JP5609135B2 - Tunable laser light source - Google Patents
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Description
本発明は、光通信、光情報処理及び光インターコネクション等に用いられる光源であり、特に波長可変機能を有する波長可変レーザ光源に関するものである。 The present invention relates to a light source used for optical communication, optical information processing, optical interconnection, and the like, and more particularly to a wavelength tunable laser light source having a wavelength tunable function.
近年、インターネットのトラフィックは急速に増加しており、これに対応すべく通信容量拡大の技術も進展している。波長分割多重通信(WDM:Wavelength Division Multiplexing)は、波長数を増やすことにより大容量化を行うものであるが、ROADM(Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexing)、波長ルーティングによる光クロスコネクト等の進展とあいまって、より柔軟性に優れた通信容量の拡大が活発に検討されている。これは、波長資源を単に容量拡大のみに使用するのではなく、ネットワーク機能の向上にも積極的に利用していくものである。通信容量の拡大と通信方式の高機能化は、相互に関連して、低コストで安全性の高い通信サービスの提供を可能にするものである。波長可変レーザは、このような通信システムを構築する上で重要なキーデバイスの一つである。 In recent years, Internet traffic has increased rapidly, and technology for expanding communication capacity has also been developed in response to this. Wavelength division multiplexing (WDM) increases the capacity by increasing the number of wavelengths. However, the progress of optical cross-connect by ROADM (Reconfigurable Optical Add / Drop Multiplexing), wavelength routing, etc. Therefore, expansion of communication capacity with more flexibility is being actively studied. In this method, wavelength resources are not only used for capacity expansion, but are also actively used for improving network functions. The expansion of the communication capacity and the enhancement of the functions of the communication system enable the provision of a low-cost and highly secure communication service in relation to each other. A tunable laser is one of the key devices important in constructing such a communication system.
従来の波長分割多重システムでは、一定の波長間隔を有する複数の固定波長光源を並べて対応しており、特に保守管理用バックアップ光源(波長数分)のコストは、システムの低コスト化を阻害する大きな要因となっていた。波長可変光源の適用により、光源の種類を一つに統合することができるので、システムコストの低減が大きく進展することになる。また、切り替え速度の速い波長可変光源は、波長ルーティングにおいても新しいネットワーク機能の実現に必要不可欠な要素となっている。 In conventional wavelength division multiplexing systems, a plurality of fixed wavelength light sources having a fixed wavelength interval are arranged side by side, and the cost of maintenance management backup light sources (for the number of wavelengths) is particularly large, which hinders cost reduction of the system. It was a factor. By applying the wavelength tunable light source, the types of the light sources can be integrated into one, so that the reduction of the system cost is greatly advanced. In addition, a wavelength tunable light source having a high switching speed is an indispensable element for realizing a new network function even in wavelength routing.
C(Conventional)帯域またはL(Long)帯域をカバーできる波長可変光源には、可動MEMSミラーを用いたものが、Jill D.Berger等により、非特許文献1に発表されている。非特許文献1の波長可変光源は、比較的良好な光出力特性を示しているものの、製作コストや耐衝撃性の点でその実用性が懸念されている。また、DBRレーザのモード安定性を高めて、更に変調器と集積化したものがB.Mason等により、非特許文献2に報告されているが、低コスト化や信頼性の点で課題がある。
As a wavelength tunable light source capable of covering the C (conventional) band or the L (long) band, a movable MEMS mirror is used. Non-Patent Document 1 is published by Berger et al. Although the wavelength tunable light source of Non-Patent Document 1 shows relatively good light output characteristics, there are concerns about its practicality in terms of manufacturing cost and impact resistance. A DBR laser with improved mode stability and further integrated with a modulator is shown in FIG. Although reported in
一方、平面光回路(PLC)を外部共振器として用いた波長可変光源では、製作が比較的容易でMEMSのように可動部を持たない。そのため、製作歩留まり、信頼性(特に耐振動性)の点で優れており、量産性に適していると考えられ、現在のところ幾つかの構成が提案されている。リング型外部共振器と半導体増幅器を用いた構成としては、H.Yamazaki等により、非特許文献3において報告されている。非特許文献3の報告によれば、可動部をもたない波長可変光源としては、良好な特性が得られている。
On the other hand, a tunable light source using a planar optical circuit (PLC) as an external resonator is relatively easy to manufacture and does not have a movable part like MEMS. Therefore, it is excellent in terms of production yield and reliability (particularly vibration resistance) and is considered suitable for mass production, and several configurations have been proposed at present. As a configuration using a ring-type external resonator and a semiconductor amplifier, H.K. Reported in Non-Patent
光通信における高密度波長多重伝送方式(DWDM:Dense WDM)では、通信波長帯を主にC帯域とL帯域に分け、それぞれ、およそ40nm程度の波長範囲に多くの波長信号光を割り当てている。現在では、多くの波長可変レーザが40nmの波長範囲を基準に開発が進んでいる。しかし、C,L両帯域を一つの光源でカバーできる波長可変範囲80nm以上の波長可変レーザは殆どない。 In a high-density wavelength division multiplexing (DWDM) system for optical communication, a communication wavelength band is mainly divided into a C band and an L band, and a large number of wavelength signal lights are assigned to a wavelength range of about 40 nm. Currently, many tunable lasers are being developed based on a wavelength range of 40 nm. However, there are few wavelength tunable lasers having a wavelength tunable range of 80 nm or more that can cover both C and L bands with a single light source.
ところで、リング型光共振器を用いた波長可変光源では、リング導波路と直線光導波路を光学結合する方向性結合器の結合度に波長依存性があるために、光共振器全体の波長共振スペクトルの形状に歪みが生じるという問題がある。この歪みは、安定な単一モード発振を阻害し波長可変範囲を狭める要因となっている。この問題を解決することにより、良好な波長共振スペクトルに改善し、波長可変範囲を拡大することが可能となる。この波長共振スペクトルの歪みを改善する新たな構造を提案し、C,L両帯域を一つの光源でカバーできる波長可変レーザ光源を提供することが望まれている。 By the way, in a wavelength tunable light source using a ring type optical resonator, since the degree of coupling of the directional coupler that optically couples the ring waveguide and the linear optical waveguide is wavelength-dependent, the wavelength resonance spectrum of the entire optical resonator. There is a problem that distortion occurs in the shape. This distortion is a factor that inhibits stable single mode oscillation and narrows the wavelength variable range. By solving this problem, it is possible to improve the wavelength resonance spectrum and expand the wavelength variable range. It has been desired to propose a new structure for improving the distortion of the wavelength resonance spectrum and to provide a wavelength tunable laser light source capable of covering both the C and L bands with a single light source.
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、波長可変範囲の広帯域化を実現することが可能な波長可変レーザ光源を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a wavelength tunable laser light source capable of realizing a wide wavelength tunable range.
本発明にかかる波長可変レーザ光源は、透過光強度の波長スペクトルピークを移動させることのできる複数の波長可変共振フィルターを含む波長可変共振器と、前記波長可変共振器と光学的に接続された光増幅器と、前記波長可変共振器に含まれる複数の前記波長可変共振フィルターの透過ピークが一致した波長でレーザ発振し、かつ、前記透過ピーク波長を外部制御によりチューニングできる機構と、を備え、前記波長可変共振器は、前記波長可変共振フィルターを少なくとも2つ有し、2つの前記波長可変共振フィルターは、共振の強さの波長依存性が互いに逆方向で相補的に働くように構成されていることを特徴するものである。 A wavelength tunable laser light source according to the present invention includes a wavelength tunable resonator including a plurality of wavelength tunable resonance filters capable of moving a wavelength spectrum peak of transmitted light intensity, and light optically connected to the wavelength tunable resonator. A laser that oscillates at a wavelength at which the transmission peaks of the plurality of wavelength tunable resonance filters included in the wavelength tunable resonator coincide with each other, and that allows the transmission peak wavelength to be tuned by external control; and The variable resonator has at least two of the wavelength tunable resonance filters, and the two wavelength tunable resonance filters are configured such that the wavelength dependency of the resonance intensity works complementarily in opposite directions. It is a characteristic.
本発明によれば、波長可変範囲の広帯域化を実現することが可能な波長可変レーザ光源を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the wavelength variable laser light source which can implement | achieve the broadband of a wavelength variable range can be provided.
本発明の波長可変レーザ光源は、透過光強度の波長スペクトルピークを移動させることのできる2つの波長可変共振フィルターと、光増幅器とを備えている。そして、波長可変レーザ光源は、2つの波長可変共振フィルターの透過ピークが一致した波長でレーザ発振し、かつ、透過ピーク波長を外部制御によりチューニングできる機構を有している。2つの波長可変共振フィルターは、共振の強さ(Q値=波長/スペクトル半値全幅)の波長依存性が互いに逆方向で相補的に働くように設定されており、これによって、波長可変共振器全体として共振強さの波長依存性が小さくなるように構成されている。 The wavelength tunable laser light source of the present invention includes two wavelength tunable resonance filters that can move the wavelength spectrum peak of transmitted light intensity, and an optical amplifier. The wavelength tunable laser light source has a mechanism that oscillates at a wavelength at which the transmission peaks of the two wavelength tunable resonance filters coincide with each other and can tune the transmission peak wavelength by external control. The two wavelength tunable resonance filters are set so that the wavelength dependency of the resonance strength (Q value = wavelength / full width at half maximum of spectrum) works complementarily in the opposite direction. As shown, the wavelength dependence of the resonance strength is reduced.
具体的には、2つの波長可変共振フィルターは、リング状の光導波路と、それに近接配置された直線状の導波路からなる平面光回路で構成された、2つのリング型光共振器である。ここで、一方のリング型光共振器(第1のリング型光共振器)を構成する、直線状光導波路とリング状光導波路からなる方向性結合器の結合定数および結合器長をそれぞれK1、L1とする。そして、他方のリング型光共振器(第2のリング型光共振器)を構成する、直線状光導波路とリング状光導波路からなる方向性結合器の結合定数および結合器長をそれぞれK2、L2とする。このとき、K1、K2、L1、L2の間に、次の(1)式が成り立つように設定されていることを特徴としている。
K2×L2−K1×L1=π×(2n+1) ・・・(1)
(ただし、n=0、1、2、3・・・・)
Specifically, the two wavelength tunable resonance filters are two ring optical resonators configured by a planar optical circuit composed of a ring-shaped optical waveguide and a linear waveguide arranged close to the ring-shaped optical waveguide. Here, the coupling constant and the coupler length of a directional coupler comprising one of the ring-type optical resonators (first ring-type optical resonator) and comprising a linear optical waveguide and a ring-shaped optical waveguide are respectively represented by K 1. , and L 1. The coupling constant and the coupler length of the directional coupler comprising the linear optical waveguide and the ring optical waveguide constituting the other ring optical resonator (second ring optical resonator) are respectively represented by K 2 , and L 2. At this time, it is characterized in that the following equation (1) is set between K 1 , K 2 , L 1 , and L 2 .
K 2 × L 2 -K 1 × L 1 = π × (2n + 1) ··· (1)
(However, n = 0, 1, 2, 3, ...)
本発明の波長可変レーザ光源は、出力するレーザ光の発振波長を電気的な駆動制御により変化させることが出来る光源である。通常、レーザ光源は利得媒質と共振器から構成されている。特に、波長可変レーザ光源においては、共振器の共振波長を外部制御によりチューニングすることによって発振波長を変化させる場合が一般的である。波長可変範囲を増大させるため、共振周期の異なる複数の共振器を組み合わせることにより、共振器全体の共振スペクトルのエンベロープにおけるピーク波長間隔を拡大する手法がよく使われている。 The wavelength tunable laser light source of the present invention is a light source that can change the oscillation wavelength of laser light to be output by electrical drive control. Usually, the laser light source is composed of a gain medium and a resonator. In particular, in a tunable laser light source, the oscillation wavelength is generally changed by tuning the resonance wavelength of the resonator by external control. In order to increase the wavelength tunable range, a method of expanding the peak wavelength interval in the envelope of the resonance spectrum of the entire resonator by combining a plurality of resonators having different resonance periods is often used.
しかしながら、個々の共振器の共振強さ(例えば、共振スペクトルピーク形状の半値幅)には波長依存性が存在する。そのため、共振器を複合させることにより共振強さの波長依存性も増大することになるが、広い波長範囲にわたって発振波長の制御を行うには、一定の波長間隔で均一な共振ピーク値を有する共振器を利用することが望ましい。本発明では、複数の共振器の共振強さの波長依存性が互いに補完し合って、全体として波長依存性の少ない共振器を形成できるように、互いに反対方向の波長依存性を持つ共振器が組み合わされている。これにより、広い波長範囲にわたって、安定な発振波長の制御が可能になる。 However, there is a wavelength dependency in the resonance strength of each resonator (for example, the half-value width of the resonance spectrum peak shape). Therefore, combining the resonators increases the wavelength dependence of the resonance intensity, but in order to control the oscillation wavelength over a wide wavelength range, the resonance having a uniform resonance peak value at a constant wavelength interval. It is desirable to use a vessel. In the present invention, the resonators having wavelength dependence in opposite directions are formed so that the wavelength dependence of the resonance strengths of the plurality of resonators complement each other to form a resonator with less wavelength dependence as a whole. It is combined. Thereby, stable oscillation wavelength control is possible over a wide wavelength range.
このように、本発明の波長可変レーザ光源は、特に、波長可変範囲の広帯域化と発振波長の安定性に優れた性質を有するものである。本発明の波長可変レーザ光源は、波長可変機構を担う光共振器の共振波長スペクトルの周期形状が広い波長に渡って均一であることから、広帯域の波長可変動作を安定に行うことができる。 As described above, the wavelength tunable laser light source of the present invention has particularly excellent properties in widening the wavelength variable range and stability of the oscillation wavelength. In the wavelength tunable laser light source of the present invention, the periodic shape of the resonance wavelength spectrum of the optical resonator serving as the wavelength tunable mechanism is uniform over a wide wavelength, and therefore, a wide wavelength tunable operation can be stably performed.
そのため、例えばシリコン細線型光導波路のような波長依存性の大きな光導波特性を有する光回路に対して、特に顕著な効果を期待することができる。すなわち、波長可変範囲を犠牲にすることなく、シリコン導波路の特徴である光共振回路の小型化が可能であり、コンパクトな波長可変光源が実現できる。また、波長可変範囲を犠牲にすることなく、シリコン材料の特徴である高い熱光学効果を利用することにより波長可変動作の省電力化が実現できる。さらに、本発明の波長可変レーザ光源は、波長可変機構を担う光共振器の共振スペクトルが広い波長範囲にわたって均一な周期特性を有していることから、共振周期特性の歪を考慮した複雑な波長制御が不要である。従って、制御回路やソフトウエアー等のコストを低減できる。 Therefore, a particularly remarkable effect can be expected for an optical circuit having an optical waveguide characteristic having a large wavelength dependency, such as a silicon fine wire type optical waveguide. That is, the optical resonant circuit, which is a feature of the silicon waveguide, can be downsized without sacrificing the wavelength tunable range, and a compact wavelength tunable light source can be realized. Further, power consumption of the wavelength variable operation can be realized by using the high thermo-optic effect that is a feature of the silicon material without sacrificing the wavelength variable range. Furthermore, the wavelength tunable laser light source of the present invention has a uniform wavelength characteristic over a wide wavelength range because the resonance spectrum of the optical resonator responsible for the wavelength tunable mechanism has a complex wavelength considering the distortion of the resonance period characteristic. No control is required. Therefore, the cost of the control circuit and software can be reduced.
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。また、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略されている。尚、各図において同一の符号を付されたものは同様の要素を示しており、適宜、説明が省略されている。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments. For the sake of clarification, duplicate explanation is omitted as necessary. In addition, what attached | subjected the same code | symbol in each figure has shown the same element, and description is abbreviate | omitted suitably.
実施の形態1.
本発明の第1の実施の形態に係る波長可変レーザ光源の構成について、図1を参照して詳細に説明する。図1は、実施の形態1に係る波長可変レーザ光源の概略構成を示す模式図である。
Embodiment 1 FIG.
The configuration of the wavelength tunable laser light source according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a wavelength tunable laser light source according to the first embodiment.
図1において、本実施の形態の波長可変レーザ光源は、SOI(Silicon on insulator)基板1に、シリコン層をコア層とし、その上部のシリコン酸化膜をクラッド層とする平面光回路による波長可変共振器100と、半導体光増幅器10とがハイブリット実装された構成を有している。以下にその詳細を述べる。
In FIG. 1, the wavelength tunable laser light source of this embodiment is a wavelength tunable resonance using a planar optical circuit in which a silicon layer is a core layer and an upper silicon oxide film is a cladding layer on an SOI (Silicon on Insulator) substrate 1. The
具体的には、SOI基板1には、第1のリング型光共振器110と第2のリング型光共振器120とを含む波長可変共振器100が形成されている。第1のリング型光共振器110は、リング状光導波路12と、このリング状光導波路12に光学的に結合するように近接配置された直線状光導波路14、5とからなる。そして、リング状光導波路12の一部と直線状光導波路14の一部とによって方向性結合器4が構成されている。また、リング状光導波路12の一部と直線状光導波路5の一部とによって方向性結合器4が構成されている。
Specifically, a
一方、第2のリング型光共振器120は、リング状光導波路13と、このリング状光導波路13に光学的に結合するように近接配置された直線状光導波路15、5とからなる。そして、リング状光導波路13の一部と直線状光導波路15の一部とによって方向性結合器8が構成されている。また、リング状光導波路13の一部と直線状光導波路5の一部とによって方向性結合器8が構成されている。
On the other hand, the second ring-type
第1のリング型光共振器110と第2のリング型光共振器120とは、直線状光導波路5により光学的に接続されている。また、2つの直線状光導波路14、15は、1つの入力ポート端と2つの出力ポート端とを有する1×2のMMI(Multimode interferometer)構造の合分波器9により、1本の光導波路16に光学的に結合されている。この光導波路16は、ハイブリット実装された光増幅器10の一方の入出力端と光学的に接続されている。そして、光増幅器10の他方の入出力端には、適切な反射率のミラーが光学薄膜(ミラー用端面反射膜11)を施すことにより形成されている。
The first ring type
また、第1のリング型光共振器110と第2のリング型光共振器120を構成するリング状光導波路12、13の上部には、導波路の実効屈折率を熱光学効果により変化させるためのヒーター3、7がそれぞれ配置された構成となっている。なお、ここではリング状光導波路12、13近傍にヒーターを設けたが、導波路の実効屈折率を変化させて波長特性をチューニングするための電極構造であれば、ヒーター以外のものを用いてもよい。
In addition, the effective refractive index of the waveguide is changed by the thermo-optic effect above the ring-shaped
ここで、第1のリング型光共振器110を構成する方向性結合器4と、第2のリング型光共振器120を構成する方向性結合器8について、図2を用いて詳細に説明する。図2は、実施の形態1に係る方向性結合器の導波路構造の特徴を示す平面模式図である。図2において、左側には第1のリング型光共振器110を構成する方向性結合器4の結合器部の構造の概略を示し、右側には第2のリング型光共振器120を構成する方向性結合器8の結合器部の構造の概略を示す。
Here, the directional coupler 4 constituting the first ring
本実施の形態では、第1のリング型光共振器110を構成する方向性結合器4と第2のリング型光共振器120を構成する方向性結合器8は、図2に示すように、結合器部の結合定数κが等しくなるように形成されているが、結合器の長さの差がπ/κとなるように設定されている。すなわち、方向性結合器4の長さL1と方向性結合器8の長さL2とが、L2−L1=π/κの関係式を満たすように設定されている。なお、この関係式は、(1)式において、K1=K2=κ、n=0としたときに得られるものである。詳細については後述するが、このように方向性結合器4、8がそれぞれ異なるように構成されていることにより、共振強さの波長依存性を抑制することが可能となる。
In the present embodiment, the directional coupler 4 constituting the first ring
続いて、本実施の形態に係る波長可変レーザ光源の動作機構について説明する。半導体光増幅器10に電流注入することにより発生する誘導放出光は、光導波路16を伝播して合分波器9により直線状光導波路14、15の2方向に分波された後に、それぞれ第1のリング型光共振器110および第2のリング型光共振器120へ導波される。第1のリング型光共振器110と第2のリング型光共振器120のそれぞれの共振器に共通に共振する波長成分のみが直線状光導波路5を互いに逆向きに伝播した後に、再び合分波器9で合波されて、光導波路16を導波する。そして、半導体光増幅器10に再帰し、端面ミラー(ミラー用端面反射膜11)により反射されて、前記同様の往復導波を繰り返す。これにより、レーザ発振が生じ、半導体光増幅器10の一端から出力光が得られることになる。
Subsequently, an operation mechanism of the wavelength tunable laser light source according to the present embodiment will be described. Stimulated emission light generated by injecting current into the semiconductor
また、第1のリング型光共振器110及び第2のリング型光共振器120の共振波長は、ヒーター3、7による導波路加熱により変化させることができるので、これによってレーザの発振波長をチューニングすることが可能となる。
In addition, the resonance wavelengths of the first ring-type
ここで、本発明の特徴である共振強さの波長依存性を抑制する機構について詳細に説明する。まず、第1のリング型光共振器110の共振強さと波長の関係について、図3及び図4を用いて説明する。図3は、実施の形態1に係る第1のリング型光共振器における共振強さと波長の関係を説明するための図である。図4は、実施の形態1に係る第1のリング型光共振器の方向性結合器の分岐特性を説明するための図である。なお、図3は、第1のリング型光共振器110において、直線状光導波路14から入力された光波がリング状光導波路12を伝搬して直線状光導波路5へ出力される場合の共振波長スペクトルを示している。
Here, the mechanism for suppressing the wavelength dependence of the resonance intensity, which is a feature of the present invention, will be described in detail. First, the relationship between the resonance intensity and the wavelength of the first ring-type
図3から明らかなように、第1のリング型光共振器110においては、波長が長くなるに従い共振の強さが低下し、周期的なスペクトル形状の急峻さが低下していることがわかる。これは、図4に示すように、第1のリング型光共振器110を構成する方向性結合器4の結合分岐比(P/P0)が波長に対して増加するためである。その主要因は、Siコア層への光波の閉じ込めが弱くなり、隣接するSiコア層への結合が増すことによる。
As can be seen from FIG. 3, in the first ring
一方、第2のリング型光共振器120の共振強さと波長の関係について、図5及び図6を用いて説明する。図5は、実施の形態1に係る第2のリング型光共振器における共振強さと波長の関係を説明するための図である。図6は、実施の形態1に係る第2のリング型光共振器の方向性結合器の分岐特性を説明するための図である。なお、図5は第2のリング型光共振器120において、直線状光導波路15から入力された光波がリング状光導波路13を伝搬して直線状光導波路5へ出力される場合の共振波長スペクトルを示している。
On the other hand, the relationship between the resonance intensity and the wavelength of the second ring
図5から明らかなように、第2のリング型光共振器120においては、波長が長くなるに従い共振の強さが増加し、周期的なスペクトル形状の急峻さが増していることがわかる。これは、図6に示すように、第2のリング型光共振器120を構成する方向性結合器8の結合分岐比(P/P0)が波長に対して低下するためである。すなわち、第2のリング型光共振器120では、方向性結合器8の結合器の長さを完全結合長よりも長く設定しているために、結合分岐比が波長に対して第1のリング型光共振器110の場合とは逆の振る舞いをすることによる。
As can be seen from FIG. 5, in the second ring
ここで、上記のように構成された第1のリング型光共振器110と第2のリング型光共振器120とを伝搬して再び光導波路16に戻る反射光の波長スペクトルを図7に示す。図7は、実施の形態1に係る波長可変共振器全体の反射強度の波長スペクトルを示すグラフである。図7から明らかなように、波長可変共振器100全体としては、波長に対して傾斜のないスペクトルのエンベロープが得られていることがわかる。
Here, FIG. 7 shows the wavelength spectrum of the reflected light that propagates through the first ring-type
一方、従来のように、第2のリング型光共振器120を第1のリング型光共振器110と同じ構成とした場合の波長可変レーザ光源において、光導波路16に戻る反射光の波長スペクトルを図8に示す。図8は、従来の波長可変レーザ光源における波長可変共振器全体の反射強度の波長スペクトルを示すグラフである。図8に示すように、従来の構成では、光導波路16に戻る反射光の波長スペクトルのエンベロープが波長に対して大きく傾斜し、波長可変範囲を狭めると共に安定発振を阻害する要因となる。この問題は、本実施の形態で示したように、2つの共振器に非対称性をもたせることにより解決できる。
On the other hand, the wavelength spectrum of the reflected light returning to the
以上のように、本実施の形態では、第1のリング型光共振器110の方向性結合器4と第2のリング型光共振器120の方向性結合器8について、一方が波長に対して光学結合度が増加し、他方が波長に対して光学結合度が減少するように、方向性結合器4、8の結合器長をそれぞれ異ならせている。これにより、波長可変共振器100全体において、共振波長スペクトルの周期形状を広い波長に渡って均一とすることができる。従って、本実施の形態の波長可変レーザ光源によれば、広帯域の波長可変動作を安定に行うことができる。
As described above, in the present embodiment, one of the directional coupler 4 of the first ring-type
実施の形態2.
本発明の第2の実施の形態に係る波長可変レーザ光源の構成について、図9を参照して説明する。図9は、実施の形態2に係る方向性結合器の導波路構造の特徴を示す平面模式図である。図9において、左側には第1のリング型光共振器110を構成する方向性結合器4の結合器部の構造の概略を示し、右側には第2のリング型光共振器120を構成する方向性結合器8の結合器部の構造の概略を示す。本実施の形態では、方向性結合器4、8の構成が実施の形態1と異なっているのみであり、それ以外の構成については実施の形態1と同様であるため説明を省略する。
The configuration of the wavelength tunable laser light source according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a schematic plan view showing the characteristics of the waveguide structure of the directional coupler according to the second embodiment. In FIG. 9, an outline of the structure of the coupler portion of the directional coupler 4 constituting the first ring type
実施の形態1では、方向性結合器4、8の長さを非対称にすることにより結合強さを相異させて、波長可変共振器100全体の波長スペクトルのエンベロープ傾斜を低減する例について説明をした。本実施の形態では、方向性結合器4、8の結合定数κを非対称にするにことにより結合強さを相異させて、波長可変共振器100全体の波長スペクトルのエンベロープ傾斜を低減する例について説明する。
In the first embodiment, an example will be described in which the coupling strengths are made different by making the lengths of the
本実施の形態では、第1のリング型光共振器110を構成する方向性結合器4と第2のリング型光共振器120を構成する方向性結合器8は、図9に示すように、方向性結合器部の長さが同一であるが、シリコンコア層の幅(導波路幅)が互いに異なるように設定されている。すなわち、方向性結合器4の結合定数κ1と方向性結合器8の結合定数κ2とが、κ2=κ1+π/Lの関係式を満たすように、方向性結合器4の導波路幅W1が方向性結合器4の導波路幅W2よりも幅広に設定されている。なお、この関係式は、(1)式において、L1=L2=L、n=0としたときに得られるものである。
In the present embodiment, the directional coupler 4 constituting the first ring
狭いコア層幅を有する方向性結合器では、完全結合をこえた状態での光学結合が生じており、他方の方向性結合器とは逆向きの波長依存性が生じている。これにより、実施の形態1と同様に、波長可変共振器100全体の波長スペクトルのエンベロープ傾斜を低減することが可能となっている。
In a directional coupler having a narrow core layer width, optical coupling occurs in a state exceeding the complete coupling, and wavelength dependence opposite to that of the other directional coupler occurs. As a result, as in the first embodiment, it is possible to reduce the envelope inclination of the wavelength spectrum of the entire
以上のように、本実施の形態では、第1のリング型光共振器110の方向性結合器4と第2のリング型光共振器120の方向性結合器8について、一方が波長に対して光学結合度が増加し、他方が波長に対して光学結合度が減少するように、方向性結合器4、8の導波路幅をそれぞれ異ならせている。これにより、波長可変共振器100全体において、共振波長スペクトルの周期形状を広い波長に渡って均一とすることができる。従って、本実施の形態の波長可変レーザ光源によれば、広帯域の波長可変動作を安定に行うことができる。
As described above, in the present embodiment, one of the directional coupler 4 of the first ring-type
実施の形態3.
本発明の第3の実施の形態に係る波長可変レーザ光源の構成について、図10を参照して説明する。図10は、実施の形態3に係る方向性結合器の導波路構造の特徴を示す平面模式図である。図10において、左側には第1のリング型光共振器110を構成する方向性結合器4の結合器部の構造の概略を示し、右側には第2のリング型光共振器120を構成する方向性結合器8の結合器部の構造の概略を示す。本実施の形態では、方向性結合器4、8の構成が実施の形態1、2と異なっているのみであり、それ以外の構成については実施の形態1、2と同様であるため説明を省略する。
A configuration of a wavelength tunable laser light source according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a schematic plan view illustrating the characteristics of the waveguide structure of the directional coupler according to the third embodiment. In FIG. 10, an outline of the structure of the coupler portion of the directional coupler 4 constituting the first ring type
実施の形態2では、波長可変共振器100全体の波長スペクトル形状を改善するために、方向性結合器4、8の導波路幅を相異させて結合定数κを非対称にしたが、本実施の形態では、導波路コア層を覆うクラッド層の屈折率を相異させて結合定数κを非対称とする例について説明する。
In the second embodiment, in order to improve the wavelength spectrum shape of the entire
本実施の形態では、第1のリング型光共振器110を構成する方向性結合器4と第2のリング型光共振器120を構成する方向性結合器8は、図10に示すように、方向性結合器部の長さと幅が同一であるが、シリコンコア層を覆うクラッド層の屈折率が互いに異なるように設定されている。すなわち、方向性結合器4の結合定数κ1と方向性結合器8の結合定数κ2とが、κ2=κ1+π/Lの関係式を満たすように、方向性結合器8では方向性結合器4と異なるクラッド層が形成されている。具体的には、シリコンコア層を覆うクラッド層として、方向性結合器4ではシリコン酸化膜、方向性結合器8ではポリマー樹脂がそれぞれ形成されている。
In the present embodiment, the directional coupler 4 constituting the first ring
ポリマー樹脂をクラッド層とする方向性結合器8では、導波路コア層とクラッド層の屈折率差が小さい為に光学結合が強くなっており、完全結合長をこえた状態での光学結合が生じている。この為、シリコン酸化膜をクラッド層とする方向性結合器4の光波分岐とは逆向きの波長依存性が生じるように設定されている。これにより、実施の形態1、2と同様に、波長可変共振器100全体の波長スペクトルのエンベロープ傾斜を低減することが可能となっている。
In the
以上のように、本実施の形態では、第1のリング型光共振器110の方向性結合器4と第2のリング型光共振器120の方向性結合器8について、一方が波長に対して光学結合度が増加し、他方が波長に対して光学結合度が減少するように、方向性結合器4、8の導波路コアを覆うクラッド層の屈折率をそれぞれ異ならせている。これにより、波長可変共振器100全体において、共振波長スペクトルの周期形状を広い波長に渡って均一とすることができる。従って、本実施の形態の波長可変レーザ光源によれば、広帯域の波長可変動作を安定に行うことができる。
As described above, in the present embodiment, one of the directional coupler 4 of the first ring-type
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記実施の形態では、波長可変共振器100が、第1のリング型光共振器110と第2のリング型光共振器120の2つの波長可変共振フィルターからなるとして説明をしたが、波長可変共振器100が含む波長可変共振フィルター数は2つに限らず3つ以上の複数でもよい。すなわち、波長可変共振器100は、共振の強さの波長依存性が互いに逆方向で相補的に働くように構成された波長可変共振フィルターを少なくとも2つ含んでいればよい。従って、例えば、3つの波長可変共振フィルターの透過スペクトルピークが一致する波長でレーザ発信が生じる機構を有する波長可変レーザ光源であって、そのうち2つの波長可変共振フィルターについて共振の強さの波長依存性が互いに逆方向で相補的に働くように構成されていてもよい。
もよい。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, the
Also good.
また、実施の形態1〜3では、リング型光導波路を構成する平面光回路が、SOI基板1上に形成されたシリコン層をコア層とする光回路であるとして例示的に説明をしたが、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、又はシリコン窒酸化膜を主成分とするコア層を有する光導波路で構成されていてもよく、化合物半導体材料の光導波路で構成されていてもよい。 In the first to third embodiments, the planar optical circuit constituting the ring optical waveguide is described as an example of an optical circuit having a silicon layer formed on the SOI substrate 1 as a core layer. It may be composed of an optical waveguide having a core layer mainly composed of a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film, or may be composed of an optical waveguide of a compound semiconductor material.
さらに、実施の形態1〜3では、第1のリング型光共振器110と第2のリング型光共振器120の上部にそれぞれヒーターを設ける場合について例示的に説明したが、導波路の実効屈折率を変化させて波長特性をチューニングするための電極構造であれば、ヒーター以外のものを用いてもよい。例えば、第1のリング型光共振器110と第2のリング型光共振器120を構成する光導波路がPIN構造にドープされた構造を有していてもよい。そして、このPIN構造に電流注入または電圧印加することにより生じる電気光学効果により光導波路の屈折率を変化せしめて共振ピーク波長を変え、レーザ発信波長をチューニングしてもよい。
Further, in the first to third embodiments, the case where the heaters are provided on the upper portions of the first ring
なお、実施の形態1〜3では、結合器長、結合器幅、及び導波路コアを覆うクラッド層のいずれか1つのみを異ならせることによって、方向性結合器4、8の一方が波長に対して光学結合度が増加し、他方が波長に対して光学結合度が減少するように設定したが、これに限るものではない。方向性結合器4、8の一方が波長に対して光学結合度が増加し、他方が波長に対して光学結合度が減少するように、結合器長、結合器幅、及び導波路コアを覆うクラッド層のいずれか1つ以上を異ならせればよい。従って、例えば、結合器長と結合器幅とをともにそれぞれ異ならせることによって、一方が波長に対して光学結合度が増加し、他方が波長に対して光学結合度が減少するようにしてもよい。
In the first to third embodiments, only one of the coupler length, the coupler width, and the cladding layer covering the waveguide core is made different so that one of the
1 SOI基板、
3 ヒーター、
4 方向性結合器、
5 直線状光導波路、
7 ヒーター、
8 方向性結合器、
9 合分波器、
10 光増幅器
11 ミラー用端面反射膜、
12 リング状光導波路、
13 リング状光導波路、
14 直線状光導波路
15 直線状光導波路
16 光導波路
100 波長可変共振器
110 リング型光共振器
120 リング型光共振器
1 SOI substrate,
3 Heater,
4 directional coupler,
5 linear optical waveguide,
7 Heater,
8 directional coupler,
9 MUX / DEMUX,
10
12 Ring-shaped optical waveguide,
13 Ring-shaped optical waveguide,
14 linear
Claims (6)
前記波長可変共振器と光学的に接続された光増幅器と、
前記波長可変共振器に含まれる複数の前記波長可変共振フィルターの透過ピークが一致した波長でレーザ発振し、かつ、前記透過ピーク波長を外部制御によりチューニングできる機構と、を備え、
前記波長可変共振器は、前記波長可変共振フィルターを少なくとも2つ有し、
2つの前記波長可変共振フィルターは、共振の強さの波長依存性が互いに逆方向で相補的に働くように構成されており、
2つの前記波長可変共振フィルターは、リング状光導波路とそれに近接配置された直線状光導波路からなる平面光回路で構成された、第1のリング型光共振器及び第2のリング型光共振器であり、
前記第1のリング型光共振器を構成する直線状光導波路の一部とリング状光導波路の一部からなる方向性結合器と、前記第2のリング型光共振器を構成する直線状光導波路の一部とリング状光導波路の一部からなる方向性結合器とは、一方が波長に対して光学結合度が増加し、他方が波長に対して光学結合度が減少するように、結合器長、結合器幅、及び導波路コアを覆うクラッド層の屈折率のいずれか1つ以上が異なっており、
前記第1のリング型光共振器を構成する前記方向性結合器の結合定数および結合器長をそれぞれK 1 、L 1 とし、前記第2のリング型光共振器を構成する前記方向性結合器の結合定数および結合器長をそれぞれK 2 、L 2 としたとき、K 1 、K 2 、L 1 、L 2 の間に、
K 2 ×L 2 −K 1 ×L 1 =π×(2n+1)
(ただし、n=0、1、2、3・・・・)
が成り立つように設定されている
ことを特徴する波長可変レーザ光源。 A wavelength tunable resonator including a plurality of wavelength tunable resonance filters capable of moving a wavelength spectrum peak of transmitted light intensity;
An optical amplifier optically connected to the wavelength tunable resonator;
A laser that oscillates at a wavelength at which the transmission peaks of the plurality of wavelength tunable resonance filters included in the wavelength tunable resonator coincide, and the transmission peak wavelength can be tuned by external control; and
The wavelength tunable resonator has at least two wavelength tunable resonance filters,
The two wavelength tunable resonance filters are configured such that the wavelength dependence of the resonance intensity works complementarily in opposite directions ,
The two wavelength tunable resonance filters are a first ring type optical resonator and a second ring type optical resonator which are constituted by a planar optical circuit comprising a ring-shaped optical waveguide and a linear optical waveguide arranged close to the ring-shaped optical waveguide. And
A directional coupler comprising a part of a linear optical waveguide constituting the first ring optical resonator and a part of the ring optical waveguide, and a linear optical constituting the second ring optical resonator. A directional coupler consisting of a part of a waveguide and a part of a ring-shaped optical waveguide is coupled so that one has an increased optical coupling with respect to the wavelength and the other has a decreased optical coupling with respect to the wavelength. One or more of the length, the coupler width, and the refractive index of the cladding layer covering the waveguide core are different,
The directional coupler constituting the second ring-type optical resonator is set such that the coupling constant and the coupler length of the directional coupler constituting the first ring-type optical resonator are K 1 and L 1 , respectively . When the coupling constant and the coupler length of K 2 and L 2 are K 1 , K 2 , L 1 and L 2 ,
K 2 × L 2 -K 1 × L 1 = π × (2n + 1)
(However, n = 0, 1, 2, 3, ...)
A tunable laser light source characterized in that
前記ヒーターの加熱による熱光学効果により光導波路の屈折率を変化せしめて共振ピーク波長を変え、レーザ発振波長をチューニングすることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の波長可変レーザ光源。 A heater is installed above each of the first ring-type optical resonator and the second ring-type optical resonator,
The wavelength tunable according to any one of claims 1 to 4 , wherein the laser oscillation wavelength is tuned by changing the refractive index of the optical waveguide by changing the refractive index of the optical waveguide by the thermo-optic effect caused by the heating of the heater. Laser light source.
前記PIN構造に電流注入または電圧印加することにより生じる電気光学効果により光導波路の屈折率を変化せしめて共振ピーク波長を変え、レーザ発振波長をチューニングすることを特徴とする請求項4に記載の波長可変レーザ光源。 An optical waveguide constituting the first ring optical resonator and the second ring optical resonator has a configuration in which a PIN structure is doped,
5. The wavelength according to claim 4 , wherein the laser oscillation wavelength is tuned by changing the refractive index of the optical waveguide by changing the refractive index of the optical waveguide by an electro-optic effect caused by current injection or voltage application to the PIN structure. Variable laser light source.
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