定されていることを特徴とする付記３に記載の波長ロッカー。
（付記５）
前記第１導波路の温度変化に対する等価屈折率の変化の割合は、前記第２導波路の温度変化に対する等価屈折率の変化の割合よりも大きく、
前記第３導波路の温度変化に対する等価屈折率の変化の割合は、前記第４導波路の温度変化に対する等価屈折率の変化の割合よりも大きいことを特徴とする付記３に記載の波長ロッカー。
（付記６）
前記第２導波路は前記第１導波路よりも長く、前記第２導波路の幅は前記第１導波路の幅よりも狭く、
前記第４導波路は前記第３導波路よりも長く、前記第４導波路の幅は前記第３導波路の幅よりも狭いことを特徴とする付記３〜５のいずれかに記載の波長ロッカー。
（付記７）
目標波長において、前記第１の受光素子のモニタ値の波長に対する変化の方向と、前記第２の受光素子のモニタ値の波長に対する変化の方向は逆方向であり、かつ前記第１の受光素子のモニタ値と前記第２の受光素子のモニタ値が同じであることを特徴とする付記１に記載の波長ロッカー。
（付記８）
目標波長において、前記第１の受光素子の出力値の波長に対する変化と、前記第２の受光素子の出力値の波長に対する変化は同じであることを特徴とする付記１に記載の波長ロッカー。
（付記９）
前記第１の周期フィルタと前記第２の周期フィルタは、同一基板上にモニリシックに形成されていることを特徴とする付記１〜８のいずれかに記載の波長ロッカー。
（付記１０）
レーザ光源と、
前記レーザ光源の出力光の一部が入力される波長ロッカーと、
前記波長ロッカーの出力に基づいて、前記レーザ光源の波長を目標波長に制御するコントローラと
を有する波長可変レーザ装置において、
前記波長ロッカーは、前記レーザ光源の出力光の一部を第１のモニタ光と第２のモニタ光に分岐する手段と、前記第１のモニタ光が入力される第１の周期フィルタと、前記第２のモニタ光が入力される第２の周期フィルタと、前記第１の周期フィルタを透過した光の強度をモニタする第１の受光素子と、前記第２の周期フィルタを透過した光の強度をモニタする第２の受光素子と、を有し、
前記第１の周期フィルタと前記第２の周期フィルタは、波長に対して透過光の強度が周期的に変化する波長特性を有し、
前記第１の周期フィルタと前記第２の周期フィルタは、温度変化に対する波長特性のシフト方向が互いに逆であり、
前記コントローラは、前記第１の受光素子のモニタ値と前記第２の受光素子のモニタ値の和または差を用いて、光源波長を前記目標波長に制御することを特徴とする波長可変レーザ装置。
（付記１１）
目標波長において、前記第１の受光素子のモニタ値の波長に対する変化の方向と、前記第２の受光素子のモニタ値の波長に対する変化の方向は逆方向であり、かつ前記第１の受光素子のモニタ値と前記第２の受光素子のモニタ値が同じであり、
前記コントローラは、前記第１の受光素子のモニタ値と前記第２の受光素子のモニタ値の差がゼロに近づくように前記レーザ光源の波長を制御することを特徴とする付記１０に記載の波長可変レーザ装置。
（付記１２）
前記第１の周期フィルタと前記第２の周期フィルタの温度を調整する温度調整素子、
をさらに有し、
前記コントローラは、前記第１の受光素子のモニタ値と前記第２の受光素子のモニタ値の和が所定の値になるように、前記温度調整素子の温度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装置。
（付記１３）
目標波長において、前記第１の受光素子のモニタ値の波長に対する変化と、前記第２の受光素子のモニタ値の波長に対する変化は同じであり、
前記コントローラは、前記第１の受光素子のモニタ値と前記第２の受光素子のモニタ値の和が所定の値になるように前記レーザ光源の波長を制御することを特徴とする付記１０に記載の波長可変レーザ装置。
（付記１４）
前記第１の周期フィルタと前記第２の周期フィルタの温度を調整する温度調整素子、
をさらに有し、
前記コントローラは、前記第１の受光素子のモニタ値と前記第２の受光素子のモニタ値の差がゼロに近づくように、前記温度調整素子の温度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装置。
（付記１５）
波長ロッカーを有する波長可変レーザ装置の制御方法であって、
前記波長ロッカーに、波長に対して透過光の強度が周期的に変化する波長特性を有し、温度変化に対する波長特性のシフト方向が逆になる温度特性を有する第１の周期フィルタと第２の周期フィルタを配置し、
前記第１の周期フィルタの透過出力と前記第２の周期フィルタの透過出力をモニタし、
前記第１の周期フィルタの第１モニタ値と、前記第２の周期フィルタの第２モニタ値の和または差を用いて、光源波長を目標波長に制御する
ことを特徴とする波長可変レーザ装置の制御方法。
（付記１６）
前記目標波長において、前記第１モニタ値の波長に対する変化の方向と前記第２モニタ値の変化の方向は逆方向であり、かつ前記第１モニタ値と前記第２モニタ値が同じになるように前記第１の周期フィルタと前記第２の周期フィルタを調整し、
前記第１モニタ値と前記第２モニタ値の差がゼロに近づくように光源波長を制御することを特徴とする付記１５に記載の波長可変レーザ装置の制御方法。
（付記１７）
前記第１モニタ値と前記第２モニタ値の和が所定の値になるように、前記第１の周期フィルタと前記第２の周期フィルタの温度を制御することを特徴とする付記１６に記載の波長可変レーザ装置の制御方法。
（付記１８）
目標波長において、前記第１モニタ値の波長に対する変化と前記第２モニタ値の波長に対する変化が同じになるように前記第１の周期フィルタと前記第２の周期フィルタを調整し、
前記第１モニタ値と前記第２モニタ値の和が所定の値になるように光源波長を制御することを特徴とする付記１５に記載の波長可変レーザ装置の制御方法。
（付記１９）
前記第１モニタ値と前記第２モニタ値の差がゼロに近づくように、前記第１の周期フィルタと前記第２の周期フィルタの温度を制御することを特徴とする付記１８に記載の波長可変レーザ装置の制御方法。

１ 波長可変レーザ装置
２ コントローラ
３ 波長可変レーザ光源
４ ペルチェ素子
１０、１０Ａ、波長ロッカー
１１ 第１の周期フィルタ
１２ 第２の周期フィルタ
１３ 基板
１４ 分岐導波路
１５ 第１の受光素子
１６ 第２の受光素子
１７ 第３の受光素子
１９ フィルタ集積素子
１１１ 第１導波路
１１２ 第２導波路
１１３、１２３ 入力側光カプラ
１１４、１２４ 出力側光カプラ
１２１ 第３導波路
１２２ 第４導波路
２００ プロセッサ
２０１ 加算器
２０２ 減算器
２０３ 波長制御部
２０４ 温度制御部
２０５ メモリ

Claims (10)

1. 光源からの出力光の一部を第１のモニタ光と第２のモニタ光に分岐する手段と、
   前記第１のモニタ光が入力される第１の周期フィルタと、
   前記第２のモニタ光が入力される第２の周期フィルタと、
   前記第１の周期フィルタを透過した光の強度をモニタする第１の受光素子と、
   前記第２の周期フィルタを透過した光の強度をモニタする第２の受光素子と、
   を有し、
   前記第１の周期フィルタと前記第２の周期フィルタは、波長に対して透過光の強度が周期的に変化する波長特性を有し、
   前記第１の周期フィルタと前記第２の周期フィルタは、温度変化に対する波長特性のシフト方向が互いに逆であることを特徴とする波長ロッカー。
2. 前記第１の周期フィルタと前記第２の周期フィルタは、非対称のマッハツェンダ干渉計で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の波長ロッカー。
3. 前記第１の周期フィルタは、第１導波路と、前記第１導波路よりも長い第２導波路を有し、
   前記第２の周期フィルタは、第３導波路と、前記第３導波路よりも長い第４導波路を有し、
   前記第１導波路と前記第２導波路の光路長差と、前記第３導波路と前記第４導波路の光路長差は同じであり、
   前記第１導波路の光路長と、前記第３導波路の光路長は異なることを特徴とする請求項２に記載の波長ロッカー。
4. 前記第２導波路は前記第１導波路よりも長く、前記第２導波路の幅は前記第１導波路の幅よりも狭く、
   前記第４導波路は前記第３導波路よりも長く、前記第４導波路の幅は前記第３導波路の幅よりも狭いことを特徴とする請求項３に記載の波長ロッカー。
5. 目標波長において、前記第１の受光素子のモニタ値の波長に対する変化の方向と、前記第２の受光素子のモニタ値の波長に対する変化の方向は逆方向であり、かつ前記第１の受光素子のモニタ値と前記第２の受光素子のモニタ値が同じであることを特徴とする請求項１に記載の波長ロッカー。
6. 目標波長において、前記第１の受光素子の出力値の波長に対する変化と、前記第２の受光素子の出力値の波長に対する変化は同じであることを特徴とする請求項１に記載の波長ロッカー。
7. レーザ光源と、
   前記レーザ光源の出力光の一部が入力される波長ロッカーと、
   前記波長ロッカーの出力に基づいて、前記レーザ光源の波長を目標波長に制御するコントローラと
   を有する波長可変レーザ装置において、
   前記波長ロッカーは、前記レーザ光源の出力光の一部を第１のモニタ光と第２のモニタ光に分岐する手段と、前記第１のモニタ光が入力される第１の周期フィルタと、前記第２のモニタ光が入力される第２の周期フィルタと、前記第１の周期フィルタを透過した光の強度をモニタする第１の受光素子と、前記第２の周期フィルタを透過した光の強度をモニタする第２の受光素子と、を有し、
   前記第１の周期フィルタと前記第２の周期フィルタは、波長に対して透過光の強度が周期的に変化する波長特性を有し、
   前記第１の周期フィルタと前記第２の周期フィルタは、温度変化に対する波長特性のシフト方向が互いに逆であり、
   前記コントローラは、前記第１の受光素子のモニタ値と前記第２の受光素子のモニタ値の和または差を用いて、光源波長を前記目標波長に制御することを特徴とする波長可変レーザ装置。
8. 目標波長において、前記第１の受光素子のモニタ値の波長に対する変化の方向と、前記第２の受光素子のモニタ値の波長に対する変化の方向は逆方向であり、かつ前記第１の受光素子のモニタ値と前記第２の受光素子のモニタ値が同じであり、
   前記コントローラは、前記第１の受光素子のモニタ値と前記第２の受光素子のモニタ値の差がゼロに近づくように前記レーザ光源の波長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装置。
9. 目標波長において、前記第１の受光素子のモニタ値の波長に対する変化と、前記第２の受光素子のモニタ値の波長に対する変化は同じであり、
   前記コントローラは、前記第１の受光素子のモニタ値と前記第２の受光素子のモニタ値の和が所定の値になるように前記レーザ光源の波長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装置。
10. 波長ロッカーを有する波長可変レーザ装置の制御方法であって、
    前記波長ロッカーに、波長に対して透過光の強度が周期的に変化する波長特性を有し、温度変化に対する波長特性のシフト方向が逆になる温度特性を有する第１の周期フィルタと第２の周期フィルタを配置し、
    前記第１の周期フィルタの透過出力と前記第２の周期フィルタの透過出力をモニタし、
    前記第１の周期フィルタの第１モニタ値と、前記第２の周期フィルタの第２モニタ値の和または差を用いて、光源波長を目標波長に制御する
    ことを特徴とする波長可変レーザ装置の制御方法。