JP4533608B2

JP4533608B2 - 波長可変レーザ

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Publication number: JP4533608B2
Application number: JP2003321091A
Authority: JP
Inventors: 和雅高林; 健森戸; 幹高田; 忠雄中澤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2023-09-12
Also published as: JP2005093498A

Description

近年の通信需要の飛躍的な増大に伴い、波長の異なる複数の信号光を多重化することで、単一の光ファイバを介して大容量伝送を可能とする波長多重（ＷＤＭ）通信システムの開発が進んでいる。このような波長多重通信システムにおいては、広い波長範囲で所望の波長を選択できる波長可変レーザが、システムを構築する上で必要とされている。

広い波長範囲で所望の波長を選択できる波長可変レーザを実現する手段として、図１に示すような、広い波長可変範囲を持ち比較的ゆるいフィルタ特性を持った波長可変フィルタと、これに、くし型の透過特性を持ち各透過波長でのフィルタ特性が鋭い、典型的にはエタロンやＳＳＧ（super structure grating）よりなる光フィルタを組み合わせて使用する構成が提案されている（非特許文献１）。

図１を参照するに、波長可変レーザ１０はミラー１１Ａと半透明ミラー１１Ｂとよりなる光共振器を含み、前記光共振器中には波長可変フィルタ１２Ａと、くし型光フィルタ１２Ｂと、誘導放出を生じる利得媒質１２Ｃとが設けられている。

図１の波長可変レーザ１０では、図２に示すように光共振器１１中に多数の縦モードが狭い波長間隔で存在し、従って前記利得媒質１２Ｃを駆動して前記光共振器１１中にレーザ発振を励起した場合、レーザ発振は前記縦モードのいずれかにおいて生じる。

一方、前記光フィルタ１２Ｂは図２に示す鋭い透過あるいは反射特性を複数の特性波長において有するいわゆるくし型特性を有しており、従ってこのようなくし型光フィルタ１２Ｂを光共振器１１中に配置することにより、レーザ発振を、前記複数の特性波長のいずれかにおいて生じさせることが可能になる。すなわち光共振器１１にくし型光フィルタ１２Ｂを組み合わせることにより、前記複数の縦モードのうち、波長が前記共振波長に一致する複数のモードのいずれかにおいて、選択的にレーザ発振を実現することが可能になる。

これに対し、前記波長可変フィルタ１２Ａは、図２に示す、複数の縦モードおよび複数の共振波長を含むような緩やかな透過特性を有しており、従って、この透過特性のピークを制御し、ピーク波長を前記くし型フィルタ１２Ｂの特性波長の一つと一致させることにより、波長可変フィルタの選択波長ピークと一致した所望の特定の選択された波長においてレーザ発振を実現することが可能になる。一度特定のモードでレーザ発振が開始されると、光エネルギはそのモードに集中するため、他のモードでのレーザ発振は生じない。

このように図１の波長可変レーザ１０では、光フィルタ１２Ｂの複数ある透過波長のうちの１つを波長可変フィルタ１２Ａによって選択することにより、光フィルタ１２Ｂの複数ある特性波長のうち任意の波長でのレーザ発振をすることができる。またその際、光フィルタ１２Ｂの透過特性を共振器縦モードの間隔に対して十分にシャープに設定することにより、単一縦モードでの発振が可能となる。

図１に示す可変波長レーザ構成１０では、広い波長可変特性を有する第１の光フィルタ１２Ａと周期的な鋭いフィルタ特性を有する第２の光フィルタ１２Ｂとを使うことにより、単一の光フィルタを用いる場合に比べ容易に、広い帯域で波長を変化でき単一モード発振が可能な波長可変レーザを実現することができる。
特開平１０−１０７３７７号公報特開平７−８６６７０号公報特開平８−７８７８７号公報特開平５−２４９５２６号公報特開２０００−９１６６９号公報特開平４−３７２１８７号公報特開２０００−２６１０８６号公報特開昭５９−９８５７９号公報特開平１１−１６３４６９号公報 IEEE Photonics Technology Letters, Vol.5, 1993, pp. 735-738

ところで、このような二つの性質の異なる光フィルタを組み合わせた波長可変レーザにおいて発振波長を所望の値に制御するには、(1)波長可変フィルタ１２Ａの透過中心波長を光フィルタ１２Ｂの複数ある透過波長のうち、所望の波長に合わせる操作と、(2)位相制御手段により光共振器縦モードを光フィルタ１２Ｂの透過中心波長に正しく合わせる操作とが必要になる。

前記(1)，(2)の制御を実行しようとする場合、レーザからの光出力をモニタし、これが最大になるようにフィードバック制御を行うことが考えられる。これは、前記(1)，(2)の制御で最適に波長が制御できた状態では各フィルタにより生じる損失が最小になり、レーザからの光出力が最大になることを利用している。

しかし、(1)の波長可変フィルタ１２Ａの制御を行った場合、一般に光共振器１１中における縦モードの位置も同時に移動してしまう。例えば、図１の波長可変レーザ１０において波長可変フィルタ１２ＡとしてＡＯＴＦを用いた場合、ＡＯＴＦでは、波長制御のために印加するＲＦ信号の強度が変化されると、素子の温度が変化するため屈折率の変化が起こり、位相の変化が起こってしまう。また非特許文献１に記載されている波長可変レーザでは、波長可変フィルタ１２Ａとして半導体導波路に電流を注入することによって透過波長を変化させる波長可変フィルタを用いるが、この波長可変フィルタも電流注入によって屈折率の変化を引き起こし、位相の変化が生じてしまう。

このような場合、レーザからの光出力は、波長可変フィルタ１２Ａの透過中心波長の変化のだけでなく、位相の変化による影響をも被ってしまう。したがって、波長可変レーザから出力される光出力をモニタするだけでは波長可変フィルタ１２Ａの波長の制御（(1)の制御）を、位相の制御（(2)の制御）と切り離して独立に行うのは困難である。(1)、(2)の制御が独立でない場合、これらの制御を交互に行って最適値に合わせこむといった複雑な制御が必要となるため、図３の構成では波長制御に時間がかかるなどの問題が発生し、高速での波長可変動作が不可能になると考えられる。

また波長可変フィルタ１２ＡとしてＡＯＴＦを用いる場合、ＡＯＴＦに起因して発生するビート雑音の強度をモニタすることによって位相の変化による影響を抑制し、ＡＯＴＦの選択波長を制御する方法が提案されているが、この方法ではビート雑音の周波数成分を抽出するフィルタが必要であり費用が増大する。

(2)の位相制御に関しては、例えば共振器を構成する反射鏡自体を移動させる方法が考えられる。反射鏡を移動させることで共振器長自体を変化させれば、位相、すなわち縦モーのド位置を変化させることができる（特許文献８）。また共振器内に別途、位相制御用の素子として、電気光学効果を有するバルク結晶を配置する方法もある（特許文献９）。また、例えば波長可変フィルタに位相制御用の領域を設ける方法もあり、例えば特許文献５に記載の波長可変レーザでは、波長可変フィルタとして導波路型のＡＯＴＦを用いているが、このＡＯＴＦに電圧を印加することによって屈折率が変化する導波路を集積して位相制御を実現している。

しかし、これらの方法は、以下の問題点を有する。

共振器を構成する反射鏡を移動させることにより位相制御を行う場合には、反射鏡を数百ナノメートル以下の精度で安定に移動させる必要があるが、このような制御は困難である。

また共振器内に別途位相制御手段を配置する方法は、部品点数が増加し、費用が増大する。また共振器長が長くなり、その結果縦モード間隔が減少するため、単一縦モード制御が困難になる。

さらに導波路型のＡＯＴＦに電界印加型の位相制御用導波路を用いた場合、一定の位相を維持するのに必要な電界が時間と共に増加していくＤＣドリフトと呼ばれる現象が生じ、これを考慮して波長制御を行うためには、例えば電圧と温度を同時に制御する必要があり、制御が複雑になる。また縦モード間隔が狭くなるため、単一縦モード発振をさせるのが困難になる。

そこで本発明は上記の問題点を解決した、新規で有用な波長可変レーザを提供することを概括的課題とする。

本発明のより具体的な課題は、簡単な構成で容易かつ速やかに、所望の波長に同調可能な波長可変レーザを提供することにある。

本発明の他の課題は、上述の波長可変レーザにおいて、安定かつ単純な位相制御を実現する手段を提供することにある。

本発明は上記の課題を、光共振器と、前記光共振器中に設けられ、入射光から所望の波長の選択光を選択する、波長が可変な第１の光フィルタと、前記光共振器中に設けられ、複数の特性波長よりなるくし型特性を有する第２の光フィルタと、前記光共振器中に設けられた利得媒質とを含み、前記第２の光フィルタの前記複数の特性波長のうち、前記第１の光フィルタで選択した一つの波長で発振する波長可変レーザにおいて、前記波長可変レーザは、さらに前記光共振器中に、光位相を制御する位相制御手段と、前記第１の光フィルタからの選択光と前記第１の光フィルタにより選択されなかった非選択光とを分離する光分離手段とを有し、前記波長可変レーザは、さらに前記波長可変レーザからの光出力をモニタする第１の光検出器と、前記分離手段により分離された前記第１の光フィルタの非選択光をモニタする第２の光検出器と、前記第１の光フィルタの選択波長および前記位相制御手段を制御する制御系とを有し、前記制御系は、第１の光検出器と第２の光検出器からの信号の比を最大にするように、前記第１の光フィルタの選択波長を制御することを特徴とする波長可変レーザにより、解決する。

本発明によれば、光共振器中に利得媒質と波長が可変な第１の光フィルタと複数の特性波長を有する第２の光フィルタとを備えた波長可変レーザにおいて、波長可変な第１の光フィルタにより選択された選択光と選択されなかった非選択光とを分離し、レーザの光出力強度と非選択請求項の強度を別々の光検出器により検出し、さらに前記制御系により前記波長可変フィルタの選択波長を、前記レーザ光出力と非選択光の強度比が最大となるように設定することにより、前記第１の光フィルタの波長選択特性を、前記第２の光フィルタの特性波長の一つに同調させることができる。

また本発明によれば、位相制御領域を半導体基板上に形成される利得領域に集積化することにより、所望の位相制御を行う際に反射鏡などを移動させる必要がなく、安定な制御が可能になる。さらに別途位相制御用素子を追加する必要がなく、部品点数が増えることもない。また波長可変フィルタとしてＡＯＴＦを用いた場合に、ＡＯＴＦが形成される誘電体基板上に位相制御領域を集積化した場合に生じるようなＤＣドリフトの問題が解消され、単純な制御が可能になる。

さらに本発明は上記の課題を、基板と、前記基板上に、光軸方向に延在するように形成された第１の光導波路と、前記第１の光導波路上に、前記第１の光導波路に沿って、前記第１の光導波路に光学的に結合して形成された第２の光導波路と、前記基板上に形成され、前記第２の光導波路の一端に集積化して形成された活性層と、前記活性層に駆動電流を注入する第１の電極とを備えた半導体光増幅器と、前記基板上に形成され、前記第２の光導波路の他端に集積化して形成された活性層と、前記活性層に駆動電界を印加する第２の電極とを備えた第１のフォトディテクタと、前記基板上、前記半導体光増幅器と前記第１のフォトディテクタとの間に形成され、前記第１および第２の光導波路に沿って所定の周期で形成された第１の回折格子と、前記第１の回折格子部の導波路にキャリアを注入する第３の電極とを備えた波長可変フィルタと、前記基板上、前記半導体光増幅器と前記第１のフォトディテクタとの間に形成され、前記第１および第２の光導波路に沿って周期的にピッチが変調された第２の回折格子を含み、複数の特性波長を含むくし型特性を有するくし型光フィルタと、前記基板上、前記半導体光増幅器と前記第１のフォトディテクタとの間に形成され、前記第１および第２の光導波路に屈折率変化を誘起する第４の電極を備えた位相制御領域と、前記第１の光導波路から出力されるレーザ光の強度を検出する第２のフォトディテクタと、前記波長可変フィルタの選択波長および前記位相制御領域を制御する制御系とを含み、前記制御系は、前記第１のフォトディテクタの出力と前記１のフォトディテクタの出力との比が最大になるように前記波長可変フィルタを制御することを特徴とする波長可変レーザにより、解決する。

本発明によれば、波長可変レーザを小型に、かつ高い信頼性で形成することが可能になる。

本発明によれば、図１の基本構成を有する波長可変レーザ１０において、レーザ１０からの光出力と波長可変フィルタ（第１の光フィルタ）１２Ａからの非選択光の強度比をもとに、前記波長可変フィルタ１２Ａの選択波長を制御することにより、このような選択波長制御を行う際に同時に生じてしまう共振器縦モード位置（図２参照）のシフトの制御に対する影響を抑制することが可能になる。その際、本発明では波長可変フィルタの選択波長の制御を、縦モード位置の制御（位相制御）とは独立に行うことができる。

以下、本発明の原理を説明する。

図１を参照するに、波長可変レーザ１０がレーザ発振している場合、前記波長可変フィルタ１２Ａにはレーザ発振波長の光が入射する。

前記波長可変フィルタ１２Ａは選択波長とそれ以外の波長の光を分離するが、レーザ発振波長と波長可変フィルタ１２Ａの透過中心波長が一致している場合には、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように選択光側にほぼ全ての光エネルギが集中し、非選択光側にはほとんど伝播しない。一方、前記波長可変フィルタ１２Ａの透過中心波長とレーザ発振波長がずれるにしたがって選択光側に伝播する光の強度が減少し、逆に非選択光側に伝播する光の強度が増加する。

すなわち、図５（Ａ）に示すように選択光側の光強度と非選択光側の光強度比を求めた場合、前記比の値は波長可変フィルタ１２Ａの透過中心波長と発振波長とがずれるにしたがって小さくなる。この比の値は、波長可変フィルタと発振波長の位置関係にのみ依存し、波長可変フィルタへの入射光の強度（すなわち、レーザの光出力）には依存しない。したかって、この比を使うことにより、例えば光共振器１１の縦モード位置の変化によるレーザ光出力とは独立に、波長可変フィルタ１２Ａの選択波長を最適に制御することが可能になる。

また、この比において、分子となる選択光の光出力は、発振波長と波長可変フィルタ１２Ａの透過中心波長が一致している場合に大きくなり、分母となる非選択光の光出力は逆に一致している場合に小さくなるため、単純に光出力の変化を見るよりも変化の度合いが強調される。従って、図５（Ａ）の比を使うことにより、より明瞭に波長可変フィルタの選択波長の変化による影響を精度よくモニタすることが可能になる。

ところで波長可変フィルタ１２Ａで選択された選択光側の光はレーザ発振に使用されるので、この強度を直接モニタするのは困難である。そこで、本発明では波長選択フィルタ１２Ａの選択光の強度を使うかわりに、図５（Ｂ）に示すようにレーザの光出力それ自体を使う。レーザ光の光出力は、図６に示すように波長可変フィルタ１２Ａの選択光の光強度、言い換えればレーザ共振器１１内の光強度と同じ傾向で変化するため、これと非選択光側の光強度の比をとれば、選択光と非選択光の光強度の比をとるのと同じ効果が得られる。したがって、レーザ１０の光出力と非選択光の光強度の比を検出し、検出結果に基づいて波長可変フィルタ１２Ａの透過中心波長の制御を行えば、光共振器１１内において生じる光位相の変化とは独立に制御を行えるため、単純な制御が可能になる。

本発明では、光出力のみをモニタした場合と比較して、非選択光の強度をモニタする光検出器を追加するだけでよいので、比較的安価で実現することが可能である。

さらに本発明では、前記波長選択フィルタ１２Ａの最適化の後、前記位相制御手段を、前記波長可変レーザ１０の出力が最大になるように最適化することにより、図２で説明した共振器縦モード位置をレーザ発振波長に一致させることが可能になる。その際、先にも説明したように、本発明では前記位相制御手段の最適化を、前記波長選択フィルタ１２Ａの最適化と別に、独立して行うことが可能である。

本発明によれば、光共振器中に利得媒質と波長が可変な第１の光フィルタと複数の特性波長を有する第２の光フィルタとを備えた波長可変レーザにおいて、波長が可変な第１の光フィルタにより選択された選択光と選択されなかった非選択光とを分離し、レーザの光出力と非選択光の強度を別々の光検出器により検出し、さらに前記制御系により前記波長可変フィルタの選択波長を、前記光出力と非選択光の強度比が最大となるように設定することにより、前記第１の光フィルタの通過中心波長を、前記第２の光フィルタの特性波長の一つに同調させることができる。

また本発明によれば、波長可変レーザの全体を通常の半導体基板上に集積化することが可能になり、波長可変レーザを小型に、かつ高い信頼性で形成することが可能になる。

［第１実施例]
図７は、本発明第１実施例による波長可変レーザ２０の概略的構成を、図８は図７の波長可変レーザ２０の原理を示す。

図７を参照するに、波長可変レーザ２０は一対のミラー２１Ａ，２１Ｂよりなり前記光共振器１１に対応する光共振器２１を含み、前記光共振器２１中には前記波長可変フィルタ１２Ａに対応する波長可変フィルタ２２Ａと、前記光フィルタ１２Ｂに対応するエタロンなどのくし型特性を有する光フィルタ２２Ｂと、前記利得媒質１２Ｃに対応し誘導放出を生じる利得媒質２２Ｃとを含み、さらに前記ミラー２１Ｂより出射するレーザビームの強度を検出する第１の光検出器２３Ａが設けられている。

さらに図７の波長可変レーザ２０では前記光共振器２１中に前記波長可変フィルタ２２Ａの選択光を透過し非選択光を分離する分離手段２２Ｄが設けられており、さらに前記分離手段２２Ｄで分離された非選択光を検出するために、第２の光検出器２３Ｂが設けられている。また前記利得媒質１２Ｃに隣接して、前記光共振器２２中における光位相を制御する位相制御手段２２Ｅが設けられている。

さらに前記波長可変レーザ２０では前記光検出器２３Ａおよび２３Ｂの出力に基づいて前記波長可変フィルタ２２Ａおよび位相制御手段２２Ｅを別々に制御する制御系２４が設けられている。

図８は前記制御系２４による波長可変フィルタ２２Ａの制御動作の原理を示す。

図８を参照するに分離手段２２Ｄにより選択され光検出器２３Ａにより検出された選択光の光強度は、前記波長可変フィルタ２２Ａの透過中心波長が前記レーザ２０の発振波長に一致する場合に先にも説明したように最大となり、ずれるにつれて減少する。一方、前記分離手段２２Ｄにより分離され光検出器２３Ｂにより検出された非選択光の光強度は、前記波長可変フィルタ２２Ａの透過中心波長が前記レーザ２０の発振波長に一致する場合に最小となり、ずれるにつれて増大する。

そこで前記制御系２４により、前記光検出器２３Ａにより検出されたレーザ光（選択光の強度Ｐ₁に比例）と前記光検出器２３Ｂにより検出された非選択光の強度Ｐ_２との比（Ｐ₁／Ｐ₂）が最大になるように、前記波長可変フィルタ２２Ａの透過波長帯域を設定することにより、前記波長可変フィルタ２２Ａの透過中心波長をレーザ２０の発振波長に一致させることが可能になる。

このように波長可変フィルタ２２Ａの透過帯域を設定した場合、波長可変フィルタ２２Ａの屈折率が変化するなどの要因により、前記光共振器２２中における有効光路長が変化し、光共振器２２中の縦モード位置、すなわち前記レーザ発振波長が、前記くし型フィルタ２２Ｂの該当する帯域の中心波長に対してずれる場合があるが、本実施例ではこのような波長可変フィルタ２２Ａの最適化の後、前記光検出器２３Ａの出力が最大になるように前記位相制御手段２２Ｅを前記制御系２４を介して駆動することにより、前記縦モード位置を前記くし型フィルタの透過中心波長に一致させることが可能になる。

図９は、前記制御系２４の動作を示すフローチャートである。

図９を参照するに、最初にステップＳ１において前記比Ｐ₁／Ｐ₂が最大になるように、換言すると比Ｐ₂／Ｐ₁が最小になるように、前記波長可変フィルタ２２Ａの透過波長帯域が設定され、次いでステップＳ２において前記光出力Ｐ₁が最大になるように前記位相制御手段２２Ｅを制御する。

このように本発明ではステップＳ１とステップＳ２とを独立に実行することができるため、ステップＳ１とステップＳ２とを交互に繰り返しながら徐々に最適点を探索する必要はなく、レーザ発振波長を高速に所望の波長に同調させることが可能になる。

［第２実施例］
図１０は、本発明第２の実施例による波長可変レーザ４０の構成を示す。

図１０を参照するに、波長可変レーザ４０は前記波長可変フィルタ２２Ａとして、ＬｉＮｂＯ₃などの強誘電体基板４０Ａ上に形成された音響光学波長可変フィルタ（ＡＯＴＦ）４２Ａを、前記複数の透過波長を持つくし型光フィルタ２２Ｂとして透過波長が１００ＧＨｚ間隔のＩＴＵグリッドに適合したファブリ＝ペロ（ＦＰ）エタロン４２Ｂを、また利得媒質２２Ｃとして半導体光増幅器（ＳＯＡ）４２Ｃを用いており、前記半導体光増幅器４２Ｃは前記ＡＯＴＦ４２Ａの一端に結合されている。また前記ＦＰエタロン４２Ｂは前記ＡＯＴＦ４２Ａの他端にコリメートレンズ４２ｂを介して光学的に結合されており、前記エタロン４２Ｂの外側には、例えば１．５５μｍ帯域で高い反射率を有する全反射ミラー４１Ａが設けられている。

前記エタロン４２Ｂは前記ミラー４１Ａとレンズ４１ｂとの間に光軸に対して斜めに配設されており、透過波長に対応する波長を有する光ビームは透過するが、それ以外の光ビームは斜めに、すなわち光学系の外へと反射する。前記ＡＯＴＦ４２Ａとしては、例えば１５２０〜１６２０ｎｍの範囲で波長可変が可能な素子を用いることができる。

さらに前記半導体光増幅器４２Ｃの、前記ＡＯＴＦ４２Ａから遠い側の端部には半透明ミラー４１Ｂが形成されており、前記ミラー４１Ａと４１Ｂとは間に前記光共振器２１に対応する光共振器４１を形成する。

前記ＡＯＴＦ４２Ａは、前記基板４０Ａ上にその長手方向上中央部で交差するように形成された第１および第２の光導波路４２ａ₁，４２ａ₂を含み、前記ミラー４１Ａで反射されエタロン４２Ｂにより選択された光ビームは前記コリメートレンズ４２ｂを介して前記光導波路４２ａ₁に注入される。なお、前記ＡＯＴＦ４２Ａの両端面には無反射コーティングが施されている。

前記光導波路４２ａ1に注入された光ビームが前記基板４０Ａ上に形成された偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）４２ｐ₁を通過する際に、前記光ビーム中のＴＥモード成分が選択され、選択されたＴＥモード成分はさらに前記光導波路４２ａ₁に沿って、前記基板４０Ａ中に弾性表面波（ＳＡＷ）を伝搬させるＳＡＷガイド４２S_1、およびくし型のＳＡＷ電極４２ｃｂ₁が形成された領域を順次通過する。その際に、前記ＴＥモードの光ビームは前記ＳＡＷガイド４２Ｓ₁に伝搬するＳＡＷと相互作用し、前記ＳＡＷに共鳴する所望の波長の光ビーム成分が、選択的にＴＭモードに変換される。

前記光導波路４２ａ₁と４２ａ₂との交点には偏光ビームスプリッタ４２ｐ₃が形成されており、前記ＴＭモードに変換された光ビーム成分は前記偏光ビームスプリッタ４２ｐ₃において、前記光導波路４２ａ₁から光導波路４２ａ₂へと分離される。一方、前記ＳＡＷとの相互作用で選択されなかった光ビーム成分はＴＥモードのまま、前記光導波路４２ａ₁に連続する光導波路４２ｂ₁中を導波される。

前記光導波路４２ａ₂へと分離されたＴＭモードの光ビーム成分は、前記光導波路４２ａ₂に沿って前記ＳＡＷガイド４２Ｓ₂直下の領域を通過した後、ＴＥモードに戻される。また前記ＳＡＷガイド４２Ｓ₁によりＴＭモードに変換され前記光導波路４２ａ₂に分離された光ビーム成分は前記ＳＡＷガイド４２Ｓ₁直下を通過する際に、前記電極４２Ｃｂ₁に印加されている高周波信号の周波数分だけドップラーシフトを受けるが、このようなＴＭモード光ビームを、同じ高周波信号により駆動されているＳＡＷガイド４２Ｓ₂の直下を通すことにより、このドップラーシフトが打ち消される。

このようにしてＴＥモードに戻され、また当初の周波数に戻された選択光ビーム成分はさらに偏光ビームスプリッタ４２ｐ₂を通って半導体光増幅器４２Ｃに入射し、光増幅を受けると同時に光共振器４１の一部を構成する半透明ミラー４１Ｂにより反射される。

前記ミラー４１Ｂにより反射された光ビームは前記光増幅器４２Ｃでさらに増幅された後、前記光導波路４２ａ₂を逆向きの経路で進行し、前記偏光ビームスプリッタ４２ｐ₂によりＴＥモードの光ビームが分離された後、前記ＳＡＷガイド４２Ｓ₂において所望の波長の成分が選択的にＴＭモードに変換される。

このようにしてＴＭモードに変換された光ビーム成分は前記偏光ビームスプリッタ４２ｐ₃において前記光導波路４２ａ₁へと移行し、前記ＳＡＷガイド４２Ｓ₁によりＴＥモードに変換された後、偏光ビームスプリッタ４２ｐ₁，コリメートレンズ４２ｂおよびエタロン４２Ｂを通過した後、ミラー４１Ａにより前記光導波路４２ａ₁へと反射される。一方、前記光導波路４２ａ1へと移行しなかった非選択光は、前記光導波路４２ａ₂に連続する光導波路４２ｂ₂中を導波される。

このように、図１０のＡＯＴＦ４０では、前記ＳＡＷガイド電極４２Ｓ₁および４２Ｓ₂を高周波信号により駆動することにより、所望の波長の選択光を取り出すことが可能であり、また非選択光を前記光導波路４２ａ₁から光導波路４２ｂ₁へと、あるいは光導波路４２ａ₂から４２ｂ₂へと取り出すことが可能になる。

そこで図１０の構成では、前記半導体光増幅器４２Ｃから半透明ミラー４１Ｂを介して出力される光ビーム強度を検出するために光検出器４３Ａを設け、さらに前記基板４０Ａ上、前記ミラー４１Ａの側の端面に、前記光導波路４２ｂ₂を介して導波される非選択光を検出するために、光検出器４３Ｂを設けている。

そこで、前記光検出器４３Ａの出力と光検出器４３Ｂの出力とを使い、図７で説明したのと同様な制御系２４を使って図９で説明した制御を前記ＡＯＴＦ４０、特にＳＡＷガイド電極４２Ｃｂ₁，４２Ｃｂ₂を駆動する高周波電源ＲＦに対して行うことにより、先の実施例で説明したように、前記ＡＯＴＦ４０の透過帯域の中心波長を前記レーザ４０の発振波長、従ってエタロン４２Ｂの対応する透過波長に正確に一致させることができる。

ところで図１０の構成の波長可変レーザ４０では、波長の選択を前記ＳＡＷ電極４２Ｓ₁，４２Ｓ₂，およびＳＡＷガイド電極４２Ｃｂ₁，４２Ｃｂ₂を駆動する高周波信号により実現しており、従って選択波長を変化させると温度変化などにより、光共振器４１の実効的な光路長が変化してしまう場合がある。

このような光路長の変化を補償するためには、光共振器４１中に前記光位相補償手段２２Ｅに対応する光位相補償部を設ける必要がある。しかし、このような光位相補償部を、前記ＡＯＴＦ４０を構成するＬｉＮｂＯ₃などの強誘電性基板４０Ａ上に形成しようとすると、ＬｉＮｂＯ₃基板上に電極を形成し、これに電圧印加を行うことにより所望の光位相補償を行うことになるが、このような構成では電圧印加に伴ってＬｉＮｂＯ₃基板を構成する結晶中の不純物や欠陥が移動し、抵抗値が変化することに起因して、所望の位相補償を行うのに必要な直流電圧が時間と共に変化する直流ドリフトの現象が生じてしまう。

このため、本実施例ではこのような光位相補償部をＡＯＴＦ４０上に形成せず、半導体光増幅器４２Ｃに集積化して形成する。

図１１は、前記半導体光増幅器４２Ｃの構成を示す平面図、図１２は前記半導体光増幅器４２Ｃの構成を示す断面図である。

図１１，１２を参照するに、半導体光増幅器４２Ｃは一端に前記半透明ミラー４１Ｂを、他端に反射防止膜４１ＡＲを形成されたｎ型ＩｎＰ基板５１上に構成されており、前記ＩｎＰ基板５１は前記ＬｉＮｂＯ₃基板４０Ａにバットジョイントされている。

前記ＩｎＰ基板５１上には、前記ミラー４１Ｂが形成された端面から反射防止膜４１ＡＲが形成された端面へと光導波路５１Ａが形成されており、前記光導波路５１Ａのうち、前記ミラー４１Ｂに近い側には１５３０〜１６４０ｎｍの範囲の波長域で利得を有するように設計されたＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ多重量子井戸構造を有する活性層５２Ａが利得領域として形成されている。また前記導波路５１Ａのうち、前記反射防止膜４１ＡＲに近い側には、ＩｎＧａＡｓＰバルク層よりなる導波路層５２Ｂが、前記位相補償領域として集積されている。

さらに前記活性層５２Ａ上には前記光導波路層５２Ａおよび導波路層５２Ｂを覆うようにｐ型ＩｎＰよりなるクラッド層５３が形成されており、前記クラッド層５３上には前記活性層５２Ａに対応して、半導体光増幅器４２Ｃの駆動電極５５Ａが、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層５４Ａを介して形成されている。また前記導波路層５２Ｂに対応して、位相補償部を構成する制御電極５５Ｂが、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層５４Ｂを介して形成されている。

図示の例では前記駆動電極５５Ａおよび制御電極５５Ｂはいずれも順方向にバイアスされており、前記活性層５２Ａでは誘導放出により、１．５５μｍ帯域での光増幅およびレーザ発振が生じる。

一方、前記光導波路層５２Ｂは例えば１．３μｍ帯域の、より短波長側のハンドギャップ波長を有しており、従って１．５５μｍ帯域の光ビームが入射しても誘導放出による光増幅は実質的に生じない。一方、前記制御電極５５Ｂは先にも述べたように順方向バイアスされているため前記光導波路層５２Ｂ中には注入されたキャリアの蓄積が生じており、これに伴って屈折率が変化する。その結果、図１１，１２の構成により、前記制御電極５５Ｂを介して電流注入を行うことにより、光導波路５１Ａの実効的な光路長を変調することができる。

なお、図１１，１２の構成において前記利得領域と位相補償領域の順序は逆転させてもよい。

［第３実施例］
図１３は、本発明の第３実施例による、図１０の波長可変レーザ４０において半導体光増幅器４２Ｃに代わりに使われる、位相補償部を集積化した半導体光増幅器６２Ｃの構成を示す。ただし図１３中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図１３を参照するに、本実施例では前記制御電極５５Ｂに逆バイアス電圧が印加され、また前記光導波層５２Ｂの代わりに１．１μｍ帯域のバンドギャップ波長を有するＭＱＷ層６２Ｂが光導波層として形成される。

かかる構成では、前記制御電極５５Ｂに逆バイアス電圧を印加することにより、前記光導波層６２Ｂ中に量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）による屈折率変化を誘起し、これにより前記光導波路５１Ａの実効光路長を変化させる。

［第４実施例］
図１４（Ａ），（Ｂ）は、本発明第４実施例による、図１０の波長可変レーザ４０において半導体光増幅器４２Ｃに代わりに使われる、位相補償部を集積化した半導体光増幅器７２Ｃの構成を示す。ただし図１４（Ａ），（Ｂ）中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図１４（Ａ），（Ｂ）を参照するに、本実施例では前記位相補償領域において電極５５Ｂの代わりに薄膜ヒータ７５Ｂを形成し、前記薄膜ヒータ７５Ｂを駆動することで前記位相補償領域の温度、従って屈折率を制御し、これにより、前記光導波路５１Ａの実効的な光路長を変化させる。その際、前記薄膜ヒータ７５Ｂと駆動電極５５Ａとの間の距離を例えば５００μｍ程度あるいはそれ以上に設定しておくことにより、位相補償制御の際の温度変化により利得領域での光増幅動作が影響される問題は回避される。

本実施例においても、駆動電極５５Ａが形成される利得領域と薄膜ヒータ７５Ｂが形成される位相補償領域の順序は反転させることが可能である。

［第５実施例］
図１５は、本発明の第５実施例による波長可変レーザ１００Ａの構成を示す。

本実施例においては、ＡＯＴＦ４２の構成および非選択光をモニタする第２の光検出器43Ｂ以外は第２の実施例と同様である。従って図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

本実施例では前記ＡＯＴＦ４２において、非選択光が伝搬する導波路４２ｂ₂が基板端面に対して斜めになるように構成されている。この場合、図１5に示すように前記非選択光は前記基板端面において選択光とは異なる角度に出射されるため、両者を容易に分離することができる。さらに前記非選択光の出射方向に非選択光をモニタする第２の光検出器43Ｂを配置することにより、前記第２実施例と同様にレーザの光出力と非選択光の強度比をもとに、前記ＡＯＴＦ４２の選択波長を制御することが可能になる。

［第６実施例］
図１6に本発明第６実施例による波長可変レーザ１００Ｂの構成を示す。

本実施例においても、前記ＡＯＴＦ４２の構成および非選択光をモニタする第２の光検出器４３以外は、前記第２実施例あるいは第６実施例と同様である。従って図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

本実施例では前記ＡＯＴＦ４２の非選択光が伝搬する導波路４２ｂ₂に対して、基板４０Ａの出射側端面を斜めに切断する。この場合、図１6に示すように前記光導波路４２ｂ₂中を導波される非選択光は、選択光とは異なる角度に出射され、選択光と非選択光とを容易に分離することができる。また前記非選択光が出射する方向に前記非選択光をモニタする第２の光検出器４３Ｂを配置することにより、前記第２実施例と同様にレーザの光出力と非選択光の強度比をもとに、前記ＡＯＴＦの選択波長を制御することができる。

［第７実施例］
図１7は本発明の第７実施例による波長可変レーザ１００Ｃの構成を示す。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図１7を参照するに、本実施例ではレーザ共振器は半導体光増幅器４２Ｃの片側端面に施された反射膜４１Ｂと反射型波長可変フィルタ８０との間に形成される。

前記反射型波長可変フィルタ８０は特定の波長の光を反射し他の波長の光を透過する特性を有し、従って本実施例では反射光が選択光となり、透過光が非選択光となる。

前記第１実施例〜第４実施例の場合と同様に半導体光増幅器４２Ｃには位相制御用の導波路が集積化されている。また前記半導体光増幅器４２Ｃと反射型波長可変フィルタ８０との間にはレンズ４２ｂおよびエタロン４２Ｂが配置されている。さらに前記レーザ光の出射側に第１の光検出器４３Ａを配置し、レーザ光出力をモニタする。また前記反射型波長可変フィルタ８０の透過光、すなわち非選択光をモニタするように、第２の光検出器４２Ｂを配置する。

本実施例においても、前記反射型波長可変フィルタ８０の選択波長を第１の光検出器４３Ａと第２の光検出器４３Ｂの検出光出力比が最大になるようにフィードバック制御を行うことにより、前記第１実施例〜第４実施例で説明したのと同様に、波長可変フィルタの選択波長を制御することが可能である。

［第8実施例］
図１8は、本発明の第8実施例による波長可変レーザ８０の構成を示す。ただし図１8は前記波長可変レーザ８０の光軸方向に沿った断面図を示す。

図１8を参照するに、本実施例による波長可変レーザ８０はｎ型ＩｎＰ基板８１上に構成されており、前記基板８１上には光軸方向に、利得領域８０ＡとGＡC（grating-assisted coupler）領域８０Ｂと位相制御領域８０ＣとＳＳＧ（superstructure grating）領域８０ＤとPD（photodiode）領域８０Ｅとが順次形成されている。本実施例では、前記ＧＡＣ領域８０Ｂが、広範囲で波長可変動作が可能な波長可変フィルタとして作用し、一方、ＳＳＧ領域８０Ｄが周期的かつ縦モードに対して十分狭いフィルタ特性を有する光フィルタとして作用する。すなわち本実施例による波長可変レーザ８０では、ＳＳＧ領域８０Ｄにおいて生じる複数ある反射波長ピークの中のひとつを、ＧＡＣ領域８０Ｂを使うことにより選択し、所望の波長でのレーザ発振を実現する。前記領域８０Ａ〜８０Ｅの光軸方向の長さは、例えば４００μｍ，５００μｍ，１５０μｍ，９００μｍ，１００μｍにそれぞれ設定することができる。

図１8の断面図よりわかるように、本実施例では前記ｎ型ＩｎＰ基板８１上にｎ型ＩｎＰ下部クラッド層８２を介して１．３８μｍのＰＬ波長を有する厚さが０．３４μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層８３が積層され、前記光導波路層８３上には１．１４μｍのＰＬ波長を有し厚さが０．２０μｍの非ドープ（ｉ型）ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層８５とが、厚さが０．９０μｍのｎ型ＩｎP中間層８４を介して積層されている。さらに前記光導波路層８５上には厚さが３．５μｍのｐ型ＩｎＰクラッド層８６が積層され、前記クラッド層８７上には、前記領域８０Ａ〜８０Ｅに対応して、電極８８Ａ〜８８Ｅが、それぞれのコンタクト層（ｐ型ｎＧａＡｓＰ層、図示せず）を介して形成されている。

前記利得領域８０Ａでは光導波路層８５が、厚さが０．２μｍでＰＬ波長が１．６０μｍのＩｎＧａＡｓＰＭＱＷ構造を有する活性層８５Ａに置き換えられており、また前記ＰＤ領域８０Ｅでは前記光導波路層８５が同様なＭＱＷ構造を有する光検出層８５Ｅにより置き換えられている。図１8の構造において光導波路８３，８５を構成するＩｎＧａＡｓＰ層は、ＩｎＰ基板８１に対して格子整合するような組成を有するのに対し、前記利得領域８０ＡあるいはＰＤ領域８０ＥにおいてＭＱＷ構造を形成するＩｎＧａＡｓＰ層としては、ＩｎＰ基板８１に対して引っ張りひずみあるいは圧縮ひずみを蓄積するような組成を有するものを使うことができる。そこで前記利得領域８０Ａにおいて前記電極８０Ａを介して駆動電流を注入することにより、前記ＭＱＷ活性層において、１．５３〜１．６１μｍの波長範囲において光利得を発生させることができる。

また前記ＰＤ領域８０Ｅにおいて前記電極８８Ｅに逆バイアス電圧を印加することにより、前記光導波路８５中を導波される光を検出することが可能になる。

また図8５の構成では、前記下部クラッド層８２中には前記ＧＡＣ領域８０Ｂに対応して、厚さが０．０５μｍでＰＬ波長が１．３８μmのＩｎＧａＡｓＰ領域が光軸方向に周期的に形成されており、回折格子８０ｂが形成されている。また前記クラッド層８２中には前記ＳＳＧ領域８０Ｄに対応して、同様な回折格子８０ｄが形成されている。

このうち、前記ＧＡＣ領域８０Ｂを特徴づける回折格子８０ｂは例えば１５μｍの周期を有し、前記光導波路層８５中を導波される１．５５μｍ付近の特定の波長の光が前記光導波路層８３に移行するように設計されている。そこで前記ＧＡＣ領域８０Ｂに前記電極８８Ｂから電流注入を行うことにより、前記光導波路層８５と光導波路層８３との間の等価屈折率差を変化させることが可能で、これにより、前記光導波路層８５から光導波路層８３へと移行する光の波長を１．５３〜１．６１μｍの範囲で制御することが可能となっている。

一方、前記ＳＳＧ領域８０に形成される回折格子８０ｄは約０．２４μｍの周期で形成されているが、前記回折格子の周期が光軸方向に35μｍの範囲で変調されており、その結果、１．５３〜１．６１μｍの波長範囲において、先に説明したエタロンの場合と同様な、くし型の反射特性を持つ。前記ＳＳＧ領域８０においても、前記電極８０Ｄから前記回折格子８０ｄを含む領域に電流注入を行うことにより、前記くし型多重反射波長を、１０数ナノメートルの範囲でシフトさせることができる。

なお、図１8の領域８０においては、前記回折格子８０ｄを、光軸方向に部分的に周期的に配置した、くし型の多重反射ピークを有するＳＧ（sampled grating）型分布反射鏡を使うことも可能である。

さらに前記位相制御領域８０Ｃにおいては前記電極８８Ｃを介して電流注入を行うことにより、あるいは電界印加を行うことにより、前記光導波路層８３および８５における屈折率を変化させ、位相を制御することが可能である。

さらに図１8の構成では通常のレーザダイオードと同様に、前記ＩｎＰ基板８１上に形成された積層構造中に、図示は省略するが幅が約１．６μｍの導波構造が、典型的にはドライエッチングを使ったメサエッチングプロセスにより、前記光軸方向に延在するように形成されている。

以下に、図１8の波長可変レーザの動作原理を説明する。

図１8を参照するに、利得領域８０Ａの上側導波路層、すなわちMQW活性層８５Ａで発生した光は、前記上側導波路８０Ａ中を導波されて前記GＡC領域８８Ｂに入射する。

一方、前記GＡC領域８８Ｂでは、前記電極８８Ｂから注入される電流値に対応した所定の波長の光が前記下側導波路層８３へと移行し、一方、それ以外の波長の光はそのまま上側導波路層８５中を導波される。その結果、前記下側導波路層８３が、選択光が伝播する導波路として作用し、上側導波路層８５が、非選択光が伝播する導波路として作用する。

前記下側導波路層８３に移った選択光は、前記ＳＳＧ領域８０Ｄのくし型の反射ピークと波長が一致している場合、前記ＳＳＧ領域８８Ｄの回折格子により反射される。このようにして反射された光は前記ＧＡＣ領域８０Ｂに戻り、さらに前記下側導波路層８３から上側導波路層８５に移って、再び前記利得領域８５のＭＱＷ活性層８５Ａに戻る。これにより、前記ＳＳＧ領域の特性波長ないし反射波長において、所望のレーザ発振が生じる。

一方、前記ＧＡＣ領域８０Ｂから上側導波路層８５を導波される非選択光は前記位相制御領域８０Ｃを通ってＳＳＧ領域８０Ｄに入射するが、前記ＳＳＧ領域８０Ｄでは非選択光が伝搬する上側導波路槽８５に伝搬する光は、その光分布が回折格子にかからないため反射されることがなく、このため前記非選択光は前記光導波路層８５中をそのまま伝播し、ＰＤ領域８０Ｅに入射し、検出される。

このように図１8の波長可変レーザにおいて、前記ＧＡＣ領域８０Ｂにおける透過波長が前記ＳＳＧ領域８０Ｄの所望の反射ピーク波長、すなわち発振波長、と一致している場合には、前記利得領域８０Ａから上側光導波路層８５を介してＧＡＣ領域８０Ｂに入射した光は、そのほぼ全てが前記下側光導波路層８３に移動するのに対し、前記ＧＡＣ領域８０Ｂ波長が発振波長からずれるにしたがって、前記下側光導波路層８３に移行する光エネルギは減少し、前記上側光導波路層８５を伝搬する光エネルギ成分が増大する。

本実施例においては、図１8の左側端面において上側光導波路層85から出射される光がレーザの光出力になる。このレーザの光出力Ｐ₁と前記ＧＡＣ領域80Ｂで選択されずに前記上側光導波路８５を伝搬してＰＤ部80Ｅに入射する非選択光の光強度Ｐ₂との比Ｐ₁/Ｐ₂をモニタして前記ＧＡＣ領域８０Ｂの透過波長の制御を行うことにより、前記実施例１あるいは実施例２で説明したのと同じ制御が可能である。

前記上側光導波路層８５中の光強度Ｐ₁はPD領域８０Ｅにおいて電気信号に変換され、モニタされる。先の実施例でも説明したが、この比Ｐ₁／Ｐ₂ではＧＡＣ領域８０Ｂの選択中心波長の変化による光出力の変化が強調され、位相変化による強度変化の効果を相対的に小さくすることができ、ＧＡＣ領域８０Ｂによる選択波長の最適化を、前記位相制御領域８０Ｃにおける位相制御に対して独立に行うことが可能になる。

以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。

（付記１）光共振器と、前記光共振器中に設けられ、入射光から所望の波長の選択光を選択する、波長が可変な第１の光フィルタと、前記光共振器中に設けられ、複数の特性波長よりなるくし型特性を有する第２の光フィルタと、前記光共振器中に設けられた利得媒質とを含み、前記第２の光フィルタの前記複数の特性波長のうち、前記第１の光フィルタで選択した一つの波長で発振する波長可変レーザにおいて、
前記波長可変レーザは、さらに前記光共振器中に光位相を制御する位相制御手段と、前記第１の光フィルタからの選択光と前記第１の光フィルタにより選択されなかった非選択光とを分離する光分離手段とを有し、
前記波長可変レーザは、さらに前記波長可変レーザからの光出力をモニタする第１の光検出器と、
前記分離手段により分離された前記第１の光フィルタの非選択光をモニタする第２の光検出器と、
前記第１の光フィルタの選択波長および前記位相制御手段を制御する制御系とを有し、
前記制御系は、第１の光検出器と第２の光検出器からの信号の比を最大にするように、前記第１の光フィルタの選択波長を制御することを特徴とする波長可変レーザ。
（付記２）前記制御系は、前記第１の光フィルタとは独立に、前記波長可変レーザの出力が最大になるように前記位相制御手段を制御することを特徴とする付記１記載の波長可変レーザ。

（付記3）前記第１の光フィルタは、基板上に設けた電極にＲＦ信号を印加することにより光導波路に弾性表面波を発生させ、ＲＦ信号に対応した波長の光を前記選択光として第１の光導波路に選択的に出力し、それ以外の波長の光を前記非選択光として別の第２の光導波路に出力する音響光学波長可変フィルタよりなることを特徴とする付記１または２記載の波長可変レーザ。

（付記４）前記第２の光検出器は、前記第２の光導波路の出射口に設けられていることを特徴とする付記３記載の波長可変レーザ。

（付記５）前記第２の光フィルタは、エタロンよりなることを特徴とする付記１〜４のうち、いずれか一項記載の波長可変レーザ。

（付記６）前記第１の光フィルタは、半導体基板上において相互の積層された導波路と回折格子とを含み、前記入射光のうち前記回折格子の周期に対応した波長の光のみを前記選択光として選択的に一の光導波路から他の光導波路に移動させ、その他の波長の光は非選択光として元の伝播していた導波路にそのまま伝播させ、電流注入により選択する波長を変化させる波長可変フィルタよりなることを特徴とする付記１〜５のうち、いずれか一項記載の波長可変レーザ。

（付記７）前記第２の光フィルタは、回折格子の周期を光軸方向に周期的に変調した分布反射鏡よりなることを特徴とする付記１〜６のうち、いずれか一項記載の波長可変レーザ。

（付記８）前記第１の光フィルタと、前記第２の光フィルタと、前記利得媒質と、前記位相制御手段とは、同一の基板上に集積されており、さらに前記基板上には前記選択光が伝搬する第１の光導波路と前記非選択光が伝搬する第２の光導波路が形成されており、前記第２の光検出器は、前記基板上に、前記第２の光導波路に結合して集積化されているフォトダイオードよりなることを特徴とする付記１〜７のうち、いずれか一項記載の波長可変レーザ。

（付記９）前記位相制御手段は、前記利得媒質に対して、その光軸上に集積化されていることを特徴とする付記１〜１０のうち、いずれか一項記載の波長可変レーザ。

（付記１０）前記利得制御手段は、前記利得媒質の光軸に整合した光導波路と、前記光導波路にキャリアを注入する電極とを備えたことを特徴とする付記９記載の波長可変レーザ。

（付記１１）前記利得制御手段は、前記利得媒質の光軸に整合した光導波路と、前記光導波路に電界を印加する電極とを備えたことを特徴とする付記９記載の波長可変レーザ。

（付記１２）前記利得制御手段は、前記利得媒質の光軸に整合した光導波路と、前記光導波路の温度を制御する温度制御手段とを備えたことを特徴とする付記９記載の波長可変レーザ。

（付記１３）前記第１の光フィルタは、基板上に形成された光導波路を含み前記選択光を一の導波路に伝搬させ、前記非選択光を他の導波路に伝搬させる波長可変フィルタよりなり、また前記第２の光検出器は、前記非選択光が伝搬する前記他の導波路の出射光を検出するように配置され、前記出射光をモニタすることを特徴とする付記１〜１２のうち、いずれか一項記載の波長可変レーザ。

（付記１４）前記第１の光フィルタは、前記選択光を反射し前記非選択光を透過する反射型波長可変フィルタよりなり、前記第２の光検出器は前記第１の光フィルタの透過光を検出するように配置され、前記透過光をモニタすることを特徴とする付記１〜１２のうち、いずれか一項記載の波長可変レーザ。

（付記１５）前記第２の光導波路は、前記基板の端面に対して斜めの角度で延在することを特徴とする付記３〜１４のうち、いずれか一項記載の波長可変レーザ。

（付記１６）前記第２の光導波路は前記第１の光導波路に平行に延在し、前記基板には、前記第２の光導波路に斜めに交差する端面が形成されていることを特徴とする付記３〜１５のうち、いずれか一項記載の波長可変レーザ。

（付記１7）基板と、
前記基板上に、光軸方向に延在するように形成された第１の光導波路と、
前記第１の光導波路上に、前記第１の光導波路に沿って、前記第１の光導波路に光学的に結合して形成された第２の光導波路と、
前記基板上に形成され、前記第２の光導波路の一端に集積化して形成された活性層と、前記活性層に駆動電流を注入する第１の電極とを備えた半導体光増幅器と、
前記基板上に形成され、前記第２の光導波路の他端に集積化して形成された活性層と、前記活性層に駆動電界を印加する第２の電極とを備えた第１のフォトディテクタと、
前記基板上、前記半導体光増幅器と前記第１のフォトディテクタとの間に形成され、前記第１および第２の光導波路に沿って所定の周期で形成された第１の回折格子と、前記第１の回折格子部の導波路にキャリアを注入する第３の電極とを備えた波長可変フィルタと、
前記基板上、前記半導体光増幅器と前記第１のフォトディテクタとの間に形成され、前記第１および第２の光導波路に沿って周期的に変調されたピッチを有する第２の回折格子を含み、複数の特性波長を含むくし型特性を有するくし型光フィルタと、
前記基板上、前記半導体光増幅器と前記第１のフォトディテクタとの間に形成され、前記第１および第２の光導波路に屈折率変化を誘起する第４の電極を備えた位相制御領域と、
前記第１の光導波路から出力されるレーザ光の強度を検出する第２のフォトディテクタと、
前記波長可変フィルタの選択波長および前記位相制御領域を制御する制御系とを含み、
前記制御系は、前記第１のフォトディテクタの出力と前記１のフォトディテクタの出力との比が最大になるように前記波長可変フィルタを制御することを特徴とする波長可変レーザ。

従来の波長可変レーザの構成を示す図である。図１の波長可変レーザにおける縦モードと様々な光フィルタの特性を示す図である。従来の別の波長可変レーザの構成を示す図である。（Ａ），（Ｂ）は、本発明の原理を説明する図である。（Ａ），（Ｂ）は、本発明の原理を説明する別の図である。本発明の原理を説明するさらに別の図である。本発明の第１実施例による波長可変レーザの構成を示す図である。図７の波長可変レーザの動作を説明する図である。図７の波長可変レーザにおける波長可変動作を説明するフローチャートである。本発明の第２実施例による波長可変レーザの構成を示す図である。図１０の波長可変レーザで使われる位相制御領域が集積化された半導体光増幅器の構成を示す平面図である。図１０の波長可変レーザで使われる、位相制御領域が集積化された半導体光増幅器の構成を示す断面図である。本発明第３実施例による、位相制御領域が集積化された半導体光増幅器の構成を示す断面図である。本発明第４実施例による、位相制御領域が集積化された半導体光増幅器の構成を示す断面図である。本発明第５実施例による波長可変レーザの構成を示す図である。本発明の第６実施例による波長可変レーザの構成を示す図である。本発明第７実施例による波長可変レーザの構成を示す図である。本発明第８実施例による波長可変レーザの構成を示す図である。

符号の説明

１０，２０，４０，８０，１００，１００Ａ，１００Ｂ波長可変レーザ
１１，２２，４１光共振器
１１Ａ，１１Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ，４１Ａ，４１Ｂミラー
１２Ａ，２２Ａ波長可変フィルタ
１２Ｂ，４２Ｂくし型光フィルタ
１２Ｃ，４２Ｃ利得媒質
１３，２３Ａ，２３Ｂ，４３Ａ，４３Ｂ光検出器
１４，２４制御系
２２Ｄ分離手段
４０Ａ強誘電体基板
４０Ｂ基板斜辺
４２ａ₁，４２ａ₂，４２ｂ₁，４２ｂ₂，５１Ａ光導波路
４１ＡＲ反射防止膜
４２Ｂエタロン
４２ｂコリメートレンズ
４２Ｃ，６２Ｃ，７２Ｃ半導体光増幅器
４２Ｃｂ₁，４２Ｃｂ₂ＳＡＷガイド
４２ｐ₁，４２ｐ₂，４２ｐ₃偏光ビームスプリッタ
５２ＡＭＱＷ活性層
５２Ｂ導波路層
５４Ａ，５４Ｂコンタクト層
５５Ａ，５５Ｂ電極
６２ＢＭＱＷ層
７５Ｂヒータ
８０Ａ利得領域
８０ＢＧＡＣ領域
８０ｂ回折格子
８０Ｃ位相制御領域
８０ＤＳＳＧ領域
８０ｄ回折格子
８０ＥＰＤ領域
８１半導体基板
８２，８６ＩｎＰクラッド層
８３，８５光導波路層
８４ＩｎＰ中間層
８５Ａ，８５ＥＭＱＷ活性層
８７ＩｎＧａＡｓＰ層
８８Ａ〜８８Ｅ電極
１０１反射防止膜

Claims

光共振器と、前記光共振器中に設けられ、入射光から所望の波長の選択光を選択する、波長が可変な第１の光フィルタと、前記光共振器中に設けられ、複数の特性波長よりなるくし型特性を有する第２の光フィルタと、前記光共振器中に設けられた利得媒質とを含み、前記第２の光フィルタの前記複数の特性波長のうち、前記第１の光フィルタで選択した一つの波長で発振する波長可変レーザにおいて、
前記波長可変レーザは、さらに前記光共振器中に、光位相を制御する位相制御手段と、前記第１の光フィルタからの選択光と前記第１の光フィルタにより選択されなかった非選択光とを分離する光分離手段とを有し、
前記波長可変レーザは、さらに前記波長可変レーザからの光出力をモニタする第１の光検出器と、
前記分離手段により分離された前記第１の光フィルタの非選択光をモニタする第２の光検出器と、
前記第１の光フィルタの選択波長および前記位相制御手段を制御する制御系とを有し、
前記制御系は、第１の光検出器と第２の光検出器からの信号の比を最大にするように、前記第１の光フィルタの選択波長を制御することを特徴とする波長可変レーザ。
前記位相制御手段は、前記利得媒質に対して、その光軸上に集積化されていることを特徴とする請求項１記載の波長可変レーザ。
前記第１の光フィルタは、基板上に形成された光導波路を含み前記選択光を一の導波路に伝搬させ、前記非選択光を他の導波路に伝搬させる波長可変フィルタよりなり、また前記第２の光検出器は、前記非選択光が伝搬する前記他の導波路の出射光を検出するように配置され、前記出射光をモニタすることを特徴とする請求項１または２記載の波長可変レーザ。
前記第１の光フィルタは、前記選択光を反射し前記非選択光を透過する反射型波長可変フィルタよりなり、前記第２の光検出器は前記第１の光フィルタの透過光を検出するように配置され、前記透過光をモニタすることを特徴とする請求項１または２記載の波長可変レーザ。
基板と、
前記基板上に、光軸方向に延在するように形成された第１の光導波路と、
前記第１の光導波路上に、前記第１の光導波路に沿って、前記第１の光導波路に光学的に結合して形成された第２の光導波路と、
前記基板上に形成され、前記第２の光導波路の一端に集積化して形成された活性層と、前記活性層に駆動電流を注入する第１の電極とを備えた半導体光増幅器と、
前記基板上に形成され、前記第２の光導波路の他端に集積化して形成された活性層と、前記活性層に駆動電界を印加する第２の電極とを備えた第１のフォトディテクタと、
前記基板上、前記半導体光増幅器と前記第１のフォトディテクタとの間に形成され、前記第１および第２の光導波路に沿って所定の周期で形成された第１の回折格子と、前記第１の回折格子部の導波路にキャリアを注入する第３の電極とを備えた波長可変フィルタと、
前記基板上、前記半導体光増幅器と前記第１のフォトディテクタとの間に形成され、前記第１および第２の光導波路に沿って周期的に変調されたピッチを有する第２の回折格子を含み、複数の特性波長を含むくし型特性を有するくし型光フィルタと、
前記基板上、前記半導体光増幅器と前記第１のフォトディテクタとの間に形成され、前記第１および第２の光導波路に屈折率変化を誘起する第４の電極を備えた位相制御領域と、
前記第１の光導波路から出力されるレーザ光の強度を検出する第２のフォトディテクタと、
前記波長可変フィルタの選択波長および前記位相制御領域を制御する制御系とを含み、
前記制御系は、前記第１のフォトディテクタの出力と前記１のフォトディテクタの出力との比が最大になるように前記波長可変フィルタを制御することを特徴とする波長可変レーザ。