JP3920602B2 - 波長可変モード同期レーザ及びその作製方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長可変モード同期レーザ及びその作製方法に関し、より詳しくは、高速波長変換および波長ルーティングを利用した光通信ネットワーク等に利用できる波長可変モード同期レーザ及びその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モード同期用のクロック信号の周波数（すなわちレーザの繰り返し）を変化させることによって、発振波長が可変される波長可変モード同期レーザがある。
【０００３】
このような波長可変モード同期レーザに関連する文献としては、下記のものがある。
［１］ P.A.Morton, V.Mizrahi, P.A.Andrekson, T.Tanbun-Ek, R.A.Logan, P.Lemaire, D.L.Coblentz, A.M.Sergent, K.W.Wecht, and P.F.Sciortino Jr, "Mode-locked hybrid soliton pulse souce with extremely wide operating frequency range," IEEE Photon.Technol.Lett., vol.5, pp.28-31, Jan.(1993).
［２］ J.Yu, D.Huhse, M.Schell, M.Schulze, D.Bimberg, J.A.R.Williams, L.Zhang, and I.Bennion, "Fourier-transform-limited 2.5 ps light pulses with electrically tunable wavelength (15 nm) by hybridly modelocking a semiconductor laser in a chirped Bragg grating fibre external cavity," Electron.Lett., vol.31, pp.2008-2009, November 9(1995).
［３］ S.Li and K.T.Chan, "Electrical wavelength-tunable actively mode-locked fiber ring laser with a linearly chirped fiber Bragg, grating," IEEE Photon.Technol.Lett., vol.10, pp.799-801, June(1998).
［４］ B.Fischer, O.Shapira, B Levit, and A.Bekker, "Cavity-resonance-activated wavelength-selectable fiber and diode lasers," in Tech, Dig. 1999 Conf.Lasers And Electro-Optics, paper Ctu J6, May(1999).
［５］ K.R.Tamura, T.Komukai, and M.Nakazawa, "A new optical rauting technique with a subcarrier clock controlled wavelength converter," IEEE Photon.Technol.Lett., vol.11, pp.1491-1493, November(1999).
【０００４】
波長可変モード同期レーザは、構成が単純で、高速に波長可変が可能で、また容易に波長選択が可能であるという、いくつかの利点がある。
【０００５】
図１は、このような波長可変モード同期レーザの一般構成の例を示す図である。共振器１０が半導体光増幅器１４、光変調器１３、Ｎ波長（Ｎは正の整数）の分布ブラッググレーティング（distributed Bragg grating：ＤＢＧ）１５、および出力手段１９（図１の場合、ＤＢＧ１５を透過した光を用いている）から成っている。
【０００６】
ＤＢＧ１５は光導波路１８（例えば、光ファイバまたはシリコン基板上の石英導波路）上に設計されている。共振器１０の片側が高反射面１１により終端されており、もう片側がＤＢＧ１５により終端されている。半導体光増幅器１４の出力側に表面反射を抑圧する手段１２が用いられており、半導体の部分と光導波路または光ファイバ間の接続がカップリング手段１１０により実現されている。
【０００７】
図２は、従来のＤＢＧの作製と特性の関係を示す図である。図中符号２１は従来の一定なピッチのＤＢＧを複数個並べた構成のＤＢＧを作製するための位相マスクの例であり、２２は位相マスク２１の長さによるピッチの変化、２３はＤＢＧを作製する時に適用するアポダイゼーションプロファイル、２４は位相マスク２１およびアポダイゼーション２３によるＤＢＧの反射スペクトル、２５はＤＢＧの反射スペクトル２４の波長による反射遅延特性である。
【０００８】
帯域δλの反射バンドがＮ個あり、波長間隔がΔλである。各波長バンドに対応する反射遅延は、ＤＢＧを作製する時に用いる位相マスク２１の設計により設定されている。図２に示すＤＢＧの場合、反射遅延特性が波長により徐々に増加している。
【０００９】
ここで、図１に示すレーザの動作原理を説明する。ＤＣ（direct current）電源１７により、半導体光増幅器１４の利得が設定されている。ＲＦ（radio frequencies）シンセサイザー１６を用いて、モード同期を掛けるための変調信号を得ている。光変調器１３をレーザの基本繰り返し周波数ｆの整数ｋ倍（ｋ＞０）で変調することによって、モード同期発振が実現され、繰り返し周波数ｋｆでパルス列が出力手段１９から出力される。
【００１０】
ただ、本レーザの場合、ＤＢＧにより共振器長とそれに対応する繰り返し周波数ｆが波長により異なる。この場合、所望の波長に対応する周波数で光変調器１３を変調した際、その波長のみでモード同期発振が実現されるが、他の波長では発振が起きない。すなわち、クロック周波数を変化させることによって、発振波長を選択することができる。
【００１１】
図３は、図２のＤＢＧを用いた波長可変モード同期レーザの出力スペクトルの例を示す図である。図中符号３１は、Ｎ波長の内の一つが発振していることを示している。クロック周波数と発振波長の対応性は、ＤＢＧの波長と遅延の対応性で設定することができるが、図２に示すＤＢＧを用いた場合、モード同期周波数を徐々に減少させることによって、レーザの発振波長が長波長側に変化する。
【００１２】
図１に示すレーザはリニア型共振器であるが、ＤＢＧをサーキュレータと組み合わせることによって、原理的に同じ動作をリング型の共振器で実現することができる。
【００１３】
ＤＢＧ１５を作製するために、位相マスク法を用いることが有効である。図２において、ＤＢＧの反射スペクトル２４及びＤＢＧの反射スペクトルの反射遅延特性２５で示す特性のＤＢＧを実現するために用いる位相マスク２１の特性を、以下に示す。
【００１４】
この位相マスク２１は、Ｎ個の、一定なピッチの部分から成っており、長さによるピッチの変化を図中符号２２に示す。ＤＢＧを光導波路に書き込む際、２３で示すようなアポダイゼーション（apodization、ピッチに対応する短周期の屈折率変化より遅く変化するエンベロープ成分）を適用することによって、反射遅延のリップル（変動）が低減される。
【００１５】
しかし、図２に示すＤＢＧの製造に以下で述べるような問題がある。まず、一定なピッチの位相マスク２１は製造後に調整することができないため、ピッチの絶対値、ピッチの間隔、および各一定ピッチの部分の物理的な長さが固定である。このため、その位相マスク２１を用いてＤＢＧを作製する際、ＤＢＧの波長、波長間隔、および反射遅延量を調整する自由度がほぼ存在しない。
【００１６】
波長の調整が困難であることは、特に所望の波長を得るときに問題になる。例えば、所望の波長を得るために必要な位相マスク２１のピッチは、ＤＢＧを書き込む媒体（すなわち、光ファイバまたは光導波路）の屈折率に依存している。位相マスク２１のピッチはマスクの製造後に調整することができないため、媒体の屈折率ｎがδｎ変化した場合、波長が所望の値から変化する。
【００１７】
図４は、媒体の屈折率変化によるＤＢＧの反射波長の変化を説明する図である。波長２４４ｎｍの光４１を位相マスク４２に透過させ、光ファイバ４３に放射させることによってＤＢＧ４４がファイバのコア部分に書き込まれる。光ファイバ４３の屈折率がｎである場合、ＤＢＧ４４の反射スペクトルは図中符号４５に示すようになるが、屈折率がｎ＋δｎに変化した場合、４６に示すように反射波長が変化され、所望の波長に対応しなくなる。屈折率は、ファイバによって僅かに異なることと同時に、ＤＢＧの製造中に変化する。このため、所望の波長を得るために、複数の位相マスクをあらかじめ準備しておく必要がある。
【００１８】
さらにまた、図２に示すようなＤＢＧを用いたレーザにモード同期を掛ける際、レーザが安定に発振するＲＦ周波数範囲が狭いという問題が生じる。図５は、図２のＤＢＧを用いたレーザの、安定なモード同期発振が起きるＲＦ周波数範囲を説明する図である。図５の縦軸５１はレーザの出力光のＳＮ比（signal-to-noise ratio）であり、点線５２以上のところで安定な発振を得ることを示している。ＳＮ比のＲＦ周波数依存性を図中符号５３で示しており、安定に動作する周波数範囲５４が狭いことを示している。この原因は、各波長に対応するＤＢＧの反射遅延量が一定であることであり（図２）、精密なＲＦ周波数設定が必要、また共振器長の変化によって発振が不安定になるという問題を起こす。
【００１９】
上記のような問題を解決するために、ピッチが連続的にチャープ（chirp）した広帯域なＤＢＧを用いる方法がある（前述の文献１〜３）。
【００２０】
図６は、従来のチャープＤＢＧの作製と特性の関係を示す図である。このようなＤＢＧを作製する時に用いる位相マスクを図中符号６１に、および位相マスク６１の長さによるピッチの変化（十分連続的に変化している）を６２に示す。ピッチが連続的に変化しているため、６３に示すようなアポダイゼーションが通常適用される。本位相マスク６１およびアポダイゼーション６３による、ＤＢＧの反射スペクトルを６４に、およびＤＢＧの反射スペクトル６４の反射遅延特性を６５に示す。
【００２１】
反射スペクトル６４および反射遅延特性６５が連続的であるため、連続的な波長可変が可能になる。従って、モード同期周波数を調整することによって所望の波長で発振を実現することができる。また、反射遅延特性６５が連続的に変化するため、全てのＲＦ周波数値で安定なモード同期を実現することができる（図７）。図７において、ＳＮ比７１のＲＦ周波数依存性７３が、点線７２以上の常に安定な領域に存在する。チャープＤＢＧを用いた場合、広いＲＦ周波数範囲で安定な発振を得ることができる。
【００２２】
しかし、チャープＤＢＧを用いることに以下に述べるような問題が存在する。図８において、ＤＢＧの反射帯域８２が広いため、レーザの発振スペクトル８１が広くなる。この場合、選択可能なＮ種の波長のうち、隣接するλｎとλｍの波長間隔を狭めるのが困難になると同時に、レーザを伝送に用いた場合の分散耐力が劣化する。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の一定のピッチのＤＢＧを用いた波長可変モード同期レーザは、位相マスク法を用いて製造した場合、波長の調整が困難である。また、安定なモード同期を実現できるＲＦ周波数範囲が狭いという課題がある。この二つの課題を解決するためにチャープＤＢＧを用いることができるが、従来のチャープＤＢＧの場合、レーザの発振スペクトルが広くなるため、狭い波長間隔を実現することが困難であると同時に、伝送に用いる時の分散耐力が劣化するという解決すべき課題が従来技術にはあった。
【００２４】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、伝送に用いた場合の十分な分散耐力を有し、モード同期の周波数に対する制限が緩やかな波長可変モード同期レーザ及びその作製方法を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、共振器（１２１）内に分布ブラッググレーティング（１２５）が挿入されており、モード同期の周波数を変更することにより、出力する光を発振波長λ１〜λＮ（Ｎは正の整数）のＮ種類に変更可能な波長可変モード同期レーザにおいて、前記分布ブラッググレーティングは、前記発振波長λ１〜λＮの各々の光を反射するＮ個の回折領域（１４８の各回折領域）を備え、該Ｎ個の回折領域の各々は、第ｎの回折領域（１≦ｎ≦Ｎ、ｎは整数）の場合に、発振波長λｎに対応するピッチを中心に連続的に変化するピッチを有し前記発振波長λｎの光を反射する回折格子（１４８の各回折格子）を備え、かつ、前記Ｎ個の回折領域の各々に対してアポダイゼーションが適用されている（１４３、図１４（ａ）の屈折率プロファイル）ことを特徴とする。
【００２６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の波長可変モード同期レーザにおいて、前記分布ブラッググレーティングは、１≦ｍ＜ｎ≦Ｎ（ｍは整数）の場合に、前記発振波長λ１〜λＮがλｍ＜λｎの関係を満たすことを特徴とする（図９、図１４（ｂ））。
【００２７】
請求項３に記載の発明は、共振器（１２１）内に分布ブラッググレーティング（１２５）を有し、モード同期の周波数を変更することにより、出力する光を発振波長λ１〜λＮ（Ｎは正の整数）のＮ種類に変更可能な波長可変モード同期レーザの作製方法において、前記分布ブラッググレーティングを形成するための部材（１４４）に対して、連続的にピッチが変化する位相マスク（１４２）とＮ個の回折領域（１４８の各回折領域）を規定するためのアポダイゼーションマスク（１４３）とを用いて露光し、前記Ｎ個の回折領域の各々について、第ｎの回折領域（１≦ｎ≦Ｎ、ｎは整数）の場合に、発振波長λｎに対応するピッチを中心に連続的に変化するピッチを有し前記発振波長λｎの光を反射する回折格子（１４８の各回折格子）を形成すると共に、アポダイゼーション（図１４（ａ）の屈折率プロファイル）を適用し、前記発振波長λ１〜λＮの各々の光を反射する前記Ｎ個の回折領域を有する前記分布ブラッググレーティングを形成することを特徴とする。
【００２８】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の波長可変モード同期レーザの作製方法において、前記部材に対して露光を行うに際し、１≦ｍ＜ｎ≦Ｎ（ｍは整数）の場合に、前記発振波長λ１〜λＮがλｍ＜λｎの関係を満たす前記分布ブラッググレーティングを形成する前記位相マスクを使用することを特徴とする。
【００２９】
請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の波長可変モード同期レーザの作製方法において、前記部材に対して露光を行うに際し、前記アポダイゼーションマスクの前記Ｎ個の回折領域の規定の仕方を調整することによって（図１４（ａ）、（ｂ））、前記波長可変モード同期レーザの出力する光の発振波長、発振波長間隔、及び前記分布ブラッググレーティングの反射帯域を調整することを特徴とする。
【００３０】
本発明の波長可変モード同期レーザは、レーザの最短発振波長に対応するピッチから最長波長に対応するピッチまで、連続的にピッチが増加する長さＬＴＯＴのチャープ位相マスク（９１、１４２）に、Ｎ個の所望の波長に対応する部分のみに、長さＬＬＯＣ≪ＬＴＯＴのアポダイゼーション（９３、図１４（ａ）の屈折率プロファイル）を適用された分布ブラッググレーティングを用いたものである。
【００３１】
連続的にピッチが変化する位相マスクに部分的にアポダイゼーションを適用することによって、媒体の屈折率が変化した場合にでも、同じ位相マスクを用いてアポダイゼーションを適用する部分を調整することにより、所望の波長で発振するレーザを実現することができる。部分的なアポダイゼーションを適用するため、各反射バンドの帯域が制限されるため、レーザの発振スペクトルが細くなり分散耐力が改善される。
【００３２】
この場合、連続的に波長を変化させることができなくなるが、反射遅延特性（９５）が一定でないため、ピッチが一定の分布ブラッググレーティングを用いた時と比較して、各波長で安定に発振するモード同期周波数範囲が拡大される（図１１）。
【００３３】
また、本発明の波長可変モード同期レーザは、Ｎ波長の分布ブラッググレーティングの反射帯域内のピッチが連続的に変化している（チャープしている）ものである。この場合、この分布ブラッググレーティングの特性を実現するための作製法は、位相マスク法を用いた作製法に限定されない。
【００３４】
なお、特許請求の範囲の構成要素と対応する実施形態の構成部の図中の符号を（）で示す。ただし、特許請求の範囲に記載した構成要素は上記（）部の実施形態の構成部に限定されるものではない。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。最初に、本実施形態の波長可変モード同期レーザにおいて使用するチャープＤＢＧの作製と特性の関係を説明する。
【００３６】
図９は、本実施形態のチャープＤＢＧの作製と特性の関係を示す図である。本実施形態のチャープＤＢＧを作製する時に用いる位相マスクを図中符号９１に、および位相マスク９１の長さによるピッチの変化（十分連続的に変化している）を９２に示す。
【００３７】
位相マスク９１を用意し、所望の波長に対応する部分のみにアポダイゼーション９３を適用することによってＤＢＧを作製し、波長可変モード同期レーザに挿入する。本実施形態のＤＢＧの反射スペクトルを９４に、及び反射遅延特性を９５に示す。
【００３８】
このようなＤＢＧを用いることによる有為な点を、図１０および図１１を用いて説明する。図１０は、図９のＤＢＧを用いた本実施形態の波長可変モード同期レーザの出力スペクトルの例を示す図である。図１１は、本実施形態の波長可変モード同期レーザが、安定にモード同期動作をするＲＦ周波数可変範囲を説明する図である。
【００３９】
図１０において、図中符号１０３は、Ｎ波長の内の一つが発振していることを示している。反射スペクトル１０１に所望な波長帯で帯域を制限する反射率の変化が生じるため、所望の波長帯で発振するレーザの出力スペクトル１０２が狭くなる。
【００４０】
また、図１１において、縦軸１１１はレーザの出力光のＳＮ比であり、点線１１２以上のところで安定な発振を得ることを示している。ＳＮ比のＲＦ周波数依存性を図中符号１１３で示しており、各反射バンド内でピッチがチャープしているため、安定なモード同期発振を得られるＲＦ周波数範囲１１４が拡大される。
【００４１】
次に、本実施形態の波長可変モード同期レーザについて説明する。図１２は、本実施形態の波長可変モード同期レーザの構成図である。図１２において、共振器１２１は、半導体光増幅器１２３、電界吸収型光変調器１２２、光サーキュレータ１２４、及びＤＢＧ１２５を有する。
【００４２】
電源１２８から得た注入電流で光増幅器１２３の利得が設定されており、ＲＦシンセサイザー１２６から得たクロック信号により、モード同期発振が実現されている。電界吸収型光変調器１２２のバイアス設定は、電源１２７により設定されている。
【００４３】
次に、本実施形態の波長可変モード同期レーザの作製方法について説明する。ＤＢＧの作製に用いる位相マスクの構成図の例を図１３に示し、アポダイゼーションを適用するために用いるシャドーマスクの設計例を図１４（ａ）に示す。
【００４４】
図１３において、ＤＢＧ全体の長さが３０ｍｍであり、ピッチがステップ的に変化している。ステップ数が４００であり、ステップｉのピッチは、式（６．１）で表せる。
ピッチｉ＝（1542＋0.05ｉ）／1.447 ｎｍ ｉ＝１〜400 （6.1 ）
【００４５】
本ピッチ帯は、シングルモードファイバ上（single mode fiber−ＳＭＦ）では、反射波長帯域１５４０−１５６０ｎｍのＤＢＧに対応する。ＤＢＧを作製する時に用いる実験系を、図１４（ｂ）に示す。図１４（ａ）に示すアポダイゼーションマスクを図中符号１４６のマスク１、１４７のマスク２の順番で適用することによって、図に示すＤＢＧの屈折率プロファイルが実現される。
【００４６】
このプロファイルのエンベロープ成分がアポダイゼーションであり、屈折率ｎａに対してＤＣ成分が存在しないこと（即ち、ｎａ付近で平均の変化が零であること。ｎｆは光ファイバの屈折率）が、ＤＢＧの反射バンドの両側に生じる反射サイドバンドを抑圧させるために必要である。
【００４７】
図１４（ｂ）において、波長２４４ｎｍの光１４１を位相マスク１４２及びアポダイゼーションマスク１４３に透過させ、光ファイバ１４４に放射させることによってＤＢＧ１４８がファイバのコア部分に書き込まれる。光ファイバ１４４の屈折率がｎｆである場合、ＤＢＧ１４８の反射スペクトルは図中符号１４５に示すようになる。
【００４８】
ここで、本実施形態で重要なことは、上記のアポダイゼーションマスクには、Ｎ個の幅ｗ、長さＬＬＯＣの穴が周期ＬＰＥＲで空けられていることであり、穴の位置を位相マスク上の所望なピッチの部分に対応させることによって、所望な波長で反射するＤＢＧを作製できることである。このようなマスクを用いることによって、波長可変モード同期レーザの作製上、波長、波長間隔、反射帯域などを柔軟に調整する自由度が得られる。
【００４９】
例えば、図１４（ｂ）において、アポダイゼーションマスク１４３をｚ方向に移動することによって、光ファイバ１４４に書き込まれるＤＢＧ１４８の波長を波長軸上で変化させることができる。またさらに、穴の間隔を調整することによって、ＤＢＧ１４８の波長間隔を調整することができ、穴の長さを調整することによって、ＤＢＧ１４８の反射バンドの帯域を調整することができる。
【００５０】
この場合、新しいアポダイゼーションの作製が必要になるが、上記の調整は全てを同じ位相マスク１４２を用いて実現することができるため、高価な位相マスクを複数用意する必要が無い。
【００５１】
次に、本実施形態の波長可変モード同期レーザの特性について説明する。図１５（ａ）、（ｂ）は、上記の作製法によるＤＢＧを用いたレーザから得た出力スペクトルとＲＦ周波数と波長（チャネル）の関係を示す。図１５（ａ）は、本実施形態によるレーザの出力スペクトルを示し、図１５（ｂ）は、ＲＦ周波数と本実施形態によるレーザの出力スペクトルの波長（チャネル）との関係を示す。
【００５２】
ここでは９波長のＤＢＧを作製した結果を述べており、アポダイゼーションマスクは、穴数が９、ｗ＝３ｍｍ、ＬＬＯＣ＝２．２８３ｍｍ、ＬＰＥＲ＝２．２８３ｍｍである。穴の形は正弦波で表せる。平均の繰り返しが５ＧＨｚ帯、波長間隔が１．４ｎｍであり、９波長での波長可変動作を示している。
【００５３】
図１６は、従来のチャープＤＢＧを用いたレーザの出力スペクトルであり、図１５（ａ）と比較した場合、本実施形態の図１５（ａ）の方がスペクトル幅が狭くなったことを示している。スペクトル幅が細いため、より狭い波長間隔での発振が可能である。
【００５４】
図１７は、本実施形態によるレーザおよび従来のチャープＤＢＧを用いたレーザの出力光を、２．４８８３２Ｇｂｐｓのデータで変調し、長さ２５ｋｍのＳＭＦで伝送させた結果を示す。この場合、レーザの繰り返しが７ＧＨｚ帯であり、波長１５５１ｎｍで伝送を行った。ＳＭＦの波長分散により誤り率にパワーペナルティーが生じるが、図中符号１７１の本実施形態によるレーザを用いた場合は、スペクトル幅が細いため、パワーペナルティーが、１７２の従来のチャープＤＢＧを用いた場合より小さな値となる。
【００５５】
またさらに、本実施形態によるＤＢＧを用いたレーザが安定に動作するＲＦ周波数範囲を測定した結果、従来の一定のピッチのＤＢＧを用いたレーザの３倍程度に拡大されている。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、共振器内に分布ブラッググレーティングを有し、モード同期の周波数を変更することにより、出力する光を発振波長λ１〜λＮ（Ｎは正の整数）のＮ種類に変更可能な波長可変モード同期レーザは、分布ブラッググレーティングに発振波長λ１〜λＮの各々の光を反射するＮ個の回折領域を備え、Ｎ個の回折領域の各々は、第ｎの回折領域（１≦ｎ≦Ｎ、ｎは整数）の場合に、発振波長λｎに対応するピッチを中心に連続的に変化するピッチを有し発振波長λｎの光を反射する回折格子を備え、且つ、アポダイゼーションが適用されている。
【００５７】
このため、連続的にピッチがチャープしている回折格子の各々にアポダイゼーションを適用することによりＤＢＧを作製し、このＤＢＧを波長可変モード同期レーザの共振器内に挿入することによって、狭いスペクトル幅の光を出力し、安定に動作するＲＦ周波数範囲が拡大された波長可変モード同期レーザを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】波長可変モード同期レーザの一般構成の例を示す図である。
【図２】従来のＤＢＧの作製と特性の関係を示す図である。
【図３】図２のＤＢＧを用いた波長可変モード同期レーザの出力スペクトルの例を示す図である。
【図４】媒体の屈折率変化によるＤＢＧの反射波長の変化を説明する図である。
【図５】図２のＤＢＧを用いたレーザの、安定なモード同期発振が起きるＲＦ周波数範囲を説明する図である。
【図６】従来のチャープＤＢＧの作製と特性の関係を示す図である。
【図７】図６のＤＢＧを用いた波長可変モード同期レーザの、安定なモード同期発振が起きるＲＦ周波数範囲を示す図である。
【図８】チャープＤＢＧを用いた波長可変モード同期レーザの出力スペクトルの例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態の、チャープＤＢＧの作製と特性の関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態の、波長可変モード同期レーザの出力スペクトルの例を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態の、波長可変モード同期レーザが安定にモード同期動作をするＲＦ周波数可変範囲を説明する図である。
【図１２】本発明の実施形態の波長可変モード同期レーザの構成図である。
【図１３】本発明の実施形態の、チャープ位相マスクの構成図の例である。
【図１４】本発明の実施形態の、チャープＤＢＧの作製の説明図で、（ａ）はアポダイゼーションマスクの構成図および出来上がったＤＢＧの屈折率変動プロファイル、（ｂ）はＤＢＧの作製に用いる系の説明図である。
【図１５】本発明の実施形態の作製法によるＤＢＧを用いたレーザから得た、出力スペクトルとＲＦ周波数と波長（チャネル）の関係を示す図で、（ａ）はレーザの出力スペクトル、（ｂ）はＲＦ周波数とレーザの出力スペクトルの波長（チャネル）との関係を示す図である。
【図１６】従来のチャープＤＢＧを用いたレーザの出力波長可変スペクトルを示す図である。
【図１７】本発明の実施形態のレーザ及び従来のチャープＤＢＧを用いたレーザの出力光を、２．４８８３２Ｇｂｐｓのデータで変調し、長さ２５ｋｍのＳＭＦで伝送させた結果を示す図である。
【符号の説明】
１０、１２１ 共振器
１３ 光変調器
１４ 半導体光増幅器
１５、１２５ 分布ブラッググレーティング
１８ 光導波路
１９ 出力手段
２１ 従来の一定なピッチのＤＢＧを複数個並べた構成のＤＢＧを作製するための位相マスク
２２ 位相マスク２１の長さによるピッチの変化
２３ ＤＢＧを作製する時に適用するアポダイゼーションプロファイル
２４ 位相マスク２１およびアポダイゼーション２３によるＤＢＧの反射スペクトル
２５ ＤＢＧ２４の反射遅延特性
６１ 従来のチャープＤＢＧを作製するための位相マスク
６２ 位相マスク６１の長さによるピッチの変化
６３ ＤＢＧを作製する時に適用するアポダイゼーションプロファイル
６４ 位相マスク６１およびアポダイゼーション６３によるＤＢＧの反射スペクトル
６５ ＤＢＧ６４の反射遅延特性
９１ チャープＤＢＧを作製するための位相マスク
９２ 位相マスク９１の長さによるピッチの変化
９３ ＤＢＧを作製する時に適用するアポダイゼーションプロファイル
９４ 位相マスク９１およびアポダイゼーション９３によるＤＢＧの反射スペクトル
９５ ＤＢＧ９４の反射遅延特性
１２４ 光サーキュレータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長可変モード同期レーザ及びその作製方法に関し、より詳しくは、高速波長変換および波長ルーティングを利用した光通信ネットワーク等に利用できる波長可変モード同期レーザ及びその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モード同期用のクロック信号の周波数（すなわちレーザの繰り返し）を変化させることによって、発振波長が可変される波長可変モード同期レーザがある。
【０００３】
このような波長可変モード同期レーザに関連する文献としては、下記のものがある。
［１］ P.A.Morton, V.Mizrahi, P.A.Andrekson, T.Tanbun-Ek, R.A.Logan, P.Lemaire, D.L.Coblentz, A.M.Sergent, K.W.Wecht, and P.F.Sciortino Jr, "Mode-locked hybrid soliton pulse souce with extremely wide operating frequency range," IEEE Photon.Technol.Lett., vol.5, pp.28-31, Jan.(1993).
［２］ J.Yu, D.Huhse, M.Schell, M.Schulze, D.Bimberg, J.A.R.Williams, L.Zhang, and I.Bennion, "Fourier-transform-limited 2.5 ps light pulses with electrically tunable wavelength (15 nm) by hybridly modelocking a semiconductor laser in a chirped Bragg grating fibre external cavity," Electron.Lett., vol.31, pp.2008-2009, November 9(1995).
［３］ S.Li and K.T.Chan, "Electrical wavelength-tunable actively mode-locked fiber ring laser with a linearly chirped fiber Bragg, grating," IEEE Photon.Technol.Lett., vol.10, pp.799-801, June(1998).
［４］ B.Fischer, O.Shapira, B Levit, and A.Bekker, "Cavity-resonance-activated wavelength-selectable fiber and diode lasers," in Tech, Dig. 1999 Conf.Lasers And Electro-Optics, paper Ctu J6, May(1999).
［５］ K.R.Tamura, T.Komukai, and M.Nakazawa, "A new optical rauting technique with a subcarrier clock controlled wavelength converter," IEEE Photon.Technol.Lett., vol.11, pp.1491-1493, November(1999).
【０００４】
波長可変モード同期レーザは、構成が単純で、高速に波長可変が可能で、また容易に波長選択が可能であるという、いくつかの利点がある。
【０００５】
図１は、このような波長可変モード同期レーザの一般構成の例を示す図である。共振器１０が半導体光増幅器１４、光変調器１３、Ｎ波長（Ｎは正の整数）の分布ブラッググレーティング（distributed Bragg grating：ＤＢＧ）１５、および出力手段１９（図１の場合、ＤＢＧ１５を透過した光を用いている）から成っている。
【０００６】
ＤＢＧ１５は光導波路１８（例えば、光ファイバまたはシリコン基板上の石英導波路）上に設計されている。共振器１０の片側が高反射面１１により終端されており、もう片側がＤＢＧ１５により終端されている。半導体光増幅器１４の出力側に表面反射を抑圧する手段１２が用いられており、半導体の部分と光導波路または光ファイバ間の接続がカップリング手段１１０により実現されている。
【０００７】
図２は、従来のＤＢＧの作製と特性の関係を示す図である。図中符号２１は従来の一定なピッチのＤＢＧを複数個並べた構成のＤＢＧを作製するための位相マスクの例であり、２２は位相マスク２１の長さによるピッチの変化、２３はＤＢＧを作製する時に適用するアポダイゼーションプロファイル、２４は位相マスク２１およびアポダイゼーション２３によるＤＢＧの反射スペクトル、２５はＤＢＧの反射スペクトル２４の波長による反射遅延特性である。
【０００８】
帯域δλの反射バンドがＮ個あり、波長間隔がΔλである。各波長バンドに対応する反射遅延は、ＤＢＧを作製する時に用いる位相マスク２１の設計により設定されている。図２に示すＤＢＧの場合、反射遅延特性が波長により徐々に増加している。
【０００９】
ここで、図１に示すレーザの動作原理を説明する。ＤＣ（direct current）電源１７により、半導体光増幅器１４の利得が設定されている。ＲＦ（radio frequencies）シンセサイザー１６を用いて、モード同期を掛けるための変調信号を得ている。光変調器１３をレーザの基本繰り返し周波数ｆの整数ｋ倍（ｋ＞０）で変調することによって、モード同期発振が実現され、繰り返し周波数ｋｆでパルス列が出力手段１９から出力される。
【００１０】
ただ、本レーザの場合、ＤＢＧにより共振器長とそれに対応する繰り返し周波数ｆが波長により異なる。この場合、所望の波長に対応する周波数で光変調器１３を変調した際、その波長のみでモード同期発振が実現されるが、他の波長では発振が起きない。すなわち、クロック周波数を変化させることによって、発振波長を選択することができる。
【００１１】
図３は、図２のＤＢＧを用いた波長可変モード同期レーザの出力スペクトルの例を示す図である。図中符号３１は、Ｎ波長の内の一つが発振していることを示している。クロック周波数と発振波長の対応性は、ＤＢＧの波長と遅延の対応性で設定することができるが、図２に示すＤＢＧを用いた場合、モード同期周波数を徐々に減少させることによって、レーザの発振波長が長波長側に変化する。
【００１２】
図１に示すレーザはリニア型共振器であるが、ＤＢＧをサーキュレータと組み合わせることによって、原理的に同じ動作をリング型の共振器で実現することができる。
【００１３】
ＤＢＧ１５を作製するために、位相マスク法を用いることが有効である。図２において、ＤＢＧの反射スペクトル２４及びＤＢＧの反射スペクトルの反射遅延特性２５で示す特性のＤＢＧを実現するために用いる位相マスク２１の特性を、以下に示す。
【００１４】
この位相マスク２１は、Ｎ個の、一定なピッチの部分から成っており、長さによるピッチの変化を図中符号２２に示す。ＤＢＧを光導波路に書き込む際、２３で示すようなアポダイゼーション（apodization、ピッチに対応する短周期の屈折率変化より遅く変化するエンベロープ成分）を適用することによって、反射遅延のリップル（変動）が低減される。
【００１５】
しかし、図２に示すＤＢＧの製造に以下で述べるような問題がある。まず、一定なピッチの位相マスク２１は製造後に調整することができないため、ピッチの絶対値、ピッチの間隔、および各一定ピッチの部分の物理的な長さが固定である。このため、その位相マスク２１を用いてＤＢＧを作製する際、ＤＢＧの波長、波長間隔、および反射遅延量を調整する自由度がほぼ存在しない。
【００１６】
波長の調整が困難であることは、特に所望の波長を得るときに問題になる。例えば、所望の波長を得るために必要な位相マスク２１のピッチは、ＤＢＧを書き込む媒体（すなわち、光ファイバまたは光導波路）の屈折率に依存している。位相マスク２１のピッチはマスクの製造後に調整することができないため、媒体の屈折率ｎがδｎ変化した場合、波長が所望の値から変化する。
【００１７】
図４は、媒体の屈折率変化によるＤＢＧの反射波長の変化を説明する図である。波長２４４ｎｍの光４１を位相マスク４２に透過させ、光ファイバ４３に放射させることによってＤＢＧ４４がファイバのコア部分に書き込まれる。光ファイバ４３の屈折率がｎである場合、ＤＢＧ４４の反射スペクトルは図中符号４５に示すようになるが、屈折率がｎ＋δｎに変化した場合、４６に示すように反射波長が変化され、所望の波長に対応しなくなる。屈折率は、ファイバによって僅かに異なることと同時に、ＤＢＧの製造中に変化する。このため、所望の波長を得るために、複数の位相マスクをあらかじめ準備しておく必要がある。
【００１８】
さらにまた、図２に示すようなＤＢＧを用いたレーザにモード同期を掛ける際、レーザが安定に発振するＲＦ周波数範囲が狭いという問題が生じる。図５は、図２のＤＢＧを用いたレーザの、安定なモード同期発振が起きるＲＦ周波数範囲を説明する図である。図５の縦軸５１はレーザの出力光のＳＮ比（signal-to-noise ratio）であり、点線５２以上のところで安定な発振を得ることを示している。ＳＮ比のＲＦ周波数依存性を図中符号５３で示しており、安定に動作する周波数範囲５４が狭いことを示している。この原因は、各波長に対応するＤＢＧの反射遅延量が一定であることであり（図２）、精密なＲＦ周波数設定が必要、また共振器長の変化によって発振が不安定になるという問題を起こす。
【００１９】
上記のような問題を解決するために、ピッチが連続的にチャープ（chirp）した広帯域なＤＢＧを用いる方法がある（前述の文献１〜３）。
【００２０】
図６は、従来のチャープＤＢＧの作製と特性の関係を示す図である。このようなＤＢＧを作製する時に用いる位相マスクを図中符号６１に、および位相マスク６１の長さによるピッチの変化（十分連続的に変化している）を６２に示す。ピッチが連続的に変化しているため、６３に示すようなアポダイゼーションが通常適用される。本位相マスク６１およびアポダイゼーション６３による、ＤＢＧの反射スペクトルを６４に、およびＤＢＧの反射スペクトル６４の反射遅延特性を６５に示す。
【００２１】
反射スペクトル６４および反射遅延特性６５が連続的であるため、連続的な波長可変が可能になる。従って、モード同期周波数を調整することによって所望の波長で発振を実現することができる。また、反射遅延特性６５が連続的に変化するため、全てのＲＦ周波数値で安定なモード同期を実現することができる（図７）。図７において、ＳＮ比７１のＲＦ周波数依存性７３が、点線７２以上の常に安定な領域に存在する。チャープＤＢＧを用いた場合、広いＲＦ周波数範囲で安定な発振を得ることができる。
【００２２】
しかし、チャープＤＢＧを用いることに以下に述べるような問題が存在する。図８において、ＤＢＧの反射帯域８２が広いため、レーザの発振スペクトル８１が広くなる。この場合、選択可能なＮ種の波長のうち、隣接するλｎとλｍの波長間隔を狭めるのが困難になると同時に、レーザを伝送に用いた場合の分散耐力が劣化する。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の一定のピッチのＤＢＧを用いた波長可変モード同期レーザは、位相マスク法を用いて製造した場合、波長の調整が困難である。また、安定なモード同期を実現できるＲＦ周波数範囲が狭いという課題がある。この二つの課題を解決するためにチャープＤＢＧを用いることができるが、従来のチャープＤＢＧの場合、レーザの発振スペクトルが広くなるため、狭い波長間隔を実現することが困難であると同時に、伝送に用いる時の分散耐力が劣化するという解決すべき課題が従来技術にはあった。
【００２４】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、伝送に用いた場合の十分な分散耐力を有し、モード同期の周波数に対する制限が緩やかな波長可変モード同期レーザ及びその作製方法を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、共振器（１２１）内に分布ブラッググレーティング（１２５）が挿入されており、モード同期の周波数を変更することにより、出力する光を発振波長λ１〜λＮ（Ｎは正の整数）のＮ種類に変更可能な波長可変モード同期レーザにおいて、前記分布ブラッググレーティングは、前記発振波長λ１〜λＮの各々の光を反射するＮ個の回折領域（１４８の各回折領域）を備え、該Ｎ個の回折領域の各々は、第ｎの回折領域（１≦ｎ≦Ｎ、ｎは整数）の場合に、発振波長λｎに対応するピッチを中心に連続的に変化するピッチを有し前記発振波長λｎの光を反射する回折格子（１４８の各回折格子）を備え、かつ、前記Ｎ個の回折領域の各々に対してアポダイゼーションが適用されている（１４３、図１４（ａ）の屈折率プロファイル）ことを特徴とする。
【００２６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の波長可変モード同期レーザにおいて、前記分布ブラッググレーティングは、１≦ｍ＜ｎ≦Ｎ（ｍは整数）の場合に、前記発振波長λ１〜λＮがλｍ＜λｎの関係を満たすことを特徴とする（図９、図１４（ｂ））。
【００２７】
請求項３に記載の発明は、共振器（１２１）内に分布ブラッググレーティング（１２５）を有し、モード同期の周波数を変更することにより、出力する光を発振波長λ１〜λＮ（Ｎは正の整数）のＮ種類に変更可能な波長可変モード同期レーザの作製方法において、前記分布ブラッググレーティングを形成するための部材（１４４）に対して、連続的にピッチが変化する位相マスク（１４２）とＮ個の回折領域（１４８の各回折領域）を規定するためのアポダイゼーションマスク（１４３）とを用いて露光し、前記Ｎ個の回折領域の各々について、第ｎの回折領域（１≦ｎ≦Ｎ、ｎは整数）の場合に、発振波長λｎに対応するピッチを中心に連続的に変化するピッチを有し前記発振波長λｎの光を反射する回折格子（１４８の各回折格子）を形成すると共に、アポダイゼーション（図１４（ａ）の屈折率プロファイル）を適用し、前記発振波長λ１〜λＮの各々の光を反射する前記Ｎ個の回折領域を有する前記分布ブラッググレーティングを形成することを特徴とする。
【００２８】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の波長可変モード同期レーザの作製方法において、前記部材に対して露光を行うに際し、１≦ｍ＜ｎ≦Ｎ（ｍは整数）の場合に、前記発振波長λ１〜λＮがλｍ＜λｎの関係を満たす前記分布ブラッググレーティングを形成する前記位相マスクを使用することを特徴とする。
【００２９】
請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の波長可変モード同期レーザの作製方法において、前記部材に対して露光を行うに際し、前記アポダイゼーションマスクの前記Ｎ個の回折領域の規定の仕方を調整することによって（図１４（ａ）、（ｂ））、前記波長可変モード同期レーザの出力する光の発振波長、発振波長間隔、及び前記分布ブラッググレーティングの反射帯域を調整することを特徴とする。
【００３０】
本発明の波長可変モード同期レーザは、レーザの最短発振波長に対応するピッチから最長波長に対応するピッチまで、連続的にピッチが増加する長さＬＴＯＴのチャープ位相マスク（９１、１４２）に、Ｎ個の所望の波長に対応する部分のみに、長さＬＬＯＣ≪ＬＴＯＴのアポダイゼーション（９３、図１４（ａ）の屈折率プロファイル）を適用された分布ブラッググレーティングを用いたものである。
【００３１】
連続的にピッチが変化する位相マスクに部分的にアポダイゼーションを適用することによって、媒体の屈折率が変化した場合にでも、同じ位相マスクを用いてアポダイゼーションを適用する部分を調整することにより、所望の波長で発振するレーザを実現することができる。部分的なアポダイゼーションを適用するため、各反射バンドの帯域が制限されるため、レーザの発振スペクトルが細くなり分散耐力が改善される。
【００３２】
この場合、連続的に波長を変化させることができなくなるが、反射遅延特性（９５）が一定でないため、ピッチが一定の分布ブラッググレーティングを用いた時と比較して、各波長で安定に発振するモード同期周波数範囲が拡大される（図１１）。
【００３３】
また、本発明の波長可変モード同期レーザは、Ｎ波長の分布ブラッググレーティングの反射帯域内のピッチが連続的に変化している（チャープしている）ものである。この場合、この分布ブラッググレーティングの特性を実現するための作製法は、位相マスク法を用いた作製法に限定されない。
【００３４】
なお、特許請求の範囲の構成要素と対応する実施形態の構成部の図中の符号を（）で示す。ただし、特許請求の範囲に記載した構成要素は上記（）部の実施形態の構成部に限定されるものではない。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。最初に、本実施形態の波長可変モード同期レーザにおいて使用するチャープＤＢＧの作製と特性の関係を説明する。
【００３６】
図９は、本実施形態のチャープＤＢＧの作製と特性の関係を示す図である。本実施形態のチャープＤＢＧを作製する時に用いる位相マスクを図中符号９１に、および位相マスク９１の長さによるピッチの変化（十分連続的に変化している）を９２に示す。
【００３７】
位相マスク９１を用意し、所望の波長に対応する部分のみにアポダイゼーション９３を適用することによってＤＢＧを作製し、波長可変モード同期レーザに挿入する。本実施形態のＤＢＧの反射スペクトルを９４に、及び反射遅延特性を９５に示す。
【００３８】
このようなＤＢＧを用いることによる有為な点を、図１０および図１１を用いて説明する。図１０は、図９のＤＢＧを用いた本実施形態の波長可変モード同期レーザの出力スペクトルの例を示す図である。図１１は、本実施形態の波長可変モード同期レーザが、安定にモード同期動作をするＲＦ周波数可変範囲を説明する図である。
【００３９】
図１０において、図中符号１０３は、Ｎ波長の内の一つが発振していることを示している。反射スペクトル１０１に所望な波長帯で帯域を制限する反射率の変化が生じるため、所望の波長帯で発振するレーザの出力スペクトル１０２が狭くなる。
【００４０】
また、図１１において、縦軸１１１はレーザの出力光のＳＮ比であり、点線１１２以上のところで安定な発振を得ることを示している。ＳＮ比のＲＦ周波数依存性を図中符号１１３で示しており、各反射バンド内でピッチがチャープしているため、安定なモード同期発振を得られるＲＦ周波数範囲１１４が拡大される。
【００４１】
次に、本実施形態の波長可変モード同期レーザについて説明する。図１２は、本実施形態の波長可変モード同期レーザの構成図である。図１２において、共振器１２１は、半導体光増幅器１２３、電界吸収型光変調器１２２、光サーキュレータ１２４、及びＤＢＧ１２５を有する。
【００４２】
電源１２８から得た注入電流で光増幅器１２３の利得が設定されており、ＲＦシンセサイザー１２６から得たクロック信号により、モード同期発振が実現されている。電界吸収型光変調器１２２のバイアス設定は、電源１２７により設定されている。
【００４３】
次に、本実施形態の波長可変モード同期レーザの作製方法について説明する。ＤＢＧの作製に用いる位相マスクの構成図の例を図１３に示し、アポダイゼーションを適用するために用いるシャドーマスクの設計例を図１４（ａ）に示す。
【００４４】
図１３において、ＤＢＧ全体の長さが３０ｍｍであり、ピッチがステップ的に変化している。ステップ数が４００であり、ステップｉのピッチは、式（６．１）で表せる。
ピッチｉ＝（1542＋0.05ｉ）／1.447 ｎｍ ｉ＝１〜400 （6.1 ）
【００４５】
本ピッチ帯は、シングルモードファイバ上（single mode fiber−ＳＭＦ）では、反射波長帯域１５４０−１５６０ｎｍのＤＢＧに対応する。ＤＢＧを作製する時に用いる実験系を、図１４（ｂ）に示す。図１４（ａ）に示すアポダイゼーションマスクを図中符号１４６のマスク１、１４７のマスク２の順番で適用することによって、図に示すＤＢＧの屈折率プロファイルが実現される。
【００４６】
このプロファイルのエンベロープ成分がアポダイゼーションであり、屈折率ｎａに対してＤＣ成分が存在しないこと（即ち、ｎａ付近で平均の変化が零であること。ｎｆは光ファイバの屈折率）が、ＤＢＧの反射バンドの両側に生じる反射サイドバンドを抑圧させるために必要である。
【００４７】
図１４（ｂ）において、波長２４４ｎｍの光１４１を位相マスク１４２及びアポダイゼーションマスク１４３に透過させ、光ファイバ１４４に放射させることによってＤＢＧ１４８がファイバのコア部分に書き込まれる。光ファイバ１４４の屈折率がｎｆである場合、ＤＢＧ１４８の反射スペクトルは図中符号１４５に示すようになる。
【００４８】
ここで、本実施形態で重要なことは、上記のアポダイゼーションマスクには、Ｎ個の幅ｗ、長さＬＬＯＣの穴が周期ＬＰＥＲで空けられていることであり、穴の位置を位相マスク上の所望なピッチの部分に対応させることによって、所望な波長で反射するＤＢＧを作製できることである。このようなマスクを用いることによって、波長可変モード同期レーザの作製上、波長、波長間隔、反射帯域などを柔軟に調整する自由度が得られる。
【００４９】
例えば、図１４（ｂ）において、アポダイゼーションマスク１４３をｚ方向に移動することによって、光ファイバ１４４に書き込まれるＤＢＧ１４８の波長を波長軸上で変化させることができる。またさらに、穴の間隔を調整することによって、ＤＢＧ１４８の波長間隔を調整することができ、穴の長さを調整することによって、ＤＢＧ１４８の反射バンドの帯域を調整することができる。
【００５０】
この場合、新しいアポダイゼーションの作製が必要になるが、上記の調整は全てを同じ位相マスク１４２を用いて実現することができるため、高価な位相マスクを複数用意する必要が無い。
【００５１】
次に、本実施形態の波長可変モード同期レーザの特性について説明する。図１５（ａ）、（ｂ）は、上記の作製法によるＤＢＧを用いたレーザから得た出力スペクトルとＲＦ周波数と波長（チャネル）の関係を示す。図１５（ａ）は、本実施形態によるレーザの出力スペクトルを示し、図１５（ｂ）は、ＲＦ周波数と本実施形態によるレーザの出力スペクトルの波長（チャネル）との関係を示す。
【００５２】
ここでは９波長のＤＢＧを作製した結果を述べており、アポダイゼーションマスクは、穴数が９、ｗ＝３ｍｍ、ＬＬＯＣ＝２．２８３ｍｍ、ＬＰＥＲ＝２．２８３ｍｍである。穴の形は正弦波で表せる。平均の繰り返しが５ＧＨｚ帯、波長間隔が１．４ｎｍであり、９波長での波長可変動作を示している。
【００５３】
図１６は、従来のチャープＤＢＧを用いたレーザの出力スペクトルであり、図１５（ａ）と比較した場合、本実施形態の図１５（ａ）の方がスペクトル幅が狭くなったことを示している。スペクトル幅が細いため、より狭い波長間隔での発振が可能である。
【００５４】
図１７は、本実施形態によるレーザおよび従来のチャープＤＢＧを用いたレーザの出力光を、２．４８８３２Ｇｂｐｓのデータで変調し、長さ２５ｋｍのＳＭＦで伝送させた結果を示す。この場合、レーザの繰り返しが７ＧＨｚ帯であり、波長１５５１ｎｍで伝送を行った。ＳＭＦの波長分散により誤り率にパワーペナルティーが生じるが、図中符号１７１の本実施形態によるレーザを用いた場合は、スペクトル幅が細いため、パワーペナルティーが、１７２の従来のチャープＤＢＧを用いた場合より小さな値となる。
【００５５】
またさらに、本実施形態によるＤＢＧを用いたレーザが安定に動作するＲＦ周波数範囲を測定した結果、従来の一定のピッチのＤＢＧを用いたレーザの３倍程度に拡大されている。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、共振器内に分布ブラッググレーティングを有し、モード同期の周波数を変更することにより、出力する光を発振波長λ１〜λＮ（Ｎは正の整数）のＮ種類に変更可能な波長可変モード同期レーザは、分布ブラッググレーティングに発振波長λ１〜λＮの各々の光を反射するＮ個の回折領域を備え、Ｎ個の回折領域の各々は、第ｎの回折領域（１≦ｎ≦Ｎ、ｎは整数）の場合に、発振波長λｎに対応するピッチを中心に連続的に変化するピッチを有し発振波長λｎの光を反射する回折格子を備え、且つ、アポダイゼーションが適用されている。
【００５７】
このため、連続的にピッチがチャープしている回折格子の各々にアポダイゼーションを適用することによりＤＢＧを作製し、このＤＢＧを波長可変モード同期レーザの共振器内に挿入することによって、狭いスペクトル幅の光を出力し、安定に動作するＲＦ周波数範囲が拡大された波長可変モード同期レーザを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】波長可変モード同期レーザの一般構成の例を示す図である。
【図２】従来のＤＢＧの作製と特性の関係を示す図である。
【図３】図２のＤＢＧを用いた波長可変モード同期レーザの出力スペクトルの例を示す図である。
【図４】媒体の屈折率変化によるＤＢＧの反射波長の変化を説明する図である。
【図５】図２のＤＢＧを用いたレーザの、安定なモード同期発振が起きるＲＦ周波数範囲を説明する図である。
【図６】従来のチャープＤＢＧの作製と特性の関係を示す図である。
【図７】図６のＤＢＧを用いた波長可変モード同期レーザの、安定なモード同期発振が起きるＲＦ周波数範囲を示す図である。
【図８】チャープＤＢＧを用いた波長可変モード同期レーザの出力スペクトルの例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態の、チャープＤＢＧの作製と特性の関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態の、波長可変モード同期レーザの出力スペクトルの例を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態の、波長可変モード同期レーザが安定にモード同期動作をするＲＦ周波数可変範囲を説明する図である。
【図１２】本発明の実施形態の波長可変モード同期レーザの構成図である。
【図１３】本発明の実施形態の、チャープ位相マスクの構成図の例である。
【図１４】本発明の実施形態の、チャープＤＢＧの作製の説明図で、（ａ）はアポダイゼーションマスクの構成図および出来上がったＤＢＧの屈折率変動プロファイル、（ｂ）はＤＢＧの作製に用いる系の説明図である。
【図１５】本発明の実施形態の作製法によるＤＢＧを用いたレーザから得た、出力スペクトルとＲＦ周波数と波長（チャネル）の関係を示す図で、（ａ）はレーザの出力スペクトル、（ｂ）はＲＦ周波数とレーザの出力スペクトルの波長（チャネル）との関係を示す図である。
【図１６】従来のチャープＤＢＧを用いたレーザの出力波長可変スペクトルを示す図である。
【図１７】本発明の実施形態のレーザ及び従来のチャープＤＢＧを用いたレーザの出力光を、２．４８８３２Ｇｂｐｓのデータで変調し、長さ２５ｋｍのＳＭＦで伝送させた結果を示す図である。
【符号の説明】
１０、１２１ 共振器
１３ 光変調器
１４ 半導体光増幅器
１５、１２５ 分布ブラッググレーティング
１８ 光導波路
１９ 出力手段
２１ 従来の一定なピッチのＤＢＧを複数個並べた構成のＤＢＧを作製するための位相マスク
２２ 位相マスク２１の長さによるピッチの変化
２３ ＤＢＧを作製する時に適用するアポダイゼーションプロファイル
２４ 位相マスク２１およびアポダイゼーション２３によるＤＢＧの反射スペクトル
２５ ＤＢＧ２４の反射遅延特性
６１ 従来のチャープＤＢＧを作製するための位相マスク
６２ 位相マスク６１の長さによるピッチの変化
６３ ＤＢＧを作製する時に適用するアポダイゼーションプロファイル
６４ 位相マスク６１およびアポダイゼーション６３によるＤＢＧの反射スペクトル
６５ ＤＢＧ６４の反射遅延特性
９１ チャープＤＢＧを作製するための位相マスク
９２ 位相マスク９１の長さによるピッチの変化
９３ ＤＢＧを作製する時に適用するアポダイゼーションプロファイル
９４ 位相マスク９１およびアポダイゼーション９３によるＤＢＧの反射スペクトル
９５ ＤＢＧ９４の反射遅延特性
１２４ 光サーキュレータ
Claims (5)
- 共振器内に分布ブラッググレーティングを有し、モード同期の周波数を変更することにより、出力する光を発振波長λ１〜λＮ（Ｎは正の整数）のＮ種類に変更可能な波長可変モード同期レーザにおいて、
前記分布ブラッググレーティングは、前記発振波長λ１〜λＮの各々の光を反射するＮ個の回折領域を備え、
該Ｎ個の回折領域の各々は、
第ｎの回折領域（１≦ｎ≦Ｎ、ｎは整数）の場合に、発振波長λｎに対応するピッチを中心に連続的に変化するピッチを有し前記発振波長λｎの光を反射する回折格子を備え、
かつ、前記Ｎ個の回折領域の各々に対してアポダイゼーションが適用されている
ことを特徴とする波長可変モード同期レーザ。 - 請求項１に記載の波長可変モード同期レーザにおいて、前記分布ブラッググレーティングは、１≦ｍ＜ｎ≦Ｎ（ｍは整数）の場合に、前記発振波長λ１〜λＮがλｍ＜λｎの関係を満たすことを特徴とする波長可変モード同期レーザ。
- 共振器内に分布ブラッググレーティングを有し、モード同期の周波数を変更することにより、出力する光を発振波長λ１〜λＮ（Ｎは正の整数）のＮ種類に変更可能な波長可変モード同期レーザの作製方法において、
前記分布ブラッググレーティングを形成するための部材に対して、連続的にピッチが変化する位相マスクとＮ個の回折領域を規定するためのアポダイゼーションマスクとを用いて露光し、
前記Ｎ個の回折領域の各々について、第ｎの回折領域（１≦ｎ≦Ｎ、ｎは整数）の場合に、発振波長λｎに対応するピッチを中心に連続的に変化するピッチを有し前記発振波長λｎの光を反射する回折格子を形成すると共に、アポダイゼーションを適用し、
前記発振波長λ１〜λＮの各々の光を反射する前記Ｎ個の回折領域を有する前記分布ブラッググレーティングを形成する
ことを特徴とする波長可変モード同期レーザの作製方法。 - 請求項３に記載の波長可変モード同期レーザの作製方法において、前記部材に対して露光を行うに際し、１≦ｍ＜ｎ≦Ｎ（ｍは整数）の場合に、前記発振波長λ１〜λＮがλｍ＜λｎの関係を満たす前記分布ブラッググレーティングを形成する前記位相マスクを使用することを特徴とする波長可変モード同期レーザの作製方法。
- 請求項３又は４に記載の波長可変モード同期レーザの作製方法において、前記部材に対して露光を行うに際し、前記アポダイゼーションマスクの前記Ｎ個の回折領域の規定の仕方を調整することによって、前記波長可変モード同期レーザの出力する光の発振波長、発振波長間隔、及び前記分布ブラッググレーティングの反射帯域を調整することを特徴とする波長可変モード同期レーザの作製方法。
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