JP2023173210A - 光送受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】波長の制御にかかる時間の短縮を図ることができる光送受信装置を提供する。
【解決手段】光送受信装置は、リング共振器１９、２１、３９、４１を有する複数の光源１１、３１と、光を受信する受信アンテナ５１と、受信アンテナ５１が受信した光から、光源１１が出力する光と同じ波長の光を分別する波長分別フィルタ５２と、を備え、波長分別フィルタ５２は、光源１１が有するリング共振器１９で構成されている。光源１１が有するリング共振器１９で波長分別フィルタ５２が構成されているため、出力光の波長を制御することで、波長分別フィルタ５２の透過波長も制御される。したがって、波長分別フィルタ５２の透過波長を別途制御する必要がなくなり、波長の制御にかかる時間の短縮を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光送受信装置に関するものである。

従来、ビーム偏向システムとして、特許文献１に示す光偏向デバイスが提案されている。この光偏向デバイスは、複数の波長可変のレーザ光源を用いて複数の走査範囲を同時に走査できる構成とされている。波長可変レーザ光源の波長可変範囲の制約により、１つのレーザビームで広い走査範囲をカバーすることができないため、この光偏向デバイスでは、複数のレーザ光源を設けることで分担して全走査範囲をカバーしている。具体的には、異なる波長の複数のレーザ光源から出力されるレーザビームをビーム偏光器に導入し、各波長に対応する出射角で放射する出射器を構成することで、複数の走査範囲が同時に走査可能となっている。受信光の処理については波長分別フィルタが設けられており、波長分別フィルタの透過特性をレーザ光源の波長に追従して制御することにより、異なる波長の受信光を分別して検出している。

国際公開第２０１８／００３８５２号

特許文献１に記載の光偏向デバイスでは、レーザ光源と波長分別フィルタとが別々のデバイスとされている。そのため、レーザ光源の波長の制御とは別に、波長分別フィルタの透過波長の制御が必要になり、光偏向デバイス全体として、波長の制御にかかる時間が長くなる。

本発明は上記点に鑑みて、波長の制御にかかる時間の短縮を図ることができる光送受信装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、光送受信装置であって、リング共振器（１９、２１、３９、４１、６９、７１）を有する複数の光源（１１、３１、６１）と、光を受信する受信アンテナ（５１）と、受信アンテナが受信した光から、複数の光源のうち一部の光源が出力する光と同じ波長の光を分別する波長分別フィルタ（５２）と、を備え、波長分別フィルタは、該一部の光源が有するリング共振器で構成されている。

これによれば、光源が有するリング共振器で波長分別フィルタが構成されているため、出力光の波長を制御することで、波長分別フィルタの透過波長も制御される。したがって、波長分別フィルタの透過波長を別途制御する必要がなくなり、波長の制御にかかる時間の短縮を図ることができる。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態にかかる光送受信装置の概略構成を示す図である。 導波路、リング共振器等の各部の寸法などの説明図である。 リング共振器の断面図である。 半反射ミラーの構成を示す図である。 リング共振器の透過スペクトルである。 リング共振器の透過スペクトルである。 比較例の概略構成を示す図である。 第２実施形態にかかる光送受信装置の概略構成を示す図である。 リング共振器の透過スペクトルである。 リング共振器の透過スペクトルである。 リング共振器の透過スペクトルである。 第３実施形態にかかる光送受信装置の概略構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。本実施形態の光送受信装置は、例えばレーザレーダやＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）式のＬｉＤＡＲ（Light Detection And Ranging）などに適用される。

図１に示すように、光送受信装置は、光を外部に送信する送信部１と、外部から光を受信する受信部２とを備えている。光送受信装置は、複数の送信部１を備えている。本実施形態では、光送受信装置が２つの送信部１を備える場合について説明する。２つの送信部１をそれぞれ送信部１ａ、送信部１ｂとする。

送信部１ａは、光源としての外部共振レーザ１１と、波長モニタ１２と、送信アンテナ１３とを備えている。外部共振レーザ１１は、ＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）１４と、外部共振器１５とを備えている。波長モニタ１２、送信アンテナ１３、外部共振器１５は、半導体基板１００に半導体プロセスを施すことによって形成されており、ＳＯＡ１４は、半導体基板１００に接続されている。外部共振レーザ１１は、ＳＯＡ１４から内出射光を外部共振器１５に出射し、外部共振器１５およびＳＯＡ１４において共振状態とした強い光として取り出し、外出射光として出力するように構成されている。

ＳＯＡ１４は、光を増幅して出力するものであり、例えば、III－Ｖ族半導体構造などによって構成されている。ＳＯＡ１４は、一面１４ａが半導体基板１００の端面１００ａに貼り付けられることで外部共振器１５に接続されて一体となっている。この一面１４ａにおいて、後述する導波路１８と光結合されるように、図示しないマッチングオイルや紫外線硬化樹脂などを介して、ＳＯＡ１４が端面１００ａに接続されている。

ＳＯＡ１４の他面１４ｂには、全反射ミラー１６が備えられている。全反射ミラー１６は、ＳＯＡ１４の内出射光を反射して外部共振器１５側に戻す役割を果たす。なお、ＳＯＡ１４には、図示しない電極などが備えられており、電極から注入する電流に基づいて、光出力を変化させられるようになっている。

外部共振器１５は、半導体基板１００上に形成された、ＳＳＣ（Spot Size Converter）１７、導波路１８、リング共振器１９、導波路２０、リング共振器２１、導波路２２、周波数変調器２３、半反射ミラー２４、導波路２５を備えている。

ＳＳＣ１７は、ＳＯＡ１４と導波路１８とのモード径を合わせるためのものである。ＳＳＣ１７の一端は半導体基板１００の端面１００ａから露出させられており、他端は導波路１８に接続されている。例えば、ＳＳＣ１７は、導波路１８からＳＯＡ１４に向けて徐々にモード径が拡径されている。また、ＳＳＣ１７のうちの導波路１８側となる他端側は、反射を防止するため、導波路１８の長手方向に対して所定角度だけ傾けられている。

導波路１８は、ＳＳＣ１７から伝えられた内出射光をリング共振器１９に伝搬したり、リング共振器１９から戻ってくる内出射光をＳＯＡ１４側に伝搬したりするものであり、一方向を長手方向としたライン状で構成されている。導波路１８のうちＳＳＣ１７と接続される側の端部は、導波路１８の長手方向に対して所定の角度傾斜した方向に延設されている。そして、この端部は、先細り形状の導波路１８ａを含むＳＳＣ１７に接続されることで、反射が抑制されて効率よく光がＳＳＣ１７側に伝搬される構造とされている。導波路１８のうちＳＳＣ１７と反対側の端部は、後述する導波路５３に接続されている。導波路２０は、導波路１８と平行なライン状で構成されており、導波路１８と導波路２０との間には、リング共振器１９が配置されている。

リング共振器１９は、光が入力されることにより、所定のＦＳＲ（自由スペクトル間隔）を有する透過スペクトルを生成する共振器である。リング共振器１９は、導波路１８および導波路２０から所定距離離れた位置に配置されているが、これらに対して光結合されている。このため、導波路１８から内出射光が伝搬されてくると、リング共振器１９にその内出射光が伝搬され、リング共振器１９内に伝搬された光が導波路２０に伝搬される。

導波路２０は、リング共振器１９から伝えられた内出射光をリング共振器２１に伝搬したり、リング共振器２１から戻ってくる内出射光をリング共振器１９に伝搬したりするものである。導波路２０の一端は半導体基板１００の端面１００ａまで延設されており、他端は後述する受信アンテナ５１に接続されている。リング共振器１９およびリング共振器２１は、リング共振器１９の方が受信アンテナ５１に近くなるように配置されている。導波路２２は、導波路１８および導波路２０と平行なライン状で構成されており、導波路２０と導波路２２との間には、リング共振器２１が配置されている。なお、導波路１８、２０、２２が平行であることは必須ではなく、例えば導波路１８に対して導波路２０、２２が傾斜していてもよい。

リング共振器２１は、光が入力されることにより、所定のＦＳＲを有する透過スペクトルを生成する共振器である。リング共振器２１は、導波路２０および導波路２２から所定距離離れた位置に配置されているが、これらに対して光結合されている。このため、導波路２０から内出射光が伝搬されてくると、リング共振器２１にその内出射光が伝搬され、リング共振器２１内に伝搬された光が導波路２２に伝搬される。

リング共振器２１の透過スペクトルはリング共振器１９とは異なるＦＳＲを有するが、所定の波長では、リング共振器１９およびリング共振器２１の両方で透過スペクトルがピークをとるようになっている。この波長をλ１とする。この波長λ１において、リング共振器１９とリング共振器２１それぞれで生成された透過スペクトルが重なり、これらの合成スペクトルとなるダブルリングの透過スペクトルが最も高い１番目のピークとなる。この１番目のピークによって、全反射ミラー１６と半反射ミラー２４の間で形成されるファブリペロー共振器の縦モードが選択され、レーザ発振が起こり強い光となるため、この強い光が出力されるようになっている。なお、リング共振器１９およびリング共振器２１は、後述する波長λ２の光が遮断されるように、具体的には、波長λ２の光の透過率が所定値以下となるように構成されている。

リング共振器１９、リング共振器２１には、ヒータ１９ａ、ヒータ２１ａが備えられており、このヒータ１９ａ、ヒータ２１ａによって加熱されることで、意図的に、透過スペクトルのＦＳＲを変化させられるようになっている。このように、リング共振器１９、導波路２０、リング共振器２１によって波長可変フィルタ２６が構成されている。

図２および図３を用いて、導波路１８、リング共振器１９、導波路２０の各部の詳細について説明する。なお、ここではリング共振器１９とその両側に配置される導波路１８および導波路２０について、各部の寸法などの一例を説明するが、リング共振器２１およびその両側に配置される導波路２０および導波路２２についても一部を除いて同様である。

図２に示されるように、導波路１８、導波路２０は、共に幅Ｗｔが同じに設定されている。ここでは、幅Ｗｔを０．４５μｍとしてある。また、リング共振器１９は、長方形状の四隅を四分円としたもので構成され、幅Ｗｒも幅Ｗｔと同じとして０．４５μｍとしてある。リング共振器１９のうち導波路１８、導波路２０と対向する直線部分は、主に導波路１８、導波路２０と光結合される部分であり、対向している部分の長さが結合長Ｌｃとされている。リング共振器１９のうち導波路１８、導波路２０と対向する直線部分に対して垂直な部分は、長さＬｄとされている。そして、四分円の曲率半径Ｒは、例えば２０μｍとされている。リング共振器１９の周囲長Ｌｒｉｎｇは、２×Ｌｃ＋２×Ｌｄ＋２πＲとなり、結合長Ｌｃや長さＬｄを調整することにより設定されている。

結合長Ｌｃについては、導波路１８および導波路２０との結合効率κを考慮して設定される。すなわち、結合効率κについては、結合長Ｌｃとリング共振器１９と導波路１８または導波路２０との間隔である導波路間ギャップＷ_ＧＡＰ、各導波路の幅Ｗｒ、Ｗｔによって設計することができる。リング共振器１９と導波路１８との結合と、リング共振器１９と導波路２０との結合とで、別々の結合効率κとすることもできるが、同じにすることもできる。ここでは、導波路１８と導波路２０の幅Ｗｔを等しくし、導波路間ギャップＷ_ＧＡＰも０．３μｍと等しくしている。

リング共振器１９とリング共振器２１は、互いに異なる周囲長で構成されており、それぞれで異なるＦＳＲを有する透過スペクトルを生成する。リング共振器１９、リング共振器２１のリング周囲長Ｌｒｉｎｇは、それぞれ、１４９．６μｍ、１５９．３μｍとされている。リング共振器１９、リング共振器２１と導波路１８等との結合効率κは０．１３とされており、結合長Ｌｃは９μｍとされている。

図３に示すように、リング共振器１９は、支持基板１０１、アンダークラッド層１０２、コア層１０３、オーバークラッド層１０４、ヒータ１９ａを積層することで構成されている。

支持基板１０１は、シリコン基板などによって構成されており、７２５μｍの厚みとされている。アンダークラッド層１０２は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）などの絶縁膜によって構成され、支持基板１０１の上に２μｍの厚みで成膜されている。コア層１０３は、リング共振器１９の導波路を構成する部分であり、シリコンなどによって構成されていて、上面形状がリング共振器１９の形状となるようにパターニングされている。コア層１０３の幅がリング共振器１９の幅Ｗｒに相当するものであり、０．４５μｍとされ、厚みが０．２２μｍとされている。オーバークラッド層１０４は、ＳｉＯ_２などの絶縁膜によって構成され、コア層１０３を覆うように３μｍの厚みで形成されている。ヒータ１９ａは、オーバークラッド層１０４上において、コア層１０３と対応する位置に０．１２μｍの厚みで形成されている。ヒータ１９ａは、例えばＴａ、ＴｉＮ、ＴａＮなどのように、通電によってコア層１０３を加熱できる発熱材料で構成されている。

なお、ここではリング共振器１９の断面構造として説明したが、リング共振器２１も同様の構造とされている。また、導波路１８、導波路２０、導波路２２も、基本的には図３の断面構成とされ、ここからヒータ１９ａを無くした構成とされている。また、支持基板１０１、アンダークラッド層１０２およびコア層１０３として、ＳＯＩ（Silicon On Insulatorの略）基板が用いられ、ＳＯＩ基板における活性層をパターニングしてコア層１０３を形成している。

導波路２２は、リング共振器２１から伝搬された内出射光のうち半反射ミラー２４で反射した光を再びリング共振器２１に伝搬するものである。図１に示すように、導波路２２の一方の端部は半反射ミラー２４に接続されており、他方の端部にはターミネータ２２ａが備えられている。ターミネータ２２ａは、導波路２２から伝搬されてきた不要な光を導波路２２の外部に放出するものである。ターミネータ２２ａは、不要な光が反射して再び導波路に伝搬されることが抑制されるように、導波路２２の長手方向に対して所定の角度傾斜した方向に延設され、先細り形状とされている。導波路２２のうち、リング共振器２１に接続された部分と、半反射ミラー２４側の端部との間には、周波数変調器２３が配置されている。

周波数変調器２３は、導波路２２を通過する光の周波数を変調するものである。周波数変調器２３は、例えば熱光学効果やキャリアプラズマ効果や電気光学効果などを利用した位相変調器で構成されており、光の位相を変調することで、周波数を変調する。

半反射ミラー２４は、導波路２２から伝搬した光の一部を反射して再び導波路２２に伝搬するとともに、残りを外部共振レーザ１１の外部に出力するものである。半反射ミラー２４は、例えば図１に示すように、方向性結合器で構成される。なお、図４に示すように、半反射ミラー２４をＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）で構成してもよい。半反射ミラー２４の反射率は、例えば１～１０％程度とされる。半反射ミラー２４は導波路２２等に平行なライン状の導波路２５によって波長モニタ１２および送信アンテナ１３に接続されており、外部共振レーザ１１が出力した光は波長モニタ１２および送信アンテナ１３に伝搬する。

波長モニタ１２は、外部共振レーザ１１が出力する光の波長をフィードバック制御するために、この光の波長を検出するものである。波長モニタ１２は、例えばエタロンフィルタ等の、ある波長間隔毎にピークがあるフィルタと、フォトダイオードとで構成されている。波長モニタ１２によるモニタ結果は、図示しない制御回路に入力され、このモニタ結果に基づいて、リング共振器１９、リング共振器２１に備えられたヒータ１９ａ、ヒータ２１ａの温度が調整される。

送信アンテナ１３は、外部共振レーザ１１から出力された光を光送受信装置の外部に送信するものである。送信アンテナ１３は、グレーティングカプラで構成されており、半反射ミラー２４から伝搬した光を、波長に応じた走査範囲のレーザビームとして出射させる。

以上説明したように、送信部１ａでは、図１の矢印Ａ１で示すように光が伝搬し、光送受信装置の外部に出射される。送信アンテナ１３に入力される光の波長を波長可変フィルタ２６のリング共振器１９、リング共振器２１に備えられたヒータ１９ａ、ヒータ２１ａの温度調整によって変化させることで、送信アンテナ１３における光の出射角度θ１が変化し、光が走査される。なお、光送受信装置をＦＭＣＷ式のＬｉＤＡＲとして用いる場合には、送信光の周波数を三角波状に変調し、送信光から分波した参照光と受信光との合波によってビート光を生成し、このビート光に基づいて測距を行う。この場合、波長可変フィルタ２６によって、送信光を走査するための変調が行われると同時に、周波数変調器２３によって、ＦＭＣＷ式の測距のための周波数を三角波状にする変調も行われる。しかしながら、ＦＭＣＷ式の測距のための変調は走査のための変調に比べて微小であるため、走査精度への影響は小さい。

送信部１ｂは、光源としての外部共振レーザ３１と、波長モニタ３２と、送信アンテナ３３とを備えている。外部共振レーザ３１は、ＳＯＡ３４と、外部共振器３５とを備えている。波長モニタ３２、送信アンテナ３３、外部共振器３５は、外部共振器１５等と同じ半導体基板１００に半導体プロセスを施すことによって形成されており、ＳＯＡ３４は、半導体基板１００に接続されている。波長モニタ３２、送信アンテナ３３は、送信部１ａの波長モニタ１２、送信アンテナ１３と同様の構成とされている。外部共振レーザ３１は、ＳＯＡ３４から内出射光を外部共振器３５に出射し、外部共振器３５およびＳＯＡ３４において共振状態とした強い光として取り出し、外出射光として出力するように構成されている。送信部１ｂでは、矢印Ａ２で示すように光が伝搬し、光送受信装置の外部に出射される。

ＳＯＡ３４は、ＳＯＡ１４と同様の構成とされており、半導体基板１００に接続された端面と反対側の端面には、全反射ミラー３６が備えられている。外部共振器３５は、ＳＳＣ３７、導波路３８、リング共振器３９、導波路４０、リング共振器４１、導波路４２、周波数変調器４３、半反射ミラー４４、導波路４５を備えている。ＳＳＣ３７～導波路４５は、外部共振器１５のＳＳＣ１７～導波路２５とほぼ同様の構成とされているが、以下の点において異なる構成とされている。

導波路３８は、ＳＳＣ３７とは反対側の端部にターミネータ３８ａが備えられており、導波路２２のターミネータ２２ａと同様に、不要な光が外部に放出されるようになっている。導波路４０は、両端にターミネータ４０ａ、４０ｂが備えられており、不要な光が外部に放出されるようになっている。リング共振器３９およびリング共振器４１は、λ１とは異なる波長λ２において透過スペクトルが重なり、最も高い１番目のピークとなるように構成されている。リング共振器３９、リング共振器４１には、ヒータ３９ａ、ヒータ４１ａが備えられており、このヒータ３９ａ、ヒータ４１ａによって加熱されることで、意図的に、透過スペクトルのＦＳＲを変化させられるようになっている。このように、リング共振器３９、導波路４０、リング共振器４１によって波長可変フィルタ４６が構成されている。

リング共振器３９、リング共振器４１のリング周囲長Ｌｒｉｎｇは、それぞれ、１５３．１μｍ、１６３．１μｍとされている。リング共振器３９、リング共振器４１と導波路３８等との結合効率κは０．１３とされており、結合長Ｌｃは９μｍとされている。

本実施形態では、λ１＝１５４０ｎｍ、λ２＝１５６０ｎｍとされている。例えば、送信アンテナ１３、送信アンテナ３３からの出射角度が、波長が１ｎｍ変化すると０．１５度変化するように構成された場合には、送信部１ａと送信部１ｂの光の出射角度が約３度異なる。

図５において、実線、破線は、それぞれ、リング共振器１９、リング共振器２１の透過スペクトルを示す。図６において、実線、破線は、それぞれ、リング共振器３９、リング共振器４１の透過スペクトルを示す。図５に示すように、リング共振器１９およびリング共振器２１の両方において、波長λ１で透過率がピークをとり、波長λ２において透過率が低くなっている。また、図６に示すように、リング共振器３９およびリング共振器４１の両方において、波長λ２で透過率がピークをとる。

波長可変フィルタ４６は、送信アンテナ３３から送信される光が、送信アンテナ１３から送信される光とは別々の範囲を走査するように、出力光の波長を変化させる。すなわち、波長可変フィルタ４６において、送信アンテナ３３における出射角度θ２が出射角度θ１とは異なる範囲で変化するように、波長λ２が設定される。このように、光送受信装置から複数の波長のレーザビームが同時に出射されることで、複数の走査範囲にレーザビームを同時に出射させられるようになっている。

受信部２は、光送受信装置の外部から光を受信し、受信した光を波長毎に分別して出力するものである。図１に示すように、受信部２は、受信アンテナ５１と、波長分別フィルタ５２と、導波路５３とを備えている。受信アンテナ５１は、外部からの光を受信するものであり、グレーティングカプラで構成されている。

波長分別フィルタ５２は、受信アンテナ５１が受信した光から、光送受信装置が備える複数の光源のうち一部の光源が出力する光と同じ波長の光を分別するものであり、該一部の光源が有するリング共振器で構成されている。本実施形態では、波長分別フィルタ５２は、外部共振レーザ１１が有するリング共振器１９で構成されており、受信アンテナ５１が受信した光から、外部共振レーザ１１が出力する光と同じ波長λ１の光を分別する。

具体的には、前述したように受信アンテナ５１は導波路２０に接続されており、受信アンテナ５１が受信した光は導波路２０に伝搬する。受信アンテナ５１が受信する光には、送信部１ａ、送信部１ｂから送信された光の反射光が含まれる。すなわち、受信光には波長λ１の光と波長λ２の光が含まれる。

導波路２０にはリング共振器１９が接続されており、リング共振器１９の透過スペクトルは波長λ１の光を透過させ波長λ２の光を遮断するように構成されている。そのため、導波路２０に伝搬した光のうち、波長λ１の光がリング共振器１９を透過して導波路２０から分離する。リング共振器１９を透過した波長λ１の光は、リング共振器１９に接続された導波路１８に伝搬する。

導波路１８のうちＳＳＣ１７とは反対側の端部は、導波路５３に接続されている。導波路５３は、導波路１８に平行なライン状で構成されており、導波路１８および導波路５３の接続部はＵ字状に曲がっている。導波路５３のうち導波路１８と反対側の端部は半導体基板１００の端面１００ａまで延設されており、導波路１８に伝搬した波長λ１の受信光は、導波路５３を伝搬して端面１００ａから出射される。すなわち、波長λ１の受信光は、矢印Ａ３で示すように伝搬し、光送受信装置から出射される。

一方、波長λ２の光は、リング共振器１９から遮断されて導波路２０を伝搬する。導波路２０にはリング共振器２１も接続されているが、導波路２０の透過スペクトルは波長λ２の光を遮断するように構成されているため、波長λ２の受信光は導波路２０を伝搬し続けて端面１００ａから出射される。すなわち、波長λ２の受信光は、矢印Ａ４で示すように伝搬し、光送受信装置から出射される。

このように、波長分別フィルタ５２を構成するリング共振器１９によって、波長λ１、λ２の光が分別され、光送受信装置の外部に出力される。光送受信装置の外部には図示しない光検出部が備えられており、波長λ１、λ２の光の受信結果に基づいて測距等が行われる。

比較例について説明する。図７に示す比較例は、外部共振レーザ１１と波長分別フィルタ５２とが別々に構成されている。具体的には、導波路１８のうちＳＳＣ１７とは反対側の端部、および、導波路２０の両端部には、ターミネータ１８ａ、２０ａ、２０ｂが備えられている。受信部２は受信アンテナ５１、波長分別フィルタ５２、導波路５３に加えて、導波路５４、導波路５５、波長モニタ５６を備えている。

導波路５４は導波路５３に平行なライン状で構成されている。導波路５４の一方の端部は受信アンテナ５１に接続されており、他方の端部は半導体基板１００の端面１００ａまで延設されている。導波路５５は、導波路５４に平行なライン状で構成されている。波長分別フィルタ５２は、導波路５４と導波路５５との間に配置されたリング共振器で構成されており、これらに対して光結合されている。波長分別フィルタ５２は、リング共振器１９と同様にヒータを備えており、波長λ１の光を透過し波長λ２の光を遮断するように透過スペクトルが調整される。

導波路５５の一方の端部にはターミネータ５５ａが備えられており、他方の端部は導波路５３に接続されている。導波路５３のうち導波路５５とは反対側の端部は半導体基板１００の端面１００ａまで延設されている。導波路５３には波長モニタ５６が接続されており、波長モニタ５６によって、導波路５３を伝搬する光の波長が検出される。波長モニタ５６によるモニタ結果に基づいて波長分別フィルタ５２のヒータの温度が設定され、波長分別フィルタ５２の透過スペクトルが調整される。

このような構成の比較例では、波長モニタ１２によるモニタ結果を用いて、外部共振レーザ１１が出力する光の波長を制御するとともに、波長モニタ３２によるモニタ結果を用いて、外部共振レーザ３１が出力する光の波長を制御する。さらに、波長モニタ５６によるモニタ結果を用いて、波長分別フィルタ５２を透過する光の波長を制御する。そして、波長分別フィルタ５２の透過波長をλ１とすることで、受信光に含まれる波長λ１の光が波長分別フィルタ５２によって分別される。これにより、送信部１ａから送信された波長λ１の光の反射光と、送信部１ｂから送信された波長λ２の光の反射光とを分別して検出することができる。

このように、外部共振レーザ１１と波長分別フィルタ５２とが別々に構成された光送受信装置では、外部共振レーザ１１の波長の制御とは別に、波長分別フィルタ５２の透過波長の制御が必要になり、波長の制御にかかる時間が長くなる。

これに対して本実施形態では、外部共振レーザ１１が有するリング共振器１９で波長分別フィルタ５２が構成されているため、外部共振レーザ１１の出力光の波長を制御することで、波長分別フィルタ５２の透過波長も制御される。したがって、波長分別フィルタ５２の透過波長を別途制御する必要がなくなり、波長の制御にかかる時間の短縮を図ることができる。

また、外部共振レーザ１１と波長分別フィルタ５２とを別々に構成すると、外部共振レーザ１１のリング共振器を制御する電気回路とは別に、波長分別フィルタ５２を制御する電気回路が必要になるため、必要な部品が多くなり、コストが増加する。

これに対して本実施形態では、外部共振レーザ１１が有するリング共振器１９で波長分別フィルタ５２が構成されており、出力光の波長と同じ電気回路で波長分別フィルタ５２の透過波長も制御することができる。したがって、波長分別フィルタ５２を制御する電気回路を別途用意する必要がなくなり、コストを低減することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して送信部１を追加したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図８に示すように、本実施形態の光送受信装置は、送信部１として送信部１ａ、送信部１ｂに加えて送信部１ｃを備えている。送信部１ｃは、光源としての外部共振レーザ６１と、波長モニタ６２と、送信アンテナ６３とを備えている。外部共振レーザ６１は、ＳＯＡ６４と、外部共振器６５とを備えている。波長モニタ６２、送信アンテナ６３、外部共振器６５は、外部共振器１５等と同じ半導体基板１００に半導体プロセスを施すことによって形成されており、ＳＯＡ６４は、半導体基板１００に接続されている。波長モニタ６２、送信アンテナ６３は、送信部１ａの波長モニタ１２、送信アンテナ１３と同様の構成とされている。外部共振レーザ６１は、ＳＯＡ６４から内出射光を外部共振器６５に出射し、外部共振器６５およびＳＯＡ６４において共振状態とした強い光として取り出し、外出射光として出力するように構成されている。送信部１ｃでは、矢印Ａ５で示すように光が伝搬し、光送受信装置の外部に出射される。

ＳＯＡ６４は、ＳＯＡ１４と同様の構成とされており、半導体基板１００に接続された端面と反対側の端面には、全反射ミラー６６が備えられている。外部共振器６５は、ＳＳＣ６７、導波路６８、リング共振器６９、導波路７０、リング共振器７１、導波路７２、周波数変調器７３、半反射ミラー７４、導波路７５を備えている。ＳＳＣ６７～導波路７５は、第１実施形態のＳＳＣ３７～導波路４５とほぼ同様の構成とされているが、以下の点において異なる構成とされている。

リング共振器６９およびリング共振器７１は、λ１、λ２とは異なる波長λ３において透過スペクトルが重なり、最も高い１番目のピークとなるように構成されている。リング共振器６９、リング共振器７１には、ヒータ６９ａ、ヒータ７１ａが備えられており、このヒータ６９ａ、ヒータ７１ａによって加熱されることで、意図的に、透過スペクトルのＦＳＲを変化させられるようになっている。このように、リング共振器６９、導波路７０、リング共振器７１によって波長可変フィルタ７６が構成されている。本実施形態では、リング共振器１９、２１、３９、４１、６９、７１のリング周囲長Ｌｒｉｎｇは、それぞれ、１４９．６μｍ、１６０．０μｍ、１５３．１μｍ、１６３．８μｍ、１５６．７μｍ、１６７．６μｍとされている。リング共振器１９、２１、３９、４１、６９、７１のリング結合効率κは０．１３とされており、結合長Ｌｃは９μｍとされている。λ３は１５８０ｎｍとされている。

図９において、実線、破線は、それぞれ、リング共振器１９、リング共振器２１の透過スペクトルを示す。図１０において、実線、破線は、それぞれ、リング共振器３９、リング共振器４１の透過スペクトルを示す。図１１において、実線、破線は、それぞれ、リング共振器６９、リング共振器７１の透過スペクトルを示す。図９に示すように、リング共振器１９およびリング共振器２１の両方において、波長λ１で透過率がピークをとり、波長λ２、λ３において透過率が低くなっている。また、図１０に示すように、リング共振器３９およびリング共振器４１の両方において、波長λ２で透過率がピークをとり、波長λ３において透過率が低くなっている。また、図１１に示すように、リング共振器６９およびリング共振器７１の両方において、波長λ３で透過率がピークをとる。

波長可変フィルタ７６は、送信アンテナ６３から送信される光が、送信アンテナ１３、３３から送信される光とは別々の範囲を走査するように、出力光の波長を変化させる。すなわち、波長可変フィルタ７６において、送信アンテナ６３における出射角度θ３が出射角度θ１、θ２とは異なる範囲で変化するように、波長λ３が設定される。

導波路２０のうち受信アンテナ５１とは反対側の端部は、蛇行する導波路５７を介して導波路４０の端部に接続されている。導波路５７は、ターミネータ２２ａと半導体基板１００の端面１００ａとの間を通って、さらに導波路２２と後述する導波路５８との間を通過し、導波路５８および導波路３８の連結部に対して端面１００ａと反対側を通って、導波路４０の端部に接続されている。導波路４０のうち導波路５７に接続された側とは反対側の端部は、端面１００ａまで延設されている。

このようにして、受信アンテナ５１から延びた導波路上に、受信アンテナ５１から近い順にリング共振器１９、リング共振器２１、リング共振器３９、リング共振器４１が接続されている。導波路３８のうちＳＳＣ３７とは反対側の端部は、導波路５８に接続されている。導波路５８は導波路３８に平行なライン状で構成されており、導波路３８に接続された側と反対側の端部は、端面１００ａまで延設されている。

本実施形態の波長分別フィルタ５２は、リング共振器１９およびリング共振器３９で構成されている。具体的には、波長λ１、λ２、λ３の光が受信アンテナ５１にて受信されると、受信光のうち波長λ１の光が、波長分別フィルタ５２を構成するリング共振器１９によって導波路２０から分離し、導波路５３を伝搬して半導体基板１００の端面１００ａから出射される。残りの波長λ２、λ３の光はリング共振器２１から遮断され、導波路２０から導波路５７を伝搬して導波路４０に伝わる。導波路４０を伝搬する光のうち波長λ２の光が、波長分別フィルタ５２を構成するリング共振器３９によって導波路４０から分離し、導波路５８を伝搬して端面１００ａから出射される。残りの波長λ３の光はリング共振器４１から遮断され、導波路４０を伝搬して端面１００ａから出射される。このように、波長分別フィルタ５２を構成するリング共振器１９、３９によって、波長λ１、λ２、λ３の光が分別され、矢印Ａ３、Ａ４、Ａ６で示すように伝搬し、光送受信装置の外部に出力される。

本実施形態では、外部共振レーザ１１が有するリング共振器１９と、外部共振レーザ３１が有するリング共振器３９とで波長分別フィルタ５２が構成されている。したがって、外部共振レーザ１１、３１の出力光の波長を制御することで、波長分別フィルタ５２の透過波長も制御される。

本実施形態は、第１実施形態と同様の構成および作動からは第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。本実施形態は、第２実施形態に対して遮断部を追加したものであり、その他については第２実施形態と同様であるため、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図１２に示すように、本実施形態では、受信アンテナ５１と波長分別フィルタ５２との間に、受信アンテナ５１が受信した光を遮断する遮断部５９が配置されている。遮断部５９は、例えばＭＺＩ（Mach-Zehnder Interferometer）型光スイッチ、ＶＯＡ（可変光減衰器）等で構成される。

図１２では、遮断部５９がＭＺＩ型光スイッチで構成された場合について図示している。このような構成の遮断部５９では、受信光を２つの経路に分けて伝搬し、ヒータによって各経路の光路長を調整し、一方の経路を伝搬する光の位相を他方の経路を伝搬する光の位相と逆にすることで、合波後の光の強度が０になる。これにより、受信光が外部共振器１５に入ることを抑制することができる。

遮断部５９をＶＯＡで構成した場合には、受信光を大きく減衰させることにより、受信光が外部共振器１５に入ることを抑制することができる。

本実施形態は、第１、第２実施形態と同様の構成および作動からは第１、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１）受信アンテナ５１と波長分別フィルタ５２との間に、受信アンテナ５１が受信した光を遮断する遮断部５９が配置されている。これによれば、外部共振レーザ１１の波長制御中に遮断部５９によって受信光を遮断することにより、余計な光がリング共振器１９に入ることを抑制し、安定した波長制御を行うことができる。

（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

（１）第１実施形態において、受信アンテナ５１と波長分別フィルタ５２との間に遮断部５９を配置してもよい。

（２）第２、第３実施形態において、半反射ミラー２４、４４、７４をＤＢＲで構成してもよい。

（３）光送受信装置から４つ以上の波長の光が送信されるようにしてもよい。光源としての外部共振レーザの数をＭとすると、波長分別フィルタ５２は、以下のように構成される。

Ｋを１以上Ｍ以下の整数とし、複数の光源のうちＫ番目の光源が出力する光の波長をλＫとし、Ｎを１以上Ｍ－１以下の整数とし、ＬをＮ＋１以上Ｍ以下の整数とする。複数の光源のうちＮ番目の光源は、波長λＮの光を透過させる２つのリング共振器を有し、波長分別フィルタ５２は、Ｎ番目の光源が有する２つのリング共振器のうちの１つを用いて波長λＮの光を分別する。

Ｎ番目の光源が有する２つのリング共振器は、受信アンテナ５１から延びる導波路に順に接続される。Ｎ番目の光源が有する２つのリング共振器のうち、受信アンテナ５１に近い一方のリング共振器は、波長λＮの光が入力されたときに、該光が該リング共振器を透過して導波路から分離するように構成される。他方のリング共振器は、波長λＬの光が入力されたときに、該光が該リング共振器から遮断されて導波路を伝搬するように構成される。

（４）第１～第３実施形態で説明した光送受信装置は、１つの半導体基板１００中に１つ備えられた例を示したものであるが、各実施形態で示した光送受信装置を構成する各部を１組として、１つの半導体基板１００に複数組の光送受信装置を備えることもできる。その場合、どのような組み合わせとしても良く、例えば第１実施形態で示した光送受信装置を複数組備えるようにしても良いし、第１実施形態と第２実施形態それぞれで示した光送受信装置を混在させるようにしても良い。

１１、３１、６１ 外部共振レーザ
１９、２１、３９、４１、６９、７１ リング共振器
５１ 受信アンテナ
５２ 波長分別フィルタ

Claims (4)

1. 光送受信装置であって、
   リング共振器（１９、２１、３９、４１、６９、７１）を有する複数の光源（１１、３１、６１）と、
   光を受信する受信アンテナ（５１）と、
   前記受信アンテナが受信した光から、前記複数の光源のうち一部の光源が出力する光と同じ波長の光を分別する波長分別フィルタ（５２）と、を備え、
   前記波長分別フィルタは、該一部の光源が有する前記リング共振器で構成されている光送受信装置。
2. 前記複数の光源の数をＭとし、
   Ｋを１以上Ｍ以下の整数とし、
   前記複数の光源のうちＫ番目の光源が出力する光の波長をλＫとし、
   Ｎを１以上Ｍ－１以下の整数として、
   前記複数の光源のうちＮ番目の光源は、波長λＮの光を透過させる２つの前記リング共振器を有し、
   前記波長分別フィルタは、Ｎ番目の光源が有する２つの前記リング共振器のうちの１つを用いて波長λＮの光を分別する請求項１に記載の光送受信装置。
3. ＬをＮ＋１以上Ｍ以下の整数として、
   Ｎ番目の光源が有する２つの前記リング共振器は、前記受信アンテナから延びる導波路（２０、４０、５７）に順に接続されており、
   Ｎ番目の光源が有する２つの前記リング共振器のうち、前記受信アンテナに近い一方のリング共振器は、波長λＮの光が入力されたときに、該光が該リング共振器を透過して前記導波路から分離するように構成されており、
   他方のリング共振器は、波長λＬの光が入力されたときに、該光が該リング共振器から遮断されて前記導波路を伝搬するように構成されている請求項２に記載の光送受信装置。
4. 前記受信アンテナと前記波長分別フィルタとの間に、前記受信アンテナが受信した光を遮断する遮断部（５９）が配置されている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の光送受信装置。

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