JP6337960B2 - 光送受信器モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、波長可変レーザ光源、光送信器及び光送受信器モジュールに関するものである。
光通信における伝送容量の増加に対応するために、偏波多重４値位相変調方式（ＤＰ−ＱＰＳＫ：dual polarization quadrature phase shift keying）等のコヒーレント変調方式を用いた波長多重光通信システムの導入が進められている。現在導入が進められている偏波多重４値位相変調方式では、１波長あたりの伝送容量が１００Ｇｂ／ｓであるが、更なる伝送容量の増加に向けて、１６ＱＡＭ（quadrature amplitude modulation）等の多値度の高いコヒーレント変調方式での光伝送の検討が進められている。
これらの多値度の高いコヒーレント変調方式においては、光源から出射されるレーザ光の波長揺らぎ量を示すスペクトル線幅が狭いことが求められており、例えば、１６ＱＡＭ方式では１００ｋＨｚ以下のスペクトル線幅が必要とされている。狭線幅の波長可変レーザ光源としては、例えば、図１に示されるような外部共振器型のレーザ光源が開示されている（例えば、特許文献１）。この外部共振器型のレーザは、利得媒質となるＳＯＡ（半導体光増幅器：Semiconductor Optical Amplifier）９１０、レンズ９２１、波長可変フィルタ９２２及び外部ミラー９２３を組み合わせた構造のものである。この構造の外部共振器型のレーザ光源では、ＳＯＡ９１０の一方の端面９１０ａに反射防止膜９１１が形成されており、他方の端面９１０ｂに部分反射膜９１２が形成されている。
従って、他方の端面９１０ｂに形成された部分反射膜９１２と外部ミラー９２３によりレーザ共振器が形成されており、ＳＯＡ９１０と外部ミラー９２３との間の光路上にはレンズ９２１及び波長可変フィルタ９２２が配置されている。この波長可変レーザ光源においては、レーザ光は、ＳＯＡ９１０の他方の端面９１０ｂにおける部分反射膜９１２が設けられている側より出射される。出射されるレーザ光のスペクトル線幅は、レーザ共振器長が長いほど狭くなる傾向があり、レーザ共振器長を長く設定することが容易な外部共振器型レーザは、スペクトル線幅の低減に適しており、１００ｋＨｚ以下のスペクトル線幅が実現されている。
また、コヒーレント変調方式では、コヒーレント受信器となる受信部に入力する入力信号光と、入力信号光に発振波長が近い局所発振光を干渉させることにより、位相変調信号の検出を行う。このため、コヒーレント変調方式の光送受信器モジュールでは、出力信号光用のレーザ光源と、局所発振光のレーザ光源の２つのレーザ光源が用いられている。具体的には、コヒーレント変調方式の光送受信器モジュールにおいては、図２に示されるように、送信部９３０にレーザ光源９３１が設けられており、受信部９４０にレーザ光源９４１が設けられている。送信部９３０におけるレーザ光源９３１より出射されたレーザ光は、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器９３２において変調され、送信部９３０より出力信号として出力される。また、受信部９４０に入力する入力信号は、受信部９４０におけるレーザ光源９４１より出射された局所発振光とともに、ハイブリッド９４２に入射し、ハイブリッド９４２より出射された光は受光素子９４３において検出される。しかしながら、図２に示される構造のコヒーレント変調方式の光送受信器モジュールの場合、レーザ光源が２つ必要となるため大型なものとなることから、小型化可能なものが求められている。
このような観点から、図３に示されるように、１つのレーザ光を用いたコヒーレント変調方式の光送受信器モジュールも開示されている（例えば、特許文献２）。この構造のコヒーレント変調方式の光送受信器モジュールにおいては、送信部９３０に設けられたレーザ光源９３１より出射されたレーザ光はビームスプリッタ９３３により、信号光と局所発振光とに分離される。具体的には、レーザ光源９３１より出射されビームスプリッタ９３３に入射したレーザ光のうち、ビームスプリッタ９３３を透過した光が信号光となり、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器９３２に入射し、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器９３２において変調され、送信部９３０より出力信号として出力される。また、ビームスプリッタ９３３において反射された光は、局所発振光となり、受信部９４０におけるハイブリッド９４２に、受信部９４０に入力する入力信号とともに入射し、ハイブリッド９４２より出射された光は受光素子９４３において検出される。
このように、図３に示されるコヒーレント変調方式の光送受信器モジュールにおいては、図２に示されるコヒーレント変調方式の光送受信器モジュールの受信部９４０に設けられていたレーザ光源９４１が不要となるため、小型化にすることが可能となる。しかしながら、図３に示されるコヒーレント変調方式の光送受信器モジュールでは、１つのレーザ光源９３１より、信号光と局所発振光となるレーザ光を出射することが求められるため、レーザ光源９３１は、高出力なレーザ光を出射することができるものが必要となる。
高出力なレーザ光を出射することのできるレーザ光源としては、レーザの後段に更にＳＯＡを設けた構造のレーザ光源が開示されている（例えば、特許文献１）。このレーザ光源は、図４に示されるように、ＳＯＡ集積素子９５０、レンズ９２１、波長可変フィルタ９２２及び外部ミラー９２３を組み合わせた構造のものである。ＳＯＡ集積素子９５０には、第１のＳＯＡ９５１と第２のＳＯＡ９５２とが形成されており、第１のＳＯＡ９５１と第２のＳＯＡ９５２との間には部分反射ミラー９５３が形成されている。また、ＳＯＡ集積素子９５０には、外部共振器が設けられている側の一方の端面９５０ａには、反射防止膜９５４が形成されており、レーザ光が出射される側の他方の端面９５０ｂには、反射防止膜９５５が形成されている。
この構造のレーザ光源は、ＳＯＡ集積素子９５０における部分反射ミラー９５３と外部ミラー９２３によりレーザ共振器が形成される。レーザ共振器となる部分反射ミラー９５３と外部ミラー９２３との間の光路上には、レンズ９２１、波長可変フィルタ９２２、第１のＳＯＡ９５１が配置されている。この構造のレーザ光源では、部分反射ミラー９５３を透過したレーザ光が、アンプとして機能する第２のＳＯＡ９５２において増幅されるため、高出力なレーザ光を出射することができる。
国際公開第２００７／０８０８９１号パンフレット 特開２００７−６４８６０号公報
ところで、図４に示す構造の波長可変レーザ光源において、他方の端面９５０ｂに形成された反射防止膜９５５に残留反射がある場合、反射防止膜９５５において反射されて戻る光（戻り光）は、第２のＳＯＡ９５２において増幅され、レーザ共振器に入射する。一般的には、反射防止膜９５５において反射された戻り光が大きいほど、レーザの発振状態が乱され、スペクトル線幅が広がる傾向にある。従って、レーザ光を高出力化するため、第２のＳＯＡ９５２の増幅率を高くすればするほど、レーザ光におけるスペクトル線幅が広がってしまう。即ち、図４に示す構造のレーザ光源においては、レーザ光の高出力化とスペクトル線幅を狭くすることとはトレードオフの関係にあり、レーザ光におけるスペクトル線幅が狭く、高出力化することが困難であった。
また、光送受信器モジュールにおいては、出力信号光用のレーザ光の出力と局所発振光用のレーザ光の出力とは、各々独立して制御することが好ましい。しかしながら、図３に示される場合では、レーザ光源９３１より出射されたレーザ光を分岐しているため、分岐されたレーザ光の各々の出力を独立して制御することができない。また、所望の比率で分岐させる場合には、分岐されたレーザ光のうちの一方の光路上にアッテネータを設置してレーザ光の出力を減衰させる必要があるが、レーザ光を減衰させる場合には、その分レーザ光源より出射されるレーザ光の出力を高くする必要がある。よって、図４に示す構造のレーザ光源を用いた場合においては、第２のＳＯＡ９５２における増幅率を高くすることになるが、増幅率を高くすると、戻り光の影響か顕著となり、スペクトル線幅の増加を招いてしまう。
このため、レーザ光におけるスペクトル線幅が狭く、出力の高いレーザ光を出射することのできる波長可変レーザ光源が求められている。
本実施の形態の一観点によれば、半導体光増幅器集積素子と、波長可変フィルタと、ミラーとを有する波長可変レーザ光源と、コヒーレント光変調器を有する送信部と、コヒーレント受信器と、を有する光送受信器モジュールであって、前記半導体光増幅器集積素子の一方の端面の側には第１の半導体光増幅器が形成されており、他方の端面の側には第２の半導体光増幅器及び第３の半導体光増幅器が形成されており、前記第１の半導体光増幅器と、前記第２の半導体光増幅器及び前記第３の半導体光増幅器との間には、前記第１の半導体光増幅器側から順に部分反射ミラー及び光分岐器が設けられており、前記光分岐器の分岐の各々に、前記第２の半導体光増幅器及び前記第３の半導体光増幅器が接続されており、前記半導体光増幅器集積素子における前記部分反射ミラーと前記ミラーとによりレーザ共振器が形成されており、前記部分反射ミラーと前記ミラーとの間の光路上には、前記波長可変フィルタ及び前記第１の半導体光増幅器が配置されており、前記第２の半導体光増幅器より出射されたレーザ光は、前記コヒーレント光変調器に入射し、前記第３の半導体光増幅器より出射されたレーザ光は、局所発振光として前記コヒーレント受信器に入射することを特徴とする。
開示の波長可変レーザ光源によれば、スペクトル線幅が狭く、出力の高いレーザ光を出射することができる。
外部共振器型レーザのレーザ光源の構造図（１） コヒーレント通信用光送受信器モジュールの構造図（１） コヒーレント通信用光送受信器モジュールの構造図（２） 外部共振器型レーザのレーザ光源の構造図（２） 第１の実施の形態における波長可変レーザ光源の構造図 ＳＯＡ集積素子の説明図 ＳＯＡ集積素子における端面の反射率とレーザ光のスペクトル線幅との相関図 第１の実施の形態における波長可変レーザ光源の説明図 第１の実施の形態におけるＳＯＡ集積素子の上面図 第１の実施の形態におけるＳＯＡ集積素子の断面図（１） 第１の実施の形態におけるＳＯＡ集積素子の断面図（２） 第１の実施の形態における変形例１のＳＯＡ集積素子の説明図 第１の実施の形態における変形例２のＳＯＡ集積素子の説明図 第２の実施の形態におけるＳＯＡ集積素子の上面図 第２の実施の形態におけるＳＯＡ集積素子の断面図 第３の実施の形態における光送受信器モジュールの構造図 第４の実施の形態における波長可変レーザ光源の説明図 第５の実施の形態における波長可変レーザ光源の説明図
実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
〔第１の実施の形態〕
本実施の形態における波長可変レーザ光源について、図５に基づき説明する。本実施の形態における波長可変レーザ光源は、ＳＯＡ集積素子（半導体光増幅器集積素子）１０、レンズ５１、波長可変フィルタ５２及び外部ミラー５３を組み合わせた構造のものである。
ＳＯＡ集積素子１０には、第１のＳＯＡ１１、第２のＳＯＡ１２、第３のＳＯＡ１３が形成されており、第１のＳＯＡ１１と第２のＳＯＡ１２及び第３のＳＯＡ１３との間には、部分反射ミラー１４及び光分岐器１５が設けられている。ＳＯＡ集積素子１０の一方の端面１０ａには反射防止膜１６が形成されており、他方の端面１０ｂには反射防止膜１７が形成されている。即ち、ＳＯＡ集積素子１０において、第１のＳＯＡ１１が形成されてい一方の端面１０ａには、反射防止膜１６が形成されており、第２のＳＯＡ１２及び第３のＳＯＡ１３が形成されている他方の端面１０ｂには、反射防止膜１７が形成されている。
本実施の形態における波長可変レーザ光源は、ＳＯＡ集積素子１０における部分反射ミラー１４と外部ミラー５３によりレーザ共振器が形成されている。また、レーザ共振器を形成している部分反射ミラー１４と外部ミラー５３との間の光路上にはレンズ５１、波長可変フィルタ５２、第１のＳＯＡ１１が配置されている。本実施の形態における波長可変レーザ光源においては、第１のＳＯＡ１１を含むレーザ共振器において発振したレーザ光の一部は、第１のＳＯＡ１１より部分反射ミラー１４を透過して、光分岐器１５に入射する。光分岐器１５は、１×２ＭＭＩスプリッタであり、光分岐器１５に入射したレーザ光は、２つのレーザ光に分岐される。このように光分岐器１５において分岐されて出射された２つのレーザ光のうちの一方が、第２のＳＯＡ１２に入射し、他方が第３のＳＯＡ１３に入射する。
第２のＳＯＡ１２に入射したレーザ光は、第２のＳＯＡ１２において所望の増幅がなされた後、ＳＯＡ集積素子１０における他方の端面１０ｂより反射防止膜１７を介して信号光として出射される。また、第３のＳＯＡ１３に入射したレーザ光は、第３のＳＯＡ１３において所望の増幅がなされた後、ＳＯＡ集積素子１０における他方の端面１０ｂより反射防止膜１７を介し局所発振光として出射される。
本実施の形態における波長可変レーザ光源は、図４に示される波長可変レーザ光源と比べて、戻り光による影響を平均的に半減することができるため、戻り光によりスペクトル線幅が広がることを抑制することができる。このことをより詳細に、図６及び図７に基づき説明する。図６（ａ）は、図４に示される波長可変レーザ光源におけるＳＯＡ集積素子９５０の場合を示す。ＳＯＡ集積素子９５０では、図６（ａ）には不図示の外部ミラー９２３と部分反射ミラー９５３によりレーザ共振器が形成されており、このレーザ共振器において生じたレーザ光が、部分反射ミラー９５３を透過し第２のＳＯＡ９５２に入射する。ここで、部分反射ミラー９５３を透過し第２のＳＯＡ９５２に入射するレーザ光のパワーをＰ０とする。この波長可変レーザ光源において、信号光のパワーＰ及び局所発振光のパワーＰを得るためには、ＳＯＡ集積素子９５０より反射防止膜９５５を介し出射されるレーザ光のパワーは２Ｐ必要である。よって、第２のＳＯＡ９５２における増幅率は、２Ｐ／Ｐ０となる。また、ＳＯＡ集積素子９５０における反射防止膜９５５は、前述したように、完全に無反射にすることは困難であるため、僅かに光を反射する。この反射防止膜９５５における反射率をＲとする。このように反射防止膜９５５において反射された戻り光は、第２のＳＯＡ９５２において増幅され、部分反射ミラー９５３に入射する。
従って、部分反射ミラー９５３に入射する戻り光のパワーは、（第２のＳＯＡ９５２に入射するパワー）×（第２のＳＯＡ９５２の増幅率）×（反射防止膜９５５の反射率）×（第２のＳＯＡ９５２の増幅率）となる。具体的には、Ｐ０×（２Ｐ／Ｐ０）×Ｒ×（２Ｐ／Ｐ０）＝４ＲＰ２／Ｐ０となる。即ち、図６（ａ）に示されるＳＯＡ集積素子９５０においては、パワーが４ＲＰ２／Ｐ０のレーザ光が戻り光として、部分反射ミラー９５３に入射する。このように部分反射ミラー９５３に戻って入射したレーザ光のうち、所定の透過率で透過したレーザ光がレーザ共振器内に入射し増幅される。
図６（ｂ）は、図５に示される本実施の形態における波長可変レーザ光源におけるＳＯＡ集積素子１０の場合を示す。このＳＯＡ集積素子１０は、図６（ｂ）には不図示の外部ミラー５３と部分反射ミラー１４とによりレーザ共振器が形成されており、このレーザ共振器において生じたレーザ光が、部分反射ミラー１４を透過し光分岐器１５に入射する。ここで、部分反射ミラー１４を透過し光分岐器１５に入射するレーザ光のパワーをＰ０とする。光分岐器１５に入射したパワーＰ０のレーザ光は、光分岐器１５において、１：１に分岐されるため、分岐されたレーザ光のパワーはＰ０／２となり、第２のＳＯＡ１２及び第３のＳＯＡ１３に入射する。よって、本実施の形態における波長可変レーザ光源において、信号光のパワーＰ及び局所発振光のパワーＰを得るためには、第２のＳＯＡ１２及び第３のＳＯＡ１３における増幅率は、２Ｐ／Ｐ０となる。
また、ＳＯＡ集積素子１０における反射防止膜１７の反射率をＲとすると、反射防止膜１７における戻り光は、第２のＳＯＡ１２及び第３のＳＯＡ１３において増幅され、光分岐器１５において１：１に分岐された後、部分反射ミラー１４に入射する。よって、平均的な戻り光のパワーは２つのＳＯＡからの戻り光を合計して、（光分岐器１５に入射するパワー）×（光分岐器１５の分岐率）×（第２のＳＯＡ１２等の増幅率）×（反射防止膜１７の反射率）×（第２のＳＯＡ１２等の増幅率）×（光分岐器１５の分岐率）×（ＳＯＡの数）となる。具体的には、部分反射ミラー１４に入射する戻り光のパワーは、Ｐ０×（１／２）×（２Ｐ／Ｐ０）×Ｒ×（１／２）×（２Ｐ／Ｐ０）×２＝２ＲＰ２／Ｐ０となる。即ち、図６（ｂ）に示される本実施の形態における波長可変レーザ光源に用いられるＳＯＡ集積素子１０においては、パワーが２ＲＰ２／Ｐ０のレーザ光が戻り光として、部分反射ミラー１４に入射する。このように部分反射ミラー１４に入射したレーザ光のうち、所定の透過率で透過したレーザ光がレーザ共振器内に入射し増幅される。従って、本実施の形態における波長可変レーザ光源は、図４に示される波長可変レーザ光源に比べて、レーザ共振器に入射する戻り光のパワーを１／２にすることができる。尚、光分岐器１５において、２つの戻り光の位相が一致する場合には、戻り光のパワーは、図６（ａ）に示される場合と略同じになるが、それ以外の場合には、図６（ａ）に示される場合よりも低くなる。このため、平均的には、上記における図６（ｂ）に示される場合と略同じとなる。
次に、図７に基づき、端面の反射率とレーザ光のスペクトル線幅との関係について説明する。具体的には、図６（ａ）に示されるＳＯＡ集積素子９５０を用いた波長可変レーザ光源と、図６（ｂ）に示されるＳＯＡ集積素子１０を用いた本実施の形態における波長可変レーザ光源における端面の反射率とレーザ光のスペクトル線幅との関係について説明する。尚、図７は計算により得られた結果である。特性７Ａは、図６（ａ）に示されるＳＯＡ集積素子９５０を用いた波長可変レーザ光源における特性を示し、特性７Ｂは、図６（ｂ）に示されるＳＯＡ集積素子１０を用いた本実施の形態における波長可変レーザ光源の特性を示す。図７における端面の反射率は、レーザ光が出射される反射率である。即ち、図６（ａ）に示されるＳＯＡ集積素子９５０においては、反射防止膜９５５が形成されている端面の反射率であり、図６（ｂ）に示されるＳＯＡ集積素子１０においては、反射防止膜１７が形成されている端面の反射率である。また、計算においては、図６（ａ）に示されるＳＯＡ集積素子９５０は、第２のＳＯＡ９５２における増幅率を１０倍とし、図６（ｂ）に示されるＳＯＡ集積素子１０は、第２のＳＯＡ１２及び第３のＳＯＡ１３における増幅率を１０倍とした。また、図７においては、端面の反射率が０の場合のスペクトル線幅を１とした。
図７に示されるように、端面の反射率が０．０５％の場合では、特性７Ａに示されるように、図６（ａ）に示されるＳＯＡ集積素子９５０を用いた波長可変レーザ光源のスペクトル線幅は、端面の反射率が０の場合の約３倍になる。これに対し、特性７Ｂに示されるように、図６（ｂ）に示されるＳＯＡ集積素子１０を用いた本実施の形態における波長可変レーザ光源のスペクトル線幅は、端面の反射率が０の場合の約１．５倍になる。よって、端面の反射率が０．０５％の場合では、スペクトル線幅は、図６（ｂ）に示されるＳＯＡ集積素子１０を用いた本実施の形態における波長可変レーザ光源は、図６（ａ）に示されるＳＯＡ集積素子９５０を用いた波長可変レーザ光源の約半分になる。
次に、本実施の形態における波長可変レーザ光源について、より詳細に説明する。図８は、本実施の形態における波長可変レーザ光源を構成している部材を実際に近い大きさで示したものである。前述したように、本実施の形態における波長可変レーザ光源は、ＳＯＡ集積素子１０、レンズ５１、波長可変フィルタ５２及び外部ミラー５３を組み合わせた構造のものである。
本実施の形態においては、図８に示されるように、波長可変フィルタ５２は、フリースペクトルレンジ（ＦＳＲ）が微小に異なる２枚のエタロン、即ち、第１のエタロン５２ａと第２のエタロン５２ｂが用いられている。このように、波長可変フィルタ５２においては、第１のエタロン５２ａと第２のエタロン５２ｂとを組み合わせたバーニア効果により、波長可変することができる。波長可変フィルタ５２における第１のエタロン５２ａ及び第２のエタロン５２ｂには、平行光を入射する必要があるため、波長可変フィルタ５２とＳＯＡ集積素子１０との間には、コリメートレンズ等のレンズ５１が設けられている。波長可変フィルタ５２及びレンズ５１は、外部ミラー５３とＳＯＡ集積素子１０との間の光路上に配置されており、外部ミラー５３は、波長可変フィルタ５２を透過した光を反射し、再び波長可変フィルタ５２に入射させて、ＳＯＡ集積素子１０に戻すことができる。
図９に示されるように、ＳＯＡ集積素子１０には、第１のＳＯＡ１１、第２のＳＯＡ１２、第３のＳＯＡ１３が形成されており、第１のＳＯＡ１１と第２のＳＯＡ１２及び第３のＳＯＡ１３との間には、部分反射ミラー１４及び光分岐器１５が設けられている。ＳＯＡ集積素子１０の一方の端面１０ａには反射防止膜１６が形成されており、他方の端面１０ｂには反射防止膜１７が形成されている。即ち、ＳＯＡ集積素子１０において、第１のＳＯＡ１１が形成されている一方の端面１０ａには、反射防止膜１６が形成されており、第２のＳＯＡ１２及び第３のＳＯＡ１３が形成されている他方の端面１０ｂには、反射防止膜１７が形成されている。光分岐器１５は、１×２多モード干渉（ＭＭＩ）スプリッタが用いられている。
ＳＯＡ集積素子１０の一方の端面１０ａより入射した光は、第１のＳＯＡ１１の内部を通り、部分反射ミラー１４に入射する。部分反射ミラー１４に入射した光の一部は反射され、再び第１のＳＯＡ１１の内部を通り、ＳＯＡ集積素子１０の一方の端面１０ａよりＳＯＡ集積素子１０の外に出射され、レンズ５１を介し、波長可変フィルタ５２を透過した後、外部ミラー５３に入射し反射される。また、部分反射ミラー１４に入射した光のうち反射されなかった光は、レーザ光として部分反射ミラー１４を透過して、光分岐器１５に入射し、光分岐器１５において分岐される。光分岐器１５において分岐されたレーザ光の一方は第２のＳＯＡ１２に入射し他方は第３のＳＯＡ１３に入射する。第２のＳＯＡ１２に入射したレーザ光は第２のＳＯＡ１２において増幅された後、ＳＯＡ集積素子１０の他方の端面１０ｂより信号光として出射される。また、第３のＳＯＡ１３に入射したレーザ光は第３のＳＯＡ１３において増幅された後、ＳＯＡ集積素子１０の他方の端面１０ｂより局所発振光として出射される。
本実施の形態においては、外部ミラー５３とＳＯＡ集積素子１０における部分反射ミラー１４によりレーザ共振器が形成されており、ＳＯＡ集積素子１０における第１のＳＯＡ１１がレーザ利得媒質として機能する。
次に、本実施の形態におけるＳＯＡ集積素子１０の構造について、図１０及び図１１に基づき説明する。図１０は、図９に示されるＳＯＡ集積素子１０において、光の光路に沿って切断した断面図である。図１１（ａ）は、図９における一点鎖線９Ａ−９Ｂにおいて切断した断面図であり、図１１（ｂ）は、一点鎖線９Ｃ−９Ｄにおいて切断した断面図である。図１１（ｃ）は、図９における一点鎖線９Ｅ−９Ｆにおいて切断した断面図であり、図１１（ｄ）は、一点鎖線９Ｇ−９Ｈにおいて切断した断面図である。
本実施の形態におけるＳＯＡ集積素子１０は、半導体基板であるｎ−ＩｎＰ基板２１の上に、第１のＳＯＡ１１、第２のＳＯＡ１２、第３のＳＯＡ１３、光分岐器１５等が形成されている。
第１のＳＯＡ１１が形成される領域においては、図１０及び図１１（ａ）に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板２１の上に、半導体層を積層することにより、第１のＳＯＡ１１が形成されている。具体的には、ｎ−ＩｎＰ基板２１の上に、下部ｎ−ＩｎＰクラッド層２２、ＭＱＷ（Multiple Quantum Well）活性層２３、上部ｐ−ＩｎＰクラッド層２４、コンタクト層２５が積層して形成されている。第１のＳＯＡ１１は、下部ｎ−ＩｎＰクラッド層２２の一部、ＭＱＷ活性層２３、上部ｐ−ＩｎＰクラッド層２４及びコンタクト層２５は、光が導波する幅が２．０μｍのメサ構造となるように形成されている。このメサ構造の両側には、Ｆｅ等がドープされている半絶縁性のＩｎＰ（ＳＩ−ＩｎＰ）層２６が埋め込まれており、埋め込み型導波路構造となっている。ＭＱＷ活性層２３は、ＩｎＧａＡｓＰにより形成されており、１．５５μｍ帯において利得が得られるように、組成比や膜厚が調整されている。コンタクト層２５は、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ／ｐ−ＩｎＧａＡｓ等により形成されている。コンタクト層２５の上には、第１の電極３１が形成されており、ＳＩ−ＩｎＰ層２６の上には、保護膜３０として酸化シリコン膜が形成されている。
第２のＳＯＡ１２及び第３のＳＯＡ１３が形成される領域においては、図１０及び図１１（ｄ）に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板２１の上に、半導体層を積層することにより、第２のＳＯＡ１２及び第３のＳＯＡ１３が形成されている。具体的には、ｎ−ＩｎＰ基板２１の上に、下部ｎ−ＩｎＰクラッド層２２、ＭＱＷ活性層２３、上部ｐ−ＩｎＰクラッド層２４、コンタクト層２５が積層して形成されている。第２のＳＯＡ１２及び第３のＳＯＡ１３は、下部ｎ−ＩｎＰクラッド層２２の一部、ＭＱＷ活性層２３、上部ｐ−ＩｎＰクラッド層２４及びコンタクト層２５は、光が導波する幅が２．０μｍのメサ構造となるように形成されている。このメサ構造の両側には、Ｆｅ等がドープされている半絶縁性のＩｎＰ（ＳＩ−ＩｎＰ）層２６が埋め込まれており、埋め込み型導波路構造となっている。第２のＳＯＡ１２が形成される領域のコンタクト層２５の上には、第２の電極３２が形成されており、第３のＳＯＡ１３が形成される領域のコンタクト層２５の上には、第３の電極３３が形成されている。ＳＩ−ＩｎＰ層２６の上には、保護膜３０として酸化シリコン膜が形成されている。尚、ｎ−ＩｎＰ基板２１の裏面には、下部電極となる裏面電極３４が形成されている。第１の電極３１、第２の電極３２、第３の電極３３は上部電極となる電極であり、下部電極と各々の上部電極との間に電流を流すことができる。
光分岐器１５が形成される領域においては、図１０及び図１１（ｃ）に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板２１の上に、半導体層を積層することにより、光分岐器１５が形成されている。具体的には、ｎ−ＩｎＰ基板２１の上に、下部ｎ−ＩｎＰクラッド層２２、導波路コア層２７、上部ｐ−ＩｎＰクラッド層２４が積層して形成されている。光分岐器１５においては、下部ｎ−ＩｎＰクラッド層２２の一部、導波路コア層２７及び上部ｐ−ＩｎＰクラッド層２４は、幅が８．０μｍのメサ構造となるように形成されている。導波路コア層２７は、ＩｎＧａＡｓＰにより形成されており、伝播する１．５５μｍ帯のレーザ光の吸収を少なくするため、バンドギャップ波長が１．３μｍとなるように組成比等を調整されて形成されている。形成される光分岐器１５の長さは、６０μｍである。このメサ構造の両側には、Ｆｅ等がドープされている半絶縁性のＩｎＰ（ＳＩ−ＩｎＰ）層２６が埋め込まれている。光分岐器１５における導波路コア層２７は、後述する光導波路となる導波路コア層２７よりも幅が広く形成されており、これにより光分岐器として機能させることができ、入射したレーザ光を均等に２分することができるように形成されている。上部ｐ−ＩｎＰクラッド層２４及びＳＩ−ＩｎＰ層２６の上には、保護膜３０として酸化シリコン膜が形成されている。
部分反射ミラー１４と光分岐器１５との間等の光導波路が形成される領域においては、図１０及び図１１（ｂ）に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板２１の上に、下部ｎ−ＩｎＰクラッド層２２、導波路コア層２７、上部ｐ−ＩｎＰクラッド層２４が形成されている。この領域においては、導波路コア層２７の幅が２．０μｍとなるように、メサ構造が形成されており、このメサ構造の両側には、Ｆｅ等がドープされている半絶縁性のＩｎＰ（ＳＩ−ＩｎＰ）層２６が埋め込まれている。上部ｐ−ＩｎＰクラッド層２４及びＳＩ−ＩｎＰ層２６の上には、保護膜３０として酸化シリコン膜が形成されている。
本実施の形態においては、第１のＳＯＡ１１と光分岐器１５との間には、部分反射ミラー１４が形成されている。部分反射ミラー１４は、ｎ−ＩｎＰ基板２１の上に形成された下部ｎ−ＩｎＰクラッド層２２、ＭＱＷ活性層２３または導波路コア層２７、上部ｐ−ＩｎＰクラッド層２４を所定の幅、例えば、約１μｍの幅で除去し溝を形成することにより形成されている。このように、ＭＱＷ活性層２３の端面を露出させた溝を形成することによりエッチドミラーを形成することができ、部分反射ミラー１４を形成することができる。このように形成される部分反射ミラー１４は、除去された領域のＭＱＷ活性層２３の端面における空気等との屈折率差により、入射した光の一部が反射し、端面において反射しなかった残りの光が透過する。尚、部分反射ミラー１４を形成する際には、ＲＩＥ等によるドライエッチングにより形成することが好ましい。
本実施の形態においては、裏面電極３４と第１の電極３１、第２の電極３２、第３の電極３３との間に独立に順電圧を印加することができるため、第１のＳＯＡ１１、第２のＳＯＡ１２、第３のＳＯＡ１３を独立して電流を注入することができる。これにより、第２のＳＯＡ１２と第３のＳＯＡ１３から出射されるレーザ光のパワーを独立に制御することができ、第２のＳＯＡ１２及び第３のＳＯＡ１３において、各々所望の増幅率でレーザ光を増幅することができ、不必要に増幅をする必要がなくなる。よって、本実施の形態においては、反射防止膜１７において反射された戻り光の影響を抑制することができ、レーザ光のスペクトル線幅が広がることを防ぐことができる。
（変形例１）
本実施の形態における波長可変レーザ光源に用いられるＳＯＡ集積素子１０は、図１２に示すように、第２のＳＯＡ１２及び第３のＳＯＡ１３におけるレーザ光の出射口が、ＳＯＡ集積素子１０の他方の端面１０ｂの法線に対し傾いて形成されていてもよい。この際、第２のＳＯＡ１２におけるレーザ光の出射口の向きと第３のＳＯＡ１３におけるレーザ光の出射口の向きとは、反対となるように形成してもよい。このように、出射口を端面の法線に対し傾いて形成することにより、他方の端面１０ｂからの戻り光を減少させることができ、また、第２のＳＯＡ１２及び第３のＳＯＡ１３から出射されるレーザ光を容易に分離することができる。
（変形例２）
また、本実施の形態における波長可変レーザ光源に用いられるＳＯＡ集積素子１０は、図１３に示すように、第２のＳＯＡ１２及び第３のＳＯＡ１３におけるレーザ光の出射口が、ＳＯＡ集積素子１０の異なる端面に形成されているものであってもよい。例えば、第２のＳＯＡ１２におけるレーザ光の出射口は、ＳＯＡ集積素子１０の他方の端面１０ｂに形成し、第３のＳＯＡ１３におけるレーザ光の出射口は、他方の端面１０ｂとは異なるＳＯＡ集積素子１０の長手方向の側面における端面１０ｃに形成してもよい。これにより、第２のＳＯＡ１２におけるレーザ光の出射口の近傍に変調器を設置し、第３のＳＯＡ１３におけるレーザ光の出射口の近傍に受信部を設置することができ、変調器と受信部との位置的な干渉を防ぐことができる。
本実施の形態においては、レーザ光の出射口としては端面１０ｂ等だけでなく、例えば、４５°に形成したエッチドミラーや、グレーティングカプラ等がそれぞれの出射口となり、ｎ−ＩｎＰ基板２１の表面からレーザ光が出射されるものであってもよい。また、本実施の形態においては、埋め込み型の導波路構造のＳＯＡ集積素子について説明したが、これに限定されることはなく、例えば、リッジ型の導波路構造のＳＯＡ集積素子であってもよい。また、波長可変フィルタ５２は、一例として２枚のエタロンで構成されたものについて説明したが、これに限定されることなく、どのような構成の波長可変フィルタを用いても本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、部分反射ミラーがＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector：分布ブラッグ反射鏡）により形成されているＳＯＡ集積素子を有するレーザ光源である。本実施の形態におけるＳＯＡ集積素子１１０は、図１４及び図１５に示されるように、部分反射ミラーがＳＧ−ＤＢＲ（Sampled Grating-Distributed Bragg Reflector）１１４により形成されている。尚、図１５は、光の光路に沿って切断した断面図である。尚、本実施の形態における波長可変レーザ光源は、部分反射ミラーが、ＳＳＧ−ＤＢＲ（superstructure-grating distributed Bragg reflector）により形成されていてもよい。
本実施の形態は、第１のＳＯＡ１１と光分岐器１５との間に、ＳＧ−ＤＢＲ１１４が形成されている。ＳＧ−ＤＢＲ１１４は、導波路コア層２７の下に周期的に形成された回折格子１２１ａにより形成されている。具体的には、図１５に示されるように、ｎ−ＩｎＰ基板２１の上に、表面に回折格子１２１ａが形成されたＩｎＧａＡｓＰ層１２１が形成されており、ＩｎＧａＡｓＰ層１２１の上にＩｎＰ層１２２が形成されている。ＩｎＧａＡｓＰ層１２１の表面に形成される回折格子１２１ａは、第１のＳＯＡ１１と光分岐器１５との間のＳＧ−ＤＢＲ１１４が形成される領域にのみ形成されている。
ＩｎＧａＡｓＰとＩｎＰとは屈折率が異なるため、表面に回折格子１２１ａが形成されているＩｎＧａＡｓＰ層１２１の上にＩｎＰ層１２２を形成することにより、所定の波長の光の一部を反射し、残りを透過するＳＧ−ＤＢＲ１１４を形成することができる。尚、本実施の形態においては、ＩｎＧａＡｓＰ層１２１とＩｎＧａＡｓＰ層１２１の上に形成されたＩｎＰ層１２２により下部クラッド層１２０が形成されている。また、ＳＧ−ＤＢＲ１１４が形成される領域以外の領域においては、ＩｎＧａＡｓＰ層１２１の表面には、回折格子１２１ａは形成されていない。
ＳＧ−ＤＢＲ１１４は、光の波長に対して、周期的な反射スペクトルを有している。このため、波長可変フィルタ５２として２つのエタロンを用いた場合、２つのエタロンによるバーニア効果による波長選択効果に加えて、さらに、ＳＧ−ＤＢＲ１１４による周期的な反射波長による波長選択を重ね合わせることができる。これにより、より急峻に波長選択を行うことが可能となり、単一モード性の高い波長可変レーザを実現することができる。
本実施の形態においては、ＳＧ−ＤＢＲ１１４を用いた場合について説明したが、例えば、反射帯域の広い単純なＤＢＲを形成したものであってもよい。この場合には、第１の実施の形態と同様に、波長可変フィルタ５２のみで波長選択が行われる。
本実施の形態における波長可変レーザ光源は、本実施の形態におけるＳＯＡ集積素子１１０と第１の実施の形態において用いたレンズ５１、波長可変フィルタ５２及び外部ミラー５３により形成される。
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態における波長可変レーザ光源を用いた光送受信器モジュールである。尚、本実施の形態における光送受信器モジュールは、第２の実施の形態における波長可変レーザ光源を用いたものであってもよい。
本実施の形態における光送受信器モジュールは、図１６に示されるように、コヒーレント変調方式の光送受信器モジュールであって、送信部２１０、コヒーレント受信器となる受信部２２０、制御部２３０が設けられている。送信部２１０には、第１の実施の形態における波長可変レーザ光源２００、コヒーレント光変調器であるＤＰ−ＱＰＳＫ変調器２１１、第１のビームスプリッタ２１２、第１の受光素子２１３、第２のビームスプリッタ２１４、第２の受光素子２１５が設けられている。また、第１の電源２３１、第２の電源２３２、第３の電源２３３が設けられている。受信部２２０には、９０°ハイブリッド２２２及び受信部受光素子２２３が設けられている。
本実施の形態における光送受信器モジュールにおいては、第１のＳＯＡ１１に電流を流すための第１の電源２３１、第２のＳＯＡ１２に電流を流すための第２の電源２３２、第３のＳＯＡ１３に電流を流すための第３の電源２３３を有している。第１の電源２３１、第２の電源２３２、第３の電源２３３は、制御部２３０により各々独立に制御されている。
送信部２１０における波長可変レーザ光源２００からは、ＳＯＡ集積素子１０における第２のＳＯＡ１２より信号光が出射され、第３のＳＯＡ１３より局所発振光となるレーザ光が出射される。
波長可変レーザ光源２００における第２のＳＯＡ１２より出射された信号光は、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器２１１に入射し、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器２１１において変調されて出射される。ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器２１１より出射された変調されたレーザ光は、第１のビームスプリッタ２１２に入射し、第１のビームスプリッタ２１２を透過するレーザ光と、第１のビームスプリッタ２１２において反射されるレーザ光とに分岐される。第１のビームスプリッタ２１２を透過したレーザ光は、出力信号である位相変調信号として、本実施の形態における光送受信器モジュールより出力される。また、第１のビームスプリッタ２１２において反射されたレーザ光は、第１の受光素子２１３に入射し、レーザ光の強度が検出される。第１の受光素子２１３において検出されたレーザ光の強度は、電気信号として制御部２３０に送信され、制御部２３０により、第２のＳＯＡ１２より出射される信号光の強度が所望の強度となるように、第２の電源２３２を制御する。従って、第２の電源２３２により制御された電流を第２のＳＯＡ１２に流すことにより、第２のＳＯＡ１２より出射されたレーザ光を所望の増幅率で増幅することができる。
また、波長可変レーザ光源２００の第３のＳＯＡ１３より出射された局所発振光となるレーザ光は、第２のビームスプリッタ２１４に入射する。第２のビームスプリッタ２１４においては、第２のビームスプリッタ２１４を透過するレーザ光と、第２のビームスプリッタ２１４において反射されるレーザ光とに分岐される。第２のビームスプリッタ２１４を透過したレーザ光は、局所発振光として、受信部２２０におけるハイブリッド２２２に、光送受信器モジュールに入力した位相変調信号である入力信号とともに入射する。受信部２２０では、ハイブリッド２２２からの出力された光は受信部受光素子２２３により検出される。
また、第２のビームスプリッタ２１４において反射されたレーザ光は、第２の受光素子２１５に入射し、レーザ光の強度が検出される。第２の受光素子２１５において検出されたレーザ光の強度は、電気信号として制御部２３０に送信され、制御部２３０により、第３のＳＯＡ１３より出射される信号光の強度が所望の強度となるように、第３の電源２３３を制御する。従って、第３の電源２３３により制御された電流を第３のＳＯＡ１３に流すことにより、第３のＳＯＡ１３より出射されたレーザ光を所望の増幅率で増幅することができる。
本実施の形態における光送受信器モジュールは、波長可変レーザ光源２００、第２のビームスプリッタ２１４、第２の受光素子２１５等の部品が１つのパッケージに含まれているものを用いてもよい。このような１つのパッケージに含まれているものを用いることにより、本実施の形態における光送受信器モジュールの組み立てが容易となり、製造工程を短くすることができる。
本実施の形態における光送受信器モジュールは、波長可変レーザ光源２００から出射されるレーザ光のスペクトル線幅が狭いため、１６ＱＡＭ等の高度なコヒーレント変調方式を用いている場合であっても、ノイズの小さい信号伝送を実現することができる。また、本実施の形態においては、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器２１１から出射される出力となるレーザ光と、局所発振光となるレーザ光が、ＳＯＡ集積素子１０の第２のＳＯＡ１２及び第３のＳＯＡ１３における電流を各々独立に調整することにより制御することができる。
本実施の形態においては、第２のビームスプリッタ２１４とハイブリッド２２２との間に、光ファイバ等を設置してもよい。また、上記においては、第１の受光素子２１３をＤＰ−ＱＰＳＫ変調器２１１を後段に設置し、第２の受光素子２１５を受信部２２０の前段に設置した場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、第１の受光素子２１３はＤＰ−ＱＰＳＫ変調器２１１の前段に設置し、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器２１１に入射するレーザ光の強度を制御するものであってもよい。また、第２の受光素子２１５は、受信部２２０内に設置してもよい。受信部受光素子２２３を用いてモニタしてもよい。第２の受光素子２１５は、単にレーザ光の強度をモニタするだけではなく、波長ロッカーを配置する構成であってもよい。この構成では、例えば、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器２１１側の第２のＳＯＡ１２をオフにしてレーザ光が出射されていない状態で、局所発振光を第２の受光素子２１５によりモニタすることによって波長可変レーザ光源２００の波長制御を行うことができる。このようにして、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器２１１からレーザ光が出射される前に、出射されるレーザ光を所望の波長に設定することが可能となる。これにより、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器２１１から出射されるレーザ光に、所望の波長以外のレーザ光が含まれることによって、波長多重通信システムにおいて別の波長の信号に干渉してしまうといったような問題が生じることを防ぐことができる。
〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、レーザ光源を１つのチップ上に形成した構造のものである。図１７に基づき、本実施の形態における波長可変レーザ光源について説明する。図１７（ａ）は、本実施の形態における波長可変レーザ光源の上面図であり、図１７（ｂ）は、本実施の形態における波長可変レーザ光源を光路に沿って切断した断面図である。本実施の形態における波長可変レーザ光源には、第１の実施の形態におけるＳＯＡ集積素子１０が用いられているが、第２の実施の形態におけるＳＯＡ集積素子１１０を用いてもよい。
本実施の形態においては、第１の実施の形態におけるレンズ５１、波長可変フィルタ５２、外部ミラー５３に相当する機能を有するものがシリコン基板３１０の表面に形成されている。ＳＯＡ集積素子１１０は、シリコン基板３１０の一部を除去することにより形成されたテラスの上に、第１の電極３１、第２の電極３２及び第３の電極３３がシリコン基板３１０側、裏面電極３４が上側となるように設置されている。本実施の形態においては、シリコン基板３１０の表面にシリコン導波路３２０と入力導波路３３０が形成されている。入力導波路３３０は、スポットサイズ変換器（ＳＳＣ：spot-size converter）を備えている。ＳＯＡ集積素子１０は、一方の端面１０ａにおけるＭＱＷ活性層２３、即ち、第１のＳＯＡ１１のＭＱＷ活性層２３に入力導波路３３０からの光が入射するように設置されている。
本実施の形態においては、シリコン基板３１０の表面に形成されたシリコン導波路３２０により、第１の光導波路３２１、第２の光導波路３２２、第３の光導波路３２３、第１のリング共振器３２４、第２のリング共振器３２５、ループミラー３２６が形成されている。第１の光導波路３２１の一方の端部には、入力導波路３３０が接続されている。第１のリング共振器３２４は、第１の光導波路３２１と第２の光導波路３２２との間に設置されており、第２のリング共振器３２５は、第２の光導波路３２２と第３の光導波路３２３との間に設置されている。第３の光導波路３２３の一方の端部には、ループミラー３２６が接続されている。
第１のリング共振器３２４及び第２のリング共振器３２５は、各々周期的な透過波長を有する波長フィルタであり、第１のリング共振器３２４及び第２のリング共振器３２５の径を僅かに変えることにより、透過波長間隔が相互に微小に異なるように形成されている。これにより、第１のリング共振器３２４及び第２のリング共振器３２５による２つのリング共振器のバーニア効果により、１つの波長の光を選択的に透過させることができる。第１のリング共振器３２４及び第２のリング共振器３２５における導波路の上には、不図示のヒータ電極が設けられており、ヒータ電極に電流を流し加熱することにより、導波路の屈折率を変化させることができる。これにより、第１のリング共振器３２４及び第２のリング共振器３２５における透過波長をシフトさせることができ、選択波長を任意に選択することができる。
本実施の形態では、ＳＯＡ集積素子１０より入力導波路３３０に入射した光は、第１の光導波路３２１、第１のリング共振器３２４、第２の光導波路３２２、第２のリング共振器３２５、第３の光導波路３２３の順に伝播し、ループミラー３２６により反射される。ループミラー３２６により反射された光は、第３の光導波路３２３、第２のリング共振器３２５、第２の光導波路３２２、第１のリング共振器３２４、第１の光導波路３２１の順に伝播し、入力導波路３３０より出射されＳＯＡ集積素子１０に入射する。
本実施の形態においては、第１のリング共振器３２４及び第２のリング共振器３２５が波長選択フィルタとして機能し、ループミラー３２６が外部ミラーとして機能する。よって、ループミラー３２６とＳＯＡ集積素子１０における部分反射ミラー１４によりレーザ共振器が形成される。
部分反射ミラー１４を透過しレーザ共振器の外に出射されたレーザ光は、第１の実施の形態と同様に、光分岐器１５により分岐された後、各々第２のＳＯＡ１２及び第３のＳＯＡ１３に入射する。第２のＳＯＡ１２及び第３のＳＯＡ１３に入射したレーザ光は、各々所望の増幅率で増幅された後、ＳＯＡ集積素子１０より出射される。
本実施の形態における波長可変レーザ光源は、第１の実施の形態と同様に、スペクトル線幅を狭くすることができ、かつ、２つの出射されるレーザ光の出力を独立して制御することができる。更に、本実施の形態における波長可変レーザ光源は、波長可変フィルタ及び外部ミラーに相当するものがシリコン基板３１０の表面に形成されたシリコン導波路３２０により形成されているため、波長可変レーザ光源を小型にすることができる。
〔第５の実施の形態〕
次に、第５の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第４の実施の形態における波長可変レーザ光源において用いられたシリコン基板３１０の表面に、更に、ＱＰＳＫ変調器をシリコン導波路により形成した光送信器である。本実施の形態について、図１８に基づき説明する。図１８（ａ）は、本実施の形態における波長可変レーザ光源とＱＰＳＫ変調器とが形成されている光送信器の上面図であり、図１８（ｂ）は、本実施の形態における波長可変レーザ光源とＱＰＳＫ変調器とが形成されている光送信器を光路に沿って切断した断面図である。本実施の形態においては、第１の実施の形態におけるＳＯＡ集積素子１０が用いられているが、第２の実施の形態におけるＳＯＡ集積素子１１０を用いてもよい。
本実施の形態においては、シリコン基板３１０の表面に形成されたシリコン導波路３２０により、第１の光導波路３２１、第２の光導波路３２２、第３の光導波路３２３、第１のリング共振器３２４、第２のリング共振器３２５、ループミラー３２６が形成されている。このシリコン導波路３２０は、ＳＯＡ集積素子１０の一方の端面１０ａの側のシリコン基板３１０の表面に形成されている。第１の光導波路３２１の一方の端部には、入力導波路３３０が接続されている。第１のリング共振器３２４は、第１の光導波路３２１と第２の光導波路３２２との間に設置されており、第２のリング共振器３２５は、第２の光導波路３２２と第３の光導波路３２３との間に設置されている。第３の光導波路３２３の一方の端部には、ループミラー３２６が接続されている。
また、ＳＯＡ集積素子１０の他方の端面１０ｂ側には、シリコン基板３１０の表面にＱＰＳＫ変調器３４１等を形成するためのシリコン導波路３４０、第１の出射側入力導波路３５１、第２の出射側入力導波路３５２が形成されている。第１の出射側入力導波路３５１及び第２の出射側入力導波路３５２は、スポットサイズ変換器（ＳＳＣ）を備えている。本実施の形態においては、シリコン導波路３４０により、第１の出射側入力導波路３５１と接続されているＱＰＳＫ変調器３４１が形成されており、また、第２の出射側入力導波路３５２と接続されている受信部側光導波路３４２が形成されている。
ＳＯＡ集積素子１０は、他方の端面１０ｂにおいて、第２のＳＯＡ１２から出射されたレーザ光が第１の出射側入力導波路３５１に入射し、第３のＳＯＡ１３から出射されたレーザ光が、第２の出射側入力導波路３５２に入射するように設置されている。尚、ＳＯＡ集積素子１０は、第１の電極３１、第２の電極３２及び第３の電極３３がシリコン基板３１０側、裏面電極３４が上側となるように設置されている。
ＱＰＳＫ変調器３４１は、親マッハツェンダー干渉計と、親マッハツェンダー干渉計内に２つの子マッハツェンダー変調器を備えている。ＳＯＡ集積素子１０の第２のＳＯＡ１２より出射されたレーザ光は、第１の出射側入力導波路３５１を介して、ＱＰＳＫ変調器３４１に入射し、ＱＰＳＫ変調器３４１において変調された後、出力信号として出力される。
また、ＳＯＡ集積素子１０の第３のＳＯＡ１３より出射されたレーザ光は、第２の出射側入力導波路３５２を介して、受信部側光導波路３４２を伝播して、受信部側光導波路３４２より局所発振光として出射される。
本実施の形態は、第４の実施の形態における波長可変レーザ光源に、更に、ＱＰＳＫ変調器３４１がシリコン基板３１０の表面に形成されている。よって、第４の実施の形態における波長可変レーザ光源を用いたものよりも、更に、光送受信器モジュールを小型にすることができる。
本実施の形態においては、シリコン基板３１０に形成されるシリコン導波路３４０によりＱＰＳＫ変調器３４１を形成したものについて説明した。しかしながら、シリコン基板３１０に形成されるシリコン導波路３４０により、９０°ハイブリッド導波路やフォトダイオードからなるコヒーレント受信器も形成することが可能である。この場合、ＳＯＡ集積素子１０の第３のＳＯＡ１３より出射されたレーザ光は、第２の出射側入力導波路３５２より受信部側光導波路３４２を伝播し、シリコン導波路３４０により形成された９０°ハイブリッド導波路の局所発振光の入力側に入射させてもよい。これにより、受信部２２０もシリコン基板３１０の上に形成されるため、光送受信器モジュールを更に小型にすることができる。
尚、本願の実施の形態における説明においては、波長可変レーザ光源として信号光用と局所発振光用の２つの光出力が得られる構造を示していが、３つの光出力が得られる波長可変レーザ光源であってもよい。例えば、３つの光出力が得られる波長可変レーザ光源としては、偏波多重コヒーレント通信用のものであって、ＴＥ偏光信号用、ＴＭ偏光信号用及び局所発振光用の３つの光出力が得られる波長可変レーザ光源が挙げられる。このような構造のレーザ光源においては、光分岐器として１×３スプリッタを用いて、レーザ光を３分岐し、３分岐されたレーザ光が各々入射するＳＯＡを３つ設けた構造のＳＯＡ集積素子、即ち、ＳＯＡが４つ設けられているＳＯＡ集積素子が用いられる。このような波長可変レーザ光源においては、ＴＥ／ＴＭ偏光信号の強度を独立に制御できるため、ＴＥ／ＴＭ信号光間の強度差を補正してより正確に偏波多重信号を送信することが可能となる。
以上、実施の形態について詳述したが、特定の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された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
１０ ＳＯＡ集積素子
１０ａ 一方の端面
１０ｂ 他方の端面
１１ 第１のＳＯＡ
１２ 第２のＳＯＡ
１３ 第３のＳＯＡ
１４ 部分反射ミラー
１５ 光分岐器
１６ 反射防止膜
１７ 反射防止膜
２１ ｎ−ＩｎＰ基板
２２ 下部ｎ−ＩｎＰクラッド層
２３ ＭＱＷ活性層
２４ 上部ｐ−ＩｎＰクラッド層
２５ コンタクト層
２６ ＳＩ−ＩｎＰ層
２７ 導波路コア層
３０ 保護膜
３１ 第１の電極
３２ 第２の電極
３３ 第３の電極
３４ 裏面電極
５１ レンズ
５２ 波長可変フィルタ
５２ａ 第１のエタロン
５２ｂ 第２のエタロン
２００ 波長可変レーザ光源
２１０ 送信部
２１１ ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器
２１２ 第１のビームスプリッタ
２１３ 第１の受光素子
２１４ 第２のビームスプリッタ
２１５ 第２の受光素子
２２０ 受信部
２２２ ハイブリッド
２２３ 受信部受光素子
２３０ 制御部
２３１ 第１の電源
２３２ 第２の電源
２３３ 第３の電源
３１０ シリコン基板
３２０ シリコン導波路
３２１ 第１の光導波路
３２２ 第２の光導波路
３２３ 第３の光導波路
３２４ 第１のリング共振器
３２５ 第２のリング共振器
３２６ ループミラー
３３０ 入力導波路
３４０ シリコン導波路
３４１ ＱＰＳＫ変調器
３４２ 受信部側光導波路
３５１ 第１の出射側入力導波路
３５２ 第２の出射側入力導波路

Claims (12)

  1. 半導体光増幅器集積素子と、波長可変フィルタと、ミラーとを有する波長可変レーザ光源と、コヒーレント光変調器を有する送信部と、コヒーレント受信器と、を有する光送受信器モジュールであって、
    前記半導体光増幅器集積素子の一方の端面の側には第１の半導体光増幅器が形成されており、他方の端面の側には第２の半導体光増幅器及び第３の半導体光増幅器が形成されており、
    前記第１の半導体光増幅器と、前記第２の半導体光増幅器及び前記第３の半導体光増幅器との間には、前記第１の半導体光増幅器側から順に部分反射ミラー及び光分岐器が設けられており、
    前記光分岐器の分岐の各々に、前記第２の半導体光増幅器及び前記第３の半導体光増幅器が接続されており、
    前記半導体光増幅器集積素子における前記部分反射ミラーと前記ミラーとによりレーザ共振器が形成されており、
    前記部分反射ミラーと前記ミラーとの間の光路上には、前記波長可変フィルタ及び前記第１の半導体光増幅器が配置されており、
    前記第２の半導体光増幅器より出射されたレーザ光は、前記コヒーレント光変調器に入射し、
    前記第３の半導体光増幅器より出射されたレーザ光は、局所発振光として前記コヒーレント受信器に入射することを特徴とする光送受信器モジュール。
  2. 前記半導体光増幅器集積素子は、半導体基板の上に半導体層を積層することにより形成されており、
    前記部分反射ミラーは、前記第１の半導体光増幅器と前記光分岐器との間の半導体層を除去し、前記第１の半導体光増幅器の活性層の端面を露出させた溝を形成することにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光送受信器モジュール。
  3. 前記部分反射ミラーは、半導体層に回折格子を形成することにより形成されたブラッグ反射鏡であることを特徴とする請求項１に記載の光送受信器モジュール。
  4. 前記半導体基板の裏面には裏面電極が形成されており、
    前記第１の半導体光増幅器の上部には第１の電極が形成されており、
    前記第２の半導体光増幅器の上部には第２の電極が形成されており、
    前記第３の半導体光増幅器の上部には第３の電極が形成されており、
    前記第２の半導体光増幅器は前記第２の電極より、前記第３の半導体光増幅器は前記第３の電極より、各々独立して電流を流すことができることを特徴とする請求項２に記載の光送受信器モジュール。
  5. 前記波長可変フィルタは複数の周期的な選択波長を持つ波長フィルタを有するものであって、バーニア効果により波長可変するものであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光送受信器モジュール。
  6. 前記半導体光増幅器集積素子はシリコン基板の上に設置されており、
    前記波長可変フィルタ及び前記ミラーは、シリコン基板の表面に形成されたシリコン導波路により形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光送受信器モジュール。
  7. 前記波長可変フィルタ、前記ミラーに加えてさらにコヒーレント光変調器が、前記シリコン基板の表面に形成されたシリコン導波路により形成されていることを特徴とする請求項６に記載の光送受信器モジュール。
  8. 前記第２の半導体光増幅器より出射されたレーザ光の一部を検出する第１の受光素子と、
    前記第３の半導体光増幅器より出射されたレーザ光の一部を検出する第２の受光素子と、
    を有することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の光送受信器モジュール。
  9. 前記第２の半導体光増幅器より出射されたレーザ光の一部を検出する第１の受光素子と、
    前記第３の半導体光増幅器より出射されたレーザ光の一部を検出する第２の受光素子と、
    を有することを特徴とする請求項７に記載の光送受信器モジュール。
  10. 前記第１の半導体光増幅器に電流を流す第１の電源と、
    前記第２の半導体光増幅器に電流を流す第２の電源と、
    前記第３の半導体光増幅器に電流を流す第３の電源と、
    制御部と、
    を有しており、
    前記制御部は、前記第１の受光素子において検出されたパワーに基づき、前記第２の電源により、前記第２の半導体光増幅器に電流を流す電流を制御し、
    前記第２の受光素子において検出されたパワーに基づき、前記第３の電源により、前記第３の半導体光増幅器に電流を流す電流を制御することを特徴とする請求項８または９に記載の光送受信器モジュール。
  11. 前記第２の半導体光増幅器の導波路及び前記第３の半導体光増幅器の導波路は、前記半導体光増幅器集積素子の端面に対して異なる角度を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の光送受信器モジュール。
  12. 前記第２の半導体光増幅器の出射光及び前記第３の半導体光増幅器の出射光が結合される導波路デバイスを有し、
    前記第２の半導体光増幅器からの出射光及び前記第３の半導体光増幅器からの出射光が、前記導波路デバイスのそれぞれ異なる２つの導波路に結合されており、一方が、導波路上に集積されたコヒーレント光変調器に入射し、他方が、コヒーレント受信器に入射することを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の光送受信器モジュール。
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