JP6928622B2 - 波長可変レーザ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、波長可変レーザ装置に関するものである。
コヒーレント通信の普及に伴い、狭線幅の波長可変レーザの需要が高まっている。一般に、半導体レーザを狭線幅化するには光共振器を長くする必要がある（特許文献１、２、非特許文献１参照）。また、半導体レーザから出力されるレーザ光を半導体光増幅器で増幅して出力する構成の波長可変レーザが開示されている（特許文献３参照）。
米国特許第６６６５３２１号明細書 国際公開第２０１６／１５２２７４号 特許第５５６７２２６号公報
N. Kobayashi et al., "Silicon Photonic Hybrid Ring-Filter External Cavity Wavelength Tunable Lasers," J. Lightwave Technol., vol. 33, pp.1241-1246, 2015
しかしながら、光共振器が長い半導体レーザは、共振器モード（縦モード）の波長間隔（光周波数間隔）が狭いので、安定した単一モード発振性を実現することが困難な場合がある。また、半導体レーザから出力されるレーザ光を半導体光増幅器で増幅して出力する構成の波長可変レーザでは、レーザ光の波長の正確な制御が困難な場合がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、安定した単一モード発振性の実現及びレーザ光の波長の正確な制御が容易な波長可変レーザ装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る波長可変レーザ装置は、光共振器内に波長応答スペクトルが可変である複数の波長選択要素を有する波長可変レーザ要素と、前記波長可変レーザ要素から出力されるレーザ光が入力され、該レーザ光を増幅する半導体光増幅器と、前記波長可変レーザ要素と前記半導体光増幅器との間に配置される光アイソレータと、前記波長可変レーザ要素から出力され、前記半導体光増幅器に入力される前のレーザ光の強度変動を検出する光強度変動検出手段と、前記光共振器の共振器モードを波長軸上で変調する共振器モード用波長ディザを生成する波長ディザ生成手段と、前記光強度変動検出手段により検出される強度変動に基づいて、前記共振器モード用波長ディザをフィードバック制御する波長ディザフィードバック制御手段と、を備えることを特徴とする。
本発明の一態様に係る波長可変レーザ装置は、前記波長ディザ生成手段は、前記複数の波長選択要素の少なくとも一つの波長応答スペクトルを波長軸上で変調する波長選択要素用波長ディザを生成することを特徴とする。
本発明の一態様に係る波長可変レーザ装置は、前記波長応答スペクトルは反射スペクトルであって、前記共振器モード用波長ディザによって前記複数の波長選択要素の反射スペクトルの所定の帯域内に移動した共振器モードを、前記所定の帯域内の反射ピークと一致させることを特徴とする。
本発明の一態様に係る波長可変レーザ装置は、前記波長応答スペクトルは透過スペクトルであって、前記共振器モード用波長ディザによって前記複数の波長選択要素の透過スペクトルの所定の帯域内に移動した共振器モードを、前記所定の帯域内の透過ピークと一致させることを特徴とする。
本発明の一態様に係る波長可変レーザ装置は、前記複数の波長選択要素の応答スペクトルのうち、或るピーク同士が波長軸上で一致した状態で、前記光共振器の共振器モードを波長軸上で変調することを特徴とする。
本発明の一態様に係る波長可変レーザ装置は、前記波長応答スペクトルは反射スペクトルであって、前記複数の波長選択要素のうちの一組の波長選択要素は、前記反射スペクトルのピーク間の間隔が互いに異なることを特徴とする。
本発明の一態様に係る波長可変レーザ装置は、前記半導体光増幅器から出力されたレーザ光の強度を検出する光強度検出手段と、前記光強度検出手段により検出される強度に基づいて、前記半導体光増幅器をフィードバック制御する半導体光増幅器フィードバック制御手段と、をさらに備えることを特徴とする。
本発明の一態様に係る波長可変レーザ装置は、前記波長可変レーザ要素は、位相調整信号が与えられて前記光共振器内の光の位相を変化させる位相調整要素を有し、前記波長ディザ生成手段は、前記位相調整信号によって前記位相調整要素を制御することにより、前記共振器モード用波長ディザを生成し、前記波長ディザフィードバック制御手段は、前記位相調整要素を制御することにより、前記共振器モード用波長ディザのフィードバック制御を行うことを特徴とする。
本発明の一態様に係る波長可変レーザ装置は、前記波長ディザ生成手段は、前記位相調整信号によって前記位相調整要素の屈折率を変調することを特徴とする。
本発明の一態様に係る波長可変レーザ装置は、前記波長ディザ生成手段は、前記位相調整信号によって、前記位相調整要素を加熱するヒータの発熱量を制御することによって、前記位相調整要素の屈折率を変調することを特徴とする。
本発明の一態様に係る波長可変レーザ装置は、前記波長ディザ生成手段は、前記波長選択要素の屈折率を変調することによって前記波長選択要素用波長ディザを生成することを特徴とする。
本発明の一態様に係る波長可変レーザ装置は、前記波長ディザ生成手段は、２つの前記波長選択要素の屈折率を変調することによって前記波長選択要素用波長ディザを生成することを特徴とする。
本発明によれば、安定した単一モード発振性の実現及びレーザ光の波長の正確な制御が容易な波長可変レーザ装置を実現できるという効果を奏する。
図１は、実施形態に係る波長可変レーザ装置の構成を示す模式図である。 図２は、波長可変レーザの構成例１及び制御器を示す模式図である。 図３Ａは、第一の櫛状反射スペクトル及び第二の櫛状反射スペクトルを示す図である。 図３Ｂは、第一の櫛状反射スペクトル、第二の櫛状反射スペクトル及び共振器モードを示す図である。 図４は、第一の櫛状反射スペクトル、第二の櫛状反射スペクトル及びその重なりを示す図である。 図５は、第一の櫛状反射スペクトル、第二の櫛状反射スペクトル及び共振器モードの重なり並びに波長ディザを示す図である。 図６は、波長可変レーザの構成例２を示す模式図である。 図７は、波長可変レーザの構成例３を示す模式図である。
以下に、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、図中で適宜ｘｙｚ座標軸を示し、これにより方向を説明する。
（実施形態）
図１は、実施形態に係る波長可変レーザ装置の構成を示す模式図である。波長可変レーザ装置１００は、筐体１内に、温度調節素子２、支持部材３、波長可変レーザ要素としての波長可変レーザ４、コリメートレンズ５、温度調節素子６、支持部材７、光アイソレータ８、集光レンズ９、半導体光増幅器１０、コリメートレンズ１１、ビームスプリッタ１２、１３、光強度変動検出手段としてのパワーモニタ用フォトダイオード（Photo Diode：ＰＤ）１４、エタロンフィルタ１５、波長モニタ用ＰＤ１６、ビームスプリッタ１７、パワーモニタ用ＰＤ１８、集光レンズ１９、及び光ファイバ２０の一端が収容され、モジュール化された構成を備える。このモジュールを波長可変レーザモジュールと記載する。さらに、波長可変レーザ装置１００は、波長可変レーザモジュールの動作を制御する制御器２１を備える。
筐体１は、底板１ａと、側壁部と、上部蓋とを有している。なお、図１では説明のために上部蓋は記載を省略している。紙面右側の側壁部には、集光レンズ１９を収容し、かつ光ファイバ２０の一端が挿通固定されるホルダ部１ｂが設けられている。筐体１は内部が気密構造となるように封止されている。底板１ａは銅タングステン（ＣｕＷ）などの熱伝導率が高い材料からなる。筐体１のその他の部分はＫｏｖａｒ（登録商標）などの熱膨張係数が低い材料からなる。
温度調節素子２は、たとえばペルチェ素子である。温度調節素子２は、筐体１内において、底板１ａに載置されており、駆動電流が供給されることによって波長可変レーザ４を冷却してその温度を調節することができる。
支持部材３は、温度調節素子２に載置されている。支持部材３は、波長可変レーザ４及びコリメートレンズ５を載置するものであり、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの熱伝導率が高い材料からなる。波長可変レーザ４は、支持部材３を介して温度調節素子２に載置されている。
波長可変レーザ４は、たとえばバーニア効果を利用した波長可変レーザであるが、その構成例は後に詳述する。波長可変レーザ４は、制御器２１によって制御されてレーザ光Ｌ１を出力する。レーザ光Ｌ１の波長は光通信用に用いられる波長帯（たとえば１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍ）内の波長である。
コリメートレンズ５は、支持部材３に載置され、波長可変レーザ４のレーザ光出力側（前方側）に配置されている。コリメートレンズ５は、波長可変レーザ４から出力されたレーザ光Ｌ１を平行光に変換する。
温度調節素子６は、筐体１内において、底板１ａに載置され、波長可変レーザ４の前方側に配置されている。温度調節素子６はたとえばペルチェ素子である。温度調節素子６は、駆動電流が供給されることによって載置する各要素の温度を調節することができる。
支持部材７は、温度調節素子６に載置されている。支持部材７は、熱伝導率が高い材料で構成されており、光アイソレータ８、集光レンズ９、半導体光増幅器１０、コリメートレンズ１１、ビームスプリッタ１２、１３、光強度変動検出手段としてのパワーモニタ用ＰＤ１４、エタロンフィルタ１５、波長モニタ用ＰＤ１６、ビームスプリッタ１７、パワーモニタ用ＰＤ１８の各要素を載置している。各要素は温度調節素子６によって温度調節される。
光アイソレータ８は、波長可変レーザ４と半導体光増幅器１０との間に配置されている。光アイソレータ８は、紙面左側から入力されたレーザ光Ｌ１を紙面右側に通過させ、かつ、紙面右側から紙面左側への光の通過を阻止する。これによって、波長可変レーザ４に戻り光（反射光や半導体光増幅器１０が発生するＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光が入力されることが防止される。このことは、波長可変レーザ４の動作の安定に寄与するとともに、レーザ光Ｌ１の狭線幅化に寄与する。
集光レンズ９は、コリメートレンズ５によって平行光にされ、光アイソレータ８を通過したレーザ光Ｌ１を半導体光増幅器１０に集光して入力させる。
半導体光増幅器１０は、波長可変レーザ４とは分離して設けられており、活性層を含むストライプ状の埋め込みメサ構造の光導波路である光増幅部１０ａを有している。半導体光増幅器１０は、光増幅部１０ａに入力されたレーザ光Ｌ１を光増幅して出力する。このとき、半導体光増幅器１０は、制御器２１によって電力を供給され、レーザ光Ｌ１が所望の光強度になるように光増幅する。
コリメートレンズ１１は、半導体光増幅器１０から出力された増幅されたレーザ光Ｌ１を平行光にする。集光レンズ１９は、コリメートレンズ１１によって平行光にされたレーザ光Ｌ１を光ファイバ２０に集光して光結合させる。光ファイバ２０はレーザ光Ｌ１を所定の装置等まで伝送する。
ビームスプリッタ１２は、光アイソレータ８と集光レンズ９との間に配置されている。ビームスプリッタ１２は、たとえばハーフミラーであり、光アイソレータ８を通過したレーザ光Ｌ１の大部分を透過して集光レンズ９に入力させるとともに、レーザ光Ｌ１の一部（レーザ光Ｌ２）をパワーモニタ用ＰＤ１４に向けて反射させる。ビームスプリッタ１３は、たとえばハーフミラーであり、レーザ光Ｌ２の一部（レーザ光Ｌ３）をエタロンフィルタ１５に反射させる。
パワーモニタ用ＰＤ１４は、レーザ光Ｌ２の強度を検出し、検出された強度に応じた電気信号を制御器２１に出力する。
エタロンフィルタ１５は、波長に対して周期的な透過特性（透過波長特性）を有し、その透過波長特性に応じた透過率で、ビームスプリッタ１３が反射したレーザ光Ｌ３を選択的に透過して波長モニタ用ＰＤ１６に入力する。波長モニタ用ＰＤ１６は、エタロンフィルタ１５を透過したレーザ光Ｌ３の強度を検出し、検出された強度に応じた電気信号を制御器２１に出力する。エタロンフィルタ１５の透過波長特性の周期としては、光周波数で表すとたとえば５０ＧＨｚ、３３．３ＧＨｚ、２５ＧＨｚなどである。
パワーモニタ用ＰＤ１４及び波長モニタ用ＰＤ１６によって検出されたレーザ光Ｌ２、Ｌ３の強度は、制御器２１による波長ロック制御（波長可変レーザ４から出力されるレーザ光Ｌ１を所望の波長にするための制御）に用いられる。
具体的には、波長ロック制御では、制御器２１は、パワーモニタ用ＰＤ１４によって検出されたレーザ光Ｌ２の強度と、波長モニタ用ＰＤ１６によって検出された、エタロンフィルタ１５透過後のレーザ光Ｌ３の強度との比が、レーザ光Ｌ１の強度及び波長が所望の強度及び波長になるときの比になるように、波長可変レーザ４の駆動電流と温度とを変化させる制御をする。これにより、レーザ光Ｌ１の波長を所望の波長（ロック波長）に制御することができる。このように、ビームスプリッタ１２、１３、パワーモニタ用ＰＤ１４、エタロンフィルタ１５、及び波長モニタ用ＰＤ１６は、レーザ光Ｌ１の波長の変化をモニタする波長モニタ機構として機能する。
また、ビームスプリッタ１７は、半導体光増幅器１０によって光増幅され、半導体光増幅器１０から出力されたレーザ光Ｌ１の一部（レーザ光Ｌ４）を反射させる。光強度検出手段としてのパワーモニタ用ＰＤ１８は、レーザ光Ｌ４の強度を検出し、検出された強度に応じた電気信号を制御器２１に出力する。制御器２１は、パワーモニタ用ＰＤ１８によって検出されたレーザ光Ｌ４の強度に基づいて半導体光増幅器１０をフィードバック制御（出力一定制御）する。具体的には、制御器２１は、レーザ光Ｌ４の強度に基づいて、レーザ光Ｌ１が所望の強度になるように半導体光増幅器１０に供給する電力を制御してフィードバック制御を行う。
制御器２１は、波長可変レーザ４及び半導体光増幅器１０をそれぞれ駆動するための駆動部と、これらの駆動部の制御のための各種演算処理を行う演算処理部と、演算処理部が演算処理を行うために使用する各種プログラムやデータ等が格納されるＲＯＭなどの記憶部と、演算処理部が演算処理を行う際の作業スペースや演算処理部の演算処理の結果等を記憶する等のために使用されるＲＡＭなどの記憶部とを備えている。制御器２１は、半導体光増幅器１０をフィードバック制御する半導体光増幅器フィードバック制御手段、並びに、後述する波長ディザ生成手段、波長ディザフィードバック制御手段としての機能を有する。
つぎに、波長可変レーザ４の構成例及びその制御について説明する。図２は、波長可変レーザ４の構成例１及び制御器を示す模式図である。
波長可変レーザ４は、共通の基部Ｂ上に形成された、第１の導波路部４１０と第２の導波路部４２０とを備えている。基部Ｂはたとえばｎ型ＩｎＰからなる。なお、基部Ｂの裏面にはｎ側電極４３０が形成されている。ｎ側電極４３０は、たとえばＡｕＧｅＮｉを含んで構成され、基部Ｂとオーミック接触する。
第１の導波路部４１０は、導波路部４１１と、半導体積層部４１２と、ｐ側電極４１３と、Ｔｉからなるマイクロヒータ４１５とを備えている。第１の導波路部４１０は、埋込み導波路構造を有しており、導波路部４１１は、半導体積層部４１２内にｚ方向に延伸するように形成されている。第１の導波路部４１０内には、利得部４１１ａと、波長選択要素としてのＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）型の回折格子層４１１ｂとが配置されている。利得部４１１ａは、ＩｎＧａＡｓＰからなる多重量子井戸構造と光閉じ込め層とを有する活性層である。また、回折格子層４１１ｂは、ＩｎＧａＡｓＰとＩｎＰとからなる標本化回折格子で構成されている。半導体積層部４１２は、ＩｎＰ系半導体層が積層して構成されており、導波路部４１１に対してクラッド部の機能等を備える。
ｐ側電極４１３は、半導体積層部４１２上において、利得部４１１ａに沿うように配置されている。なお、半導体積層部４１２には後述するＳｉＮ保護膜が形成されており、ｐ側電極４１３はＳｉＮ保護膜に形成された開口部を介して半導体積層部４１２に接触している。マイクロヒータ４１５は、半導体積層部４１２のＳｉＮ保護膜上において、回折格子層４１１ｂに沿うように配置されている。マイクロヒータ４１５は、制御器２１から電流を供給されることによって発熱し、回折格子層４１１ｂを加熱する。制御器２１が通電量を制御することによって回折格子層４１１ｂの温度が変化し、その屈折率が変化する。
第２の導波路部４２０は、２分岐部４２１と、２つのアーム部４２２、４２３と、リング状導波路４２４と、Ｔｉからなるマイクロヒータ４２５とを備えている。
２分岐部４２１は、１×２型の多モード干渉型（ＭＭＩ）導波路４２１ａを含む１×２型の分岐型導波路で構成され、２ポート側が２つのアーム部４２２、４２３のそれぞれに接続されるとともに１ポート側が第１の導波路部４１０側に接続されている。２分岐部４２１により、２つのアーム部４２２、４２３は、その一端が統合され、回折格子層４１１ｂと光学的に結合される。
アーム部４２２、４２３は、いずれもｚ方向に延伸し、リング状導波路４２４を挟むように配置されている。アーム部４２２、４２３はリング状導波路４２４と近接し、いずれも同一の結合係数κでリング状導波路４２４と光学的に結合している。κの値はたとえば０．２である。アーム部４２２、４２３とリング状導波路４２４とは、リング共振器フィルタＲＦ１を構成している。また、リング共振器フィルタＲＦ１と２分岐部４２１とは、波長選択要素としての反射ミラーＭ１を構成している。マイクロヒータ４２５はリング状であり、リング状導波路４２４を覆うように形成されたＳｉＮ保護膜上に配置されている。マイクロヒータ４２５は、制御器２１から電流を供給されることによって発熱し、リング状導波路４２４を加熱する。制御器２１が通電量を制御することによってリング状導波路４２４の温度が変化し、その屈折率が変化する。
２分岐部４２１、アーム部４２２、４２３、及びリング状導波路４２４は、いずれも、ＩｎＧａＡｓＰからなる光導波層４２０ａがＩｎＰからなるクラッド層によって挟まれたハイメサ導波路構造を有している。
また、アーム部４２３の一部のＳｉＮ保護膜上には、マイクロヒータ４２６が配置されている。アーム部４２３のうちマイクロヒータ４２６の下方の領域は、光の位相を変化させる位相調整要素である位相調整部４２７として機能する。マイクロヒータ４２６は、制御器２１から電流を供給されることによって発熱し、位相調整部４２７を加熱する。制御器２１が通電量を制御することによって位相調整部４２７の温度が変化し、その屈折率が変化する。
第１の導波路部４１０と第２の導波路部４２０は、互いに光学的に接続された一組の波長選択要素である回折格子層４１１ｂと反射ミラーＭ１とにより構成される、光共振器Ｃ１を構成している。利得部４１１ａと位相調整部４２７とは光共振器Ｃ１内に配置される。
つぎに、回折格子層４１１ｂとリング共振器フィルタＲＦ１との反射特性について図３Ａ、Ｂを用いて説明する。図３Ａ、Ｂにおいて縦軸は反射率（Reflectance）を示している。回折格子層４１１ｂは、図３Ａに凡例「ＳＧ」で曲線を示すように、波長応答スペクトルとして、略所定の波長間隔で略周期的な反射特性を有する第一の櫛状反射スペクトルを生成する。一方、リング共振器フィルタＲＦ１は、図３Ａに凡例「Ｒｉｎｇ」で曲線を示すように、波長応答スペクトルとして、所定の波長間隔で周期的な反射特性を有する第二の櫛状反射スペクトルを生成する。図３Ｂは図３Ａの反射スペクトルの１５５０ｎｍ近傍を拡大して示した図である。図３Ｂにおいて、凡例「Ｍｏｄｅ」は、光共振器Ｃ１の共振器モードを示している。共振器モードは少なくとも図３Ａに示す１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍの波長範囲に亘って存在している。図３Ａ、Ｂに示すように、第二の櫛状反射スペクトルは、第一の櫛状反射スペクトルのピークＳＣ１の半値全幅よりも狭い半値全幅のピークＳＣ２を有し、第一の櫛状反射スペクトルの波長間隔とは異なる波長間隔で略周期的な反射特性を有する。但し、屈折率の波長分散を考慮すると、スペクトル成分は厳密には等波長間隔になっていないことに注意が必要である。
各櫛状反射スペクトルの特性について例示すると、第一の櫛状反射スペクトルのピーク間の波長間隔（自由スペクトル領域：ＦＳＲ）は光の周波数で表すと３７３ＧＨｚであり、各ピークの半値全幅は光の周波数で表すと４３ＧＨｚである。また、第二の櫛状反射スペクトルのピーク間の波長間隔（ＦＳＲ）は光の周波数で表すと４００ＧＨｚであり、各ピークの半値全幅は光の周波数で表すと２５ＧＨｚである。すなわち、第二の櫛状反射スペクトルの各ピークの半値全幅（２５ＧＨｚ）は第一の櫛状反射スペクトルの各ピークの半値全幅（４３ＧＨｚ）より狭い。
また、第二の櫛状反射スペクトルのピークは波長に対して急峻に変化する形状を有しており、波長に対する反射率の２次微分がピークより短波長側及び長波長側で正値をとる波長域がある。第二の櫛状反射スペクトルのピークは例えば二重指数分布（ラプラス分布）型の形状である。一方、第一の櫛状反射スペクトルのピークは、第二の櫛状反射スペクトルのピークに比して、波長に対して緩やかに変化する形状を有しており、波長に対する反射率の２次微分がピークに対して短波長側及び長波長側で負値をとる波長域がある。第一の櫛状反射スペクトルのピークは例えばガウシャン型の形状である。
波長可変レーザ４において、レーザ発振を実現するために、第一の櫛状反射スペクトルのピークの一つと第二の櫛状反射スペクトルのピークの一つとを波長軸上で重ね合わせ可能に構成されている。図４は、第一の櫛状反射スペクトル、第二の櫛状反射スペクトル及びその重なりを示す図である。凡例「Ｏｖｅｒｌａｐ」で示す曲線がスペクトルの重なりを示す。図４に示す例では、波長１５５０ｎｍにて重なりがもっとも大きくなる。
なお、このような重ね合わせは、マイクロヒータ４１５及びマイクロヒータ４２５の少なくともいずれか一つを用いて、マイクロヒータ４１５により回折格子層４１１ｂを加熱して熱光学効果によりその屈折率を変化させて第一の櫛状反射スペクトルを波長軸上で全体的に移動させて変化させる、及び、マイクロヒータ４２５によりリング状導波路４２４を加熱してその屈折率を変化させて第二の櫛状反射スペクトルを波長軸上で全体的に移動させて変化させる、の少なくともいずれか一つを行うことにより、実現することができる。
一方、波長可変レーザ４において、図３Ｂにその一部を示すように、光共振器Ｃ１による共振器モードが存在する。波長可変レーザ４においては、共振器モードの間隔（縦モード間隔）は２５ＧＨｚ以下となるように光共振器Ｃ１の共振器長が設定されている。この設定の場合、光共振器Ｃ１の共振器長は１８００μｍ以上となり、発振するレーザ光の狭線幅化が期待できる。
波長可変レーザ４は、制御器２１により、ｎ側電極４３０及びｐ側電極４１３から利得部４１１ａへ電流を注入し、利得部４１１ａを発光させると、第一の櫛状反射スペクトルのスペクトル成分のピーク、第二の櫛状反射スペクトルのスペクトル成分のピーク、及び光共振器Ｃ１の共振器モードの一つが一致した波長、例えば１５５０ｎｍでレーザ発振し、レーザ光Ｌ１を出力するように構成されている。なお、光共振器Ｃ１の共振器モードの波長は、マイクロヒータ４２６を用いて位相調整部４２７を加熱してその屈折率を変化させて共振器モードの波長を波長軸上で全体的に移動させることにより微調整することができる。すなわち、位相調整部４２７は、光共振器Ｃ１の光路長を能動的に制御するための部分である。
つぎに、波長可変レーザ４におけるレーザ発振波長の選択方法を説明する。波長可変レーザ４では、バーニア効果を利用してレーザ発振波長の選択を行っている。
図３Ａ、Ｂ、図４にも示すように、第一の櫛状反射スペクトルと第二の櫛状反射スペクトルとのＦＳＲは、わずかに異なるように設計されている。なお、ピークがより鋭い第二の櫛状反射スペクトルのＦＳＲの方を大きくすることで、スペクトルの重なりのピークが最も高い１５５０ｎｍに隣接する重なり（例えば、１５４７ｎｍ付近の重なり）のピークの高さが相対的に小さくなる。その結果、スペクトルの重なりのピークが最も高い波長に隣接する重なりのピークの波長でのレーザ発振が抑制されることとなるので、サイドモード抑圧比を高くできる。
波長可変レーザ４における可変波長範囲は、バーニア効果により、ＦＳＲの最小公倍数で決定される。第一の櫛状反射スペクトルのピークの一つと第二の櫛状反射スペクトルのピークの一つが重ね合わせられ、そのピークが一致した波長で反射率が最大となり、レーザ発振が起こる。つまり、回折格子層４１１ｂとリング共振器フィルタＲＦ１のバーニア効果により大まかなレーザ発振波長が決定される（スーパーモード）。より精密には、レーザ発振波長は、光共振器Ｃ１内において、回折格子層４１１ｂから、２分岐部４２１、リング共振器フィルタＲＦ１のアーム部４２２、４２３のうちの一方、リング状導波路４２４、アーム部４２２、４２３のうちの他方、２分岐部４２１を順に経由して回折格子層４１１ｂに帰還する経路（共振器長）で定義される共振器モードの波長とスーパーモードとの重なりで決定される。すなわち、重ね合わされた第一の櫛状反射スペクトルのピークと第二の櫛状反射スペクトルのピークの重なり領域に、光共振器Ｃ１の共振器モードの一つを一致させ、その一致した共振器モードの波長でレーザ発振することとなる。したがって、波長可変レーザ４では、回折格子層４１１ｂに対するマイクロヒータ４１５とリング共振器フィルタＲＦ１に対するマイクロヒータ４２５とにより第一の櫛状反射スペクトルと第二の櫛状反射スペクトルとをそれぞれチューニングすることで粗調、位相調整部４２７に対するマイクロヒータ４２６により共振器長をチューニングすることで微調を行う波長可変動作が実現される。
図３Ａ、Ｂに示す状態（第１の状態とする）では、第一の櫛状反射スペクトルと第二の櫛状反射スペクトルとは波長１５５０ｎｍで重なりが最も大きい（スーパーモード）。第１の状態ではレーザ発振波長は１５５０ｎｍ付近に粗調されている状態である。第１の状態で位相調整部４２７をチューニングすることで共振器モードを微調することで、波長１５５０ｎｍでのレーザ発振を得ることができる。
つぎに、レーザ発振波長を変更する場合は、リング共振器フィルタＲＦ１のチューニングを固定した状態で、回折格子層４１１ｂのみマイクロヒータ４１５で加熱する。すると、熱光学効果により回折格子層４１１ｂの屈折率が上昇し、回折格子層４１１ｂの反射スペクトル（第一の櫛状反射スペクトル）は全体的に長波側にシフトする。その結果、１５５０ｎｍ付近のリング共振器フィルタＲＦ１の反射スペクトル（第二の櫛状反射スペクトル）のピークとの重なりが解かれ、長波側に存在する別のピーク（１５５６ｎｍ付近）に重なり、第２の状態となる。これにより、別のスーパーモードへの遷移が実現する。さらに、位相調整部４２７をチューニングして共振器モードを微調することで、１５５６ｎｍ付近でのレーザ発振を実現できる。なお、レーザ発振波長を短波側に変更する際は、回折格子層４１１ｂのチューニングを固定し、リング共振器フィルタＲＦ１のみマイクロヒータ４２５で加熱して、リング共振器フィルタＲＦ１の櫛状反射スペクトルを全体的に長波側にシフトさせればよい。
ここで、本実施形態に係る波長可変レーザ装置１００では、重ね合わされた第一の櫛状反射スペクトルのピークと第二の櫛状反射スペクトルのピークの重なり領域に、光共振器Ｃ１の共振器モードの一つを一致させるために、制御器２１が以下の制御を行う。
すなわち、制御器２１は、光共振器Ｃ１の共振器モードを波長軸上で変調する共振器モード用波長ディザを生成し、光強度変動検出手段であるパワーモニタ用ＰＤ１４により検出される光の強度変動に基づいて、共振器モード用波長ディザをフィードバック制御する。
具体的には、制御器２１からマイクロヒータ４２６を発熱させるために供給する電流を強度変調電流とした位相調整信号にすることによって、マイクロヒータ４２６の発熱量を制御し、これによって位相調整部４２７を制御し、その温度及び屈折率を強度変調する。すると、共振器モードは、図５の矢印Ｄ１で示すよう波長軸上で所定の波長幅で全体的に変調する。この変調（共振器モード用波長ディザ）により、第一の櫛状反射スペクトルのピークと第二の櫛状反射スペクトルのピークの重なり領域と、光共振器Ｃ１の共振器モードとの重なりの程度も変動されるため、波長可変レーザ４から出力されるレーザ光Ｌ１の強度が変動する。この光強度変動はパワーモニタ用ＰＤ１４により検出される。制御器２１は、検出された光強度変動の変動量が小さく、かつ光強度が大きくなるように共振器モード用波長ディザの変調の振幅をフィードバック制御する。すなわち、位相調整信号で位相調整部４２７を制御することによって、共振器モード用波長ディザのフィードバック制御を行う。このようなフィードバック制御は、例えば、検出される光強度変動の変動量が設定値範囲内、かつ光強度が設定値範囲内の状態を維持するように継続して行われる。
なお、半導体光増幅器１０は一般に利得飽和の状態で動作させるため、レーザ光Ｌ１の強度変動は半導体光増幅器１０によって緩和される。そのため、半導体光増幅器１０よって増幅されたレーザ光Ｌ１においては、共振器モード用波長ディザに対する応答としての光強度変動が検出しづらくなる。特に、本実施形態に係る波長可変レーザ装置１００のように半導体光増幅器１０を出力一定制御している場合では、振器モード用波長ディザによる光強度変動が出力一定制御の影響を受けてさらに緩和され、検出しづらくなる。
しかしながら、この波長可変レーザ装置１００では、パワーモニタ用ＰＤ１４が、波長可変レーザ４から出力されて半導体光増幅器１０に入力される前のレーザ光Ｌ１の強度変動を検出する構成であるので、利得飽和や出力一定制御の影響を受けず、共振器モード用波長ディザに対する応答としての本来の光強度変動が検出しやすくなる。その結果、共振器モード用波長ディザによって所定の帯域内の２つの櫛状反射スペクトルのピークの重なり領域に光共振器Ｃ１の共振器モードの１つを移動させて一致させる制御を、より一層正確に行うことができる。特に、第二の櫛状反射スペクトルのピークは波長に対して急峻に変化する形状を有しているため、共振器モード用波長ディザに対する応答としての光強度変動が大きくなる。その結果、２つの櫛状反射スペクトルのピークの重なり領域に光共振器Ｃ１の共振器モードの１つを正確に一致させやすくなる。なお、図５では、共振器モードＭＯＤＥ１が２つの櫛状反射スペクトルのピークの重なり領域に一致している状態を示している。
また、光アイソレータ８により、共振器モード用波長ディザに対する応答としての光強度変動が戻り光の影響を受けにくくなり、より一層正確に行うことができる。また、２つの櫛状反射スペクトルのピークの重なり領域に光共振器Ｃ１の共振器モードの１つを移動させて一致させる制御をより一層正確に行うことができるので、波長可変レーザ４の安定した単一モード発振性の実現が容易にできる。
なお、波長可変レーザ装置１００の波長可変レーザ４において、制御器２１が、波長ディザ生成手段として、複数の波長選択要素である回折格子層４１１ｂ及び反射ミラーＭ１の少なくとも一つの波長応答スペクトル（櫛状反射スペクトル）を波長軸上で変調する波長選択要素用波長ディザをさらに生成するように制御器２１を構成としてもよい。この場合、制御器２１は、共振器モード用波長ディザ及び波長選択要素用波長ディザを生成し、光強度変動検出手段であるパワーモニタ用ＰＤ１４により検出される光の強度変動に基づいて、共振器モード用波長ディザ及び波長選択要素用波長ディザをフィードバック制御する。
反射ミラーＭ１に対する波長選択要素用波長ディザを生成する場合を例にして説明する。制御器２１からマイクロヒータ４２５を発熱させるために供給する電流を強度変調電流とした反射スペクトル調整信号にすることによって、マイクロヒータ４２５の発熱量を制御し、これによって反射ミラーＭ１を制御し、その温度及び屈折率を強度変調する。すると、第一の櫛状反射スペクトルは、図５の矢印Ｄ２で示すよう波長軸上で所定の波長幅で全体的に変調する。なお、共振器モードも矢印Ｄ１で示すよう波長軸上で所定の波長幅で全体的に変調する。この２つの変調により、第一の櫛状反射スペクトルのピークと第二の櫛状反射スペクトルのピークの重なり領域と、光共振器Ｃ１の共振器モードとの重なりの程度も変動されるため、波長可変レーザ４から出力されるレーザ光Ｌ１の強度が変動する。この光強度変動はパワーモニタ用ＰＤ１４により検出される。制御器２１は、検出された光強度変動の変動量が小さく、かつ光強度が大きくなるように波長選択要素用波長ディザ及び共振器モード用波長ディザの変調の振幅をフィードバック制御する。すなわち、位相調整信号で位相調整部４２７を制御し、反射スペクトル調整信号で反射ミラーＭ１を制御することによって、波長選択要素用波長ディザ及び共振器モード用波長ディザのフィードバック制御を行う。このようなフィードバック制御は、例えば、検出される光強度変動の変動量が設定値以下、かつ光強度が設定値以上の状態を維持するように継続して行われる。
さらに回折格子層４１１ｂに対する波長選択要素用波長ディザを生成する場合は、制御器２１からマイクロヒータ４１５に供給する電流を強度変調電流とした反射スペクトル調整信号にすることによって、マイクロヒータ４１５の発熱量を制御し、これによって回折格子層４１１ｂを制御し、その温度及び屈折率を強度変調する。すると、第二の櫛状反射スペクトルは、図５の矢印Ｄ３で示すよう波長軸上で所定の波長幅で全体的に変調する。これら矢印Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３の３つの変調により、第一の櫛状反射スペクトルのピークと第二の櫛状反射スペクトルのピークの重なり領域と、光共振器Ｃ１の共振器モードとの重なりの程度も変動されるため、波長可変レーザ４から出力されるレーザ光Ｌ１の強度が変動する。制御器２１は、パワーモニタ用ＰＤ１４により検出された光強度変動の変動量が小さく、かつ光強度が大きくなるように２つの波長選択要素用波長ディザ及び共振器モード用波長ディザの変調の振幅をフィードバック制御する。このようなフィードバック制御は、例えば、検出される光強度変動の変動量が設定値以下、かつ光強度が設定値以上の状態を維持するように継続して行われる。
（波長可変レーザの構成例２）
実施形態の波長可変レーザ装置１００において、波長可変レーザ４は他の様々な構成の波長可変レーザ要素に置き換えることができる。図６は、波長可変レーザの構成例２を示す模式図である。構成例２に係る波長可変レーザ４Ａは、半導体増幅素子４０１Ａと、コリメートレンズ５と、エタロンフィルタ４０２Ａ、４０３Ａと、エタロンフィルタ４０２Ａ、４０３Ａがそれぞれ載置される、基台４０４Ａ、４０５Ａと、反射膜付き光アイソレータ８Ａの光アイソレータ８の端面に形成された反射膜４０６Ａと、半導体増幅素子４０１Ａから出力されるレーザ光の波長において透明な光学要素４０７Ａと、光学要素４０７Ａが載置されるヒータ付き基台４０８Ａと、を含んで構成されている。波長可変レーザ４Ａと反射膜付き光アイソレータ８Ａは波長可変レーザ装置１００の波長可変レーザ４、光アイソレータ８と置き換えることができる。なお、反射膜付き光アイソレータ８Ａは支持部材３に載置してもよい。
半導体増幅素子４０１Ａは、後端面に、例えば反射率が９０％以上の高反射膜４０１Ａａが形成され、前端面に無反射膜４０１Ａｂが形成されており、前端面側からレーザ光を出力する。半導体増幅素子４０１Ａは例えば埋め込み導波路構造を有するファブリーペロー型の半導体レーザ素子である。
エタロンフィルタ４０２Ａ、４０３Ａは、それぞれ、波長応答スペクトルとして、透過率が波長に対して略周期的に変化する透過スペクトルを生成する波長選択要素である。エタロンフィルタ４０２Ａ、４０３Ａは、半導体増幅素子４０１Ａから出力されたレーザ光の光軸に対してそれぞれの主表面が互いに異なる角度で傾斜して配置されている。これにより、エタロンフィルタ４０２Ａ、４０３Ａのそれぞれの透過スペクトルの透過率の変化の周期は互いに異なっている。エタロンフィルタ４０２Ａ、４０３Ａは、半導体増幅素子４０１Ａから出力されたレーザ光を、レーザ光の波長におけるそれぞれの透過率で透過させる。
エタロンフィルタ４０２Ａ、４０３Ａにはヒータが設けられており、ヒータは、それぞれ、制御器２１から電流を供給されることによって発熱し、エタロンフィルタ４０２Ａ、４０３Ａをそれぞれ加熱する。制御器２１が通電量を制御することによってエタロンフィルタ４０２Ａ、４０３Ａの温度及び屈折率がそれぞれ変化する。これにより、エタロンフィルタ４０２Ａ、４０３Ａの透過スペクトルを波長軸上で全体的に移動させることができる。
光学要素４０７Ａは、エタロンフィルタ４０２Ａ、４０３Ａを透過したレーザ光を透過させる。ヒータ付き基台４０８Ａは、制御器２１から電流を供給されることによって発熱し、光学要素４０７Ａを加熱する。制御器２１が通電量を制御することによって光学要素４０７Ａの温度及び屈折率がそれぞれ変化する。これによって光学要素４０７Ａは光の位相を変化させる位相調整要素として機能する。
反射膜４０６Ａは例えば反射率が１０％〜３０％程度の低反射膜であり、半導体増幅素子４０１Ａの高反射膜４０１Ａａとともに波長可変レーザ４Ａの光共振器Ｃ２を構成している。波長可変レーザ４Ａは、光共振器Ｃ２を構成する一方の反射膜４０６Ａが半導体増幅素子４０１Ａの外部にある、いわゆる外部共振器型の構成であるので、共振器長を長くできる。
波長可変レーザ４Ａでは、エタロンフィルタ４０２Ａ、４０３Ａのそれぞれの透過スペクトルの透過率の変化の周期は互いに異なっており、かつヒータによってそれぞれの透過スペクトルを波長軸上で全体的に移動させることができる（すなわち可変である）ので、波長可変レーザ４Ａはバーニア効果を利用した波長可変レーザとして機能する。
さらに、波長可変レーザ４Ａに対して、重ね合わされた２つの透過スペクトルのピークの重なり領域に、光共振器Ｃ２の共振器モードの一つを一致させるために、制御器２１が以下の制御を行うことができる。
すなわち、制御器２１は、光共振器Ｃ２の共振器モードを波長軸上で変調する共振器モード用波長ディザを生成し、光強度変動検出手段であるパワーモニタ用ＰＤ１４により検出される光の強度変動に基づいて、共振器モード用波長ディザをフィードバック制御する。具体的には、制御器２１からヒータ付き基台４０８Ａのヒータを発熱させるために供給する電流を強度変調電流とした位相調整信号にすることによって、ヒータの発熱量を制御し、これによって光学要素４０７Ａを制御し、その温度及び屈折率を強度変調する。制御器２１は、検出された光強度変動の変動量が小さく、かつ光強度が大きくなるように共振器モード用波長ディザの変調の振幅をフィードバック制御する。すなわち、位相調整信号で光学要素４０７Ａを制御することによって、共振器モード用波長ディザのフィードバック制御を行う。
波長可変レーザ装置１００において波長可変レーザ４Ａを用いた場合も、共振器モード用波長ディザによって所定の帯域内の２つの透過スペクトルのピークの重なり領域に光共振器Ｃ２の共振器モードの１つを移動させて一致させる制御を、より一層正確に行うことができる。その結果、安定した単一モード発振性の実現及びレーザ光の波長の正確な制御が容易になる。
なお、波長可変レーザ４Ａにおいて、制御器２１が、エタロンフィルタ４０２Ａ、４０３Ａの少なくとも一つの透過スペクトルを波長軸上で変調する波長選択要素用波長ディザをさらに生成するように制御器２１を構成してもよい。この場合、制御器２１は、共振器モード用波長ディザ及び波長選択要素用波長ディザを生成し、光強度変動検出手段であるパワーモニタ用ＰＤ１４により検出される光の強度変動に基づいて、共振器モード用波長ディザ及び波長選択要素用波長ディザをフィードバック制御する。
エタロンフィルタ４０２Ａに対する波長選択要素用波長ディザを生成する場合を例にして説明する。制御器２１から、エタロンフィルタ４０２Ａに設けられたヒータを発熱させるために供給する電流を、強度変調電流とした透過スペクトル調整信号にすることによって、ヒータの発熱量を制御する。これによってエタロンフィルタ４０２Ａを制御し、その温度及び屈折率を強度変調する。すると、エタロンフィルタ４０２Ａの透過スペクトルは、波長軸上で所定の波長幅で全体的に変調する。なお、共振器モードも波長軸上で所定の波長幅で全体的に変調する。この２つの変調により、２つの透過スペクトルのピークの重なり領域と、光共振器Ｃ２の共振器モードとの重なりの程度も変動されるため、波長可変レーザ４Ａから出力されるレーザ光の強度が変動する。制御器２１は、パワーモニタ用ＰＤ１４によって検出された光強度変動の変動量が小さく、かつ光強度が大きくなるように波長選択要素用波長ディザ及び共振器モード用波長ディザの変調の振幅をフィードバック制御する。すなわち、位相調整信号で光学要素４０７Ａを制御し、透過スペクトル調整信号でエタロンフィルタ４０２Ａを制御することによって、波長選択要素用波長ディザ及び共振器モード用波長ディザのフィードバック制御を行う。このようなフィードバック制御は、例えば、検出される光強度変動の変動量が設定値以下、かつ光強度が設定値以上の状態を維持するように継続して行われる。
（波長可変レーザの構成例２）
図７は、波長可変レーザの構成例３を示す模式図である。構成例３に係る波長可変レーザ４Ｂは、半導体増幅素子４０１Ｂと、波長選択要素部４０２Ｂと、マイクロヒータ４０３Ｂ、４０４Ｂ、４０５Ｂと、を含んで構成されている。波長可変レーザ４Ｂは波長可変レーザ装置１００の波長可変レーザ４と置き換えることができる。
半導体増幅素子４０１Ｂは、後端面に波長選択要素部４０２Ｂが接続され、前端面に例えば反射率が１０％〜３０％程度の低反射膜４０１Ｂａが形成されており、前端面側からレーザ光を出力する。半導体増幅素子４０１Ｂは例えば埋め込み導波路構造を有するファブリーペロー型の半導体レーザ素子である。半導体増幅素子４０１Ｂは導波路である活性層４０１Ｂｂを備えている。
波長選択要素部４０２Ｂは、例えばシリコンフォトニクスにおいて用いられるシリコン導波路回路によって構成される。波長選択要素部４０２Ｂは、接続導波路４０２Ｂａと、導波路型のリング共振器フィルタ４０２Ｂｂ、４０２Ｂｃと、反射部４０２Ｂｄとを備えている。接続導波路４０２Ｂａは半導体増幅素子４０１Ｂの活性層４０１Ｂｂに光学的に接続される。リング共振器フィルタ４０２Ｂｂ、４０２Ｂｃは、それぞれ、２つのアーム部とリング状導波路とを備えている。リング共振器フィルタ４０２Ｂｂの一方のアーム部は接続導波路４０２Ｂａに光学的に接続され、他方のアーム部はリング共振器フィルタ４０２Ｂｂの一方のアーム部と光学的に接続している。リング共振器フィルタ４０２Ｂｂの他方のアーム部は反射部４０２Ｂｄに接続している。リング共振器フィルタ４０２Ｂｂ、４０２Ｂｃは、それぞれ、波長応答スペクトルとして、透過率が波長に対して略周期的に変化する櫛状透過スペクトルを生成する波長選択要素である。リング共振器フィルタ４０２Ｂｂ、４０２Ｂｃのリング状導波路は、互いに異なる直径を有する。これにより、リング共振器フィルタ４０２Ｂｂ、４０２Ｂｃのそれぞれの櫛状透過スペクトルの透過率の変化の周期は互いに異なっている。リング共振器フィルタ４０２Ｂｂ、４０２Ｂｃは、半導体増幅素子４０１Ｂから出力された自然放出光を、レーザ光の波長におけるそれぞれの透過率で透過させる。
マイクロヒータ４０３Ｂは、接続導波路４０２Ｂａの上方に設けられている。マイクロヒータ４０４Ｂ、４０５Ｂは、それぞれ、リング共振器フィルタ４０２Ｂｂ、４０２Ｂｃのリング状導波路のそれぞれの上方に設けられている。マイクロヒータ４０３Ｂ、４０４Ｂ、４０５Ｂは、それぞれ、制御器２１から電流を供給されることによって発熱し、接続導波路４０２Ｂａ、リング共振器フィルタ４０２Ｂｂ、４０２Ｂｃをそれぞれ加熱する。制御器２１がマイクロヒータ４０４Ｂ、４０５Ｂのそれぞれの通電量を制御することによって、リング共振器フィルタ４０２Ｂｂ、４０２Ｂｃの温度及び屈折率がそれぞれ変化する。これにより、リング共振器フィルタ４０２Ｂｂ、４０２Ｂｃの櫛状透過スペクトルを波長軸上で全体的に移動させることができる。また、制御器２１がマイクロヒータ４０３Ｂ通電量を制御することによって接続導波路４０２Ｂａの温度及び屈折率がそれぞれ変化する。これによって接続導波路４０２Ｂａは光の位相を変化させる位相調整要素として機能する。
反射部４０２Ｂｄは例えば反射率が９０％以上であり、半導体増幅素子４０１Ｂの低反射膜４０１Ｂａとともに波長可変レーザ４Ｂの光共振器Ｃ３を構成している。波長可変レーザ４Ｂは、外部共振器型の構成であるので、共振器長を長くできる。
波長可変レーザ４Ｂでは、リング共振器フィルタ４０２Ｂｂ、４０２Ｂｃのそれぞれの櫛状透過スペクトルの透過率の変化の周期は互いに異なっており、かつマイクロヒータ４０４Ｂ、４０５Ｂによってそれぞれの櫛状透過スペクトルを波長軸上で全体的に移動させることができる（すなわち可変である）ので、波長可変レーザ４Ｂはバーニア効果を利用した波長可変レーザとして機能する。
さらに、波長可変レーザ４Ｂに対して、重ね合わされた２つの櫛状透過スペクトルのピークの重なり領域に、光共振器Ｃ３の共振器モードの一つを一致させるために、制御器２１が以下の制御を行うことができる。
すなわち、制御器２１は、光共振器Ｃ３の共振器モードを波長軸上で変調する共振器モード用波長ディザを生成し、光強度変動検出手段であるパワーモニタ用ＰＤ１４により検出される光の強度変動に基づいて、共振器モード用波長ディザをフィードバック制御する。具体的には、制御器２１からマイクロヒータ４０３Ｂを発熱させるために供給する電流を強度変調電流とした位相調整信号にすることによって、マイクロヒータ４０３Ｂの発熱量を制御し、これによって接続導波路４０２Ｂａを制御し、その温度及び屈折率を強度変調する。制御器２１は、検出された光強度変動の変動量が小さく、かつ光強度が大きくなるように共振器モード用波長ディザの変調の振幅をフィードバック制御する。すなわち、位相調整信号で接続導波路４０２Ｂａを制御することによって、共振器モード用波長ディザのフィードバック制御を行う。
波長可変レーザ装置１００において波長可変レーザ４Ｂを用いた場合も、共振器モード用波長ディザによって所定の帯域内の２つの櫛状透過スペクトルのピークの重なり領域に光共振器Ｃ３の共振器モードの１つを移動させて一致させる制御を、より一層正確に行うことができる。その結果、安定した単一モード発振性の実現及びレーザ光の波長の正確な制御が容易になる。
なお、波長可変レーザ４Ｂにおいて、制御器２１が、リング共振器フィルタ４０２Ｂｂ、４０２Ｂｃの少なくとも一つの透過スペクトルを波長軸上で変調する波長選択要素用波長ディザをさらに生成するように制御器２１を構成としてもよい。この場合、制御器２１は、共振器モード用波長ディザ及び波長選択要素用波長ディザを生成し、光強度変動検出手段であるパワーモニタ用ＰＤ１４により検出される光の強度変動に基づいて、共振器モード用波長ディザ及び波長選択要素用波長ディザをフィードバック制御する。
リング共振器フィルタ４０２Ｂｂに対する波長選択要素用波長ディザを生成する場合を例にして説明する。制御器２１からマイクロヒータ４０４Ｂを発熱させるために供給する電流を強度変調電流とした透過スペクトル調整信号にすることによって、マイクロヒータ４０４Ｂの発熱量を制御し、これによってリング共振器フィルタ４０２Ｂｂを制御し、その温度及び屈折率を強度変調する。すると、リング共振器フィルタ４０２Ｂｂの櫛状透過スペクトルは、波長軸上で所定の波長幅で全体的に変調する。なお、共振器モードも波長軸上で所定の波長幅で全体的に変調する。この２つの変調により、２つの櫛状透過スペクトルのピークの重なり領域と、光共振器Ｃ３の共振器モードとの重なりの程度も変動されるため、波長可変レーザ４Ｂから出力されるレーザ光の強度が変動する。制御器２１は、パワーモニタ用ＰＤ１４によって検出された光強度変動の変動量が小さく、かつ光強度が大きくなるように波長選択要素用波長ディザ及び共振器モード用波長ディザの変調の振幅をフィードバック制御する。すなわち、位相調整信号で接続導波路４０２Ｂａを制御し、透過スペクトル調整信号でリング共振器フィルタ４０２Ｂｂを制御することによって、波長選択要素用波長ディザ及び共振器モード用波長ディザのフィードバック制御を行う。このようなフィードバック制御は、例えば、検出される光強度変動の変動量が設定値以下、かつ光強度が設定値以上の状態を維持するように継続して行われる。
なお、上記実施形態に係る波長可変レーザでは、波長可変動作を実現するために、マイクロヒータによる熱光学効果を利用しているが、波長可変動作を実現するために電流注入によるキャリアプラズマ効果も利用可能にするようにしてもよい。この場合は電流注入により屈折率が下がるため、反射スペクトルは全体的に短波側にシフトし、それまでスーパーモードが形成されていた波長より短波側に存在する別のピークにおいて重なりが生じ、新たなスーパーモードを形成することが可能である。
また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
以上のように、本発明に係る波長可変レーザ装置は、主に光通信の用途に利用して好適なものである。
１ 筐体
１ｂ ホルダ部
２、６ 温度調節素子
３、７ 支持部材
４、４Ａ、４Ｂ 波長可変レーザ
５、１１ コリメートレンズ
８ 光アイソレータ
８Ａ 反射膜付き光アイソレータ
９、１９ 集光レンズ
１０ 半導体光増幅器
１０ａ 光増幅部
１２、１３、１７ ビームスプリッタ
１４、１８ パワーモニタ用ＰＤ
１５、４０２Ａ、４０３Ａ エタロンフィルタ
１６ 波長モニタ用ＰＤ
２０ 光ファイバ
２１ 制御器
１００ 波長可変レーザ装置
４０１Ａ、４０１Ｂ 半導体増幅素子
４０１Ａａ 高反射膜
４０１Ａｂ 無反射膜
４０１Ｂａ 低反射膜
４０１Ｂｂ 活性層
４０２Ｂ 波長選択要素部
４０２Ｂａ 接続導波路
４０２Ｂｂ、４０２Ｂｃ リング共振器フィルタ
４０２Ｂｄ 反射部
４０３Ｂ、４０４Ｂ、４０５Ｂ、４１５、４２５、４２６ マイクロヒータ
４０４Ａ、４０５Ａ、基台
４０８Ａ ヒータ付き基台
４０６Ａ 反射膜
４０７Ａ 光学要素
４１０ 第１の導波路部
４１１ 導波路部
４１１ａ 利得部
４１１ｂ 回折格子層
４１２ 半導体積層部
４１３ ｐ側電極
４２０ 第２の導波路部
４２０ａ 光導波層
４２１ａ 導波路
４２２、４２３ アーム部
４２４ リング状導波路
４２７ 位相調整部
４３０ ｎ側電極
Ｂ 基部
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ 光共振器
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３ 矢印
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４ レーザ光
Ｍ１ 反射ミラー
ＭＯＤＥ１ 共振器モード
ＲＦ１ リング共振器フィルタ
ＳＣ１、ＳＣ２ ピーク

Claims (2)

  1. 光共振器内に波長応答スペクトルが可変である複数の波長選択要素を有する波長可変レーザ要素と、
    前記波長可変レーザ要素から出力されるレーザ光が入力され、該レーザ光を増幅する半導体光増幅器と、
    前記波長可変レーザ要素と前記半導体光増幅器との間に配置される光アイソレータと、
    前記波長可変レーザ要素から出力され、前記半導体光増幅器に入力される前のレーザ光の強度変動を検出する光強度変動検出手段と、
    前記光共振器の共振器モードを波長軸上で変調する共振器モード用波長ディザを生成する波長ディザ生成手段と、
    前記光強度変動検出手段により検出される強度変動に基づいて、前記共振器モード用波長ディザをフィードバック制御する波長ディザフィードバック制御手段と、
    前記半導体光増幅器から出力されたレーザ光の強度を検出する光強度検出手段と、
    前記光強度検出手段により検出される強度に基づいて、前記半導体光増幅器をフィードバック制御する半導体光増幅器フィードバック制御手段と、
    を備え、
    前記半導体光増幅器フィードバック制御手段が、前記半導体光増幅器を、出力一定の状態に制御し、
    前記半導体光増幅器が利得飽和の状態で動作することにより、
    前記半導体光増幅器で増幅されたレーザ光の強度変動が緩和されて当該強度変動が検出しづらくなっている状態において、
    前記半導体光増幅器に入力される前の前記レーザ光が、前記光強度変動検出手段により、前記波長ディザ生成手段が生成した前記共振器モード用波長ディザによる強度変動が緩和されること無く検出され、
    前記波長可変レーザ要素は、位相調整信号が与えられて前記光共振器内の光の位相を変化させる位相調整要素を有し、
    前記波長ディザ生成手段は、前記複数の波長選択要素の少なくとも一つの波長応答スペクトルを波長軸上で変調する波長選択要素用波長ディザを生成するとともに、前記位相調整信号によって前記位相調整要素を加熱するヒータの発熱量を制御することにより、前記位相調整要素の屈折率を変調し、
    前記波長応答スペクトルは反射スペクトルであって、前記共振器モード用波長ディザによって前記複数の波長選択要素の反射スペクトルの所定の帯域内に移動した共振器モードを、前記所定の帯域内の反射ピークと一致させ、
    前記複数の波長選択要素のうちの一組の波長選択要素は、前記反射スペクトルのピーク間の間隔が互いに異なり、
    前記一組の波長選択要素の反射スペクトルのうち、或るピーク同士が波長軸上で重ね合わされて一致した状態で、前記光共振器の共振器モードを波長軸上で変調し、
    前記半導体光増幅器フィードバック制御手段は、前記半導体光増幅器を、前記出力一定の状態でかつ利得飽和した状態に制御し、
    前記反射スペクトルにおいて、前記一組の波長選択要素のうちの第一の波長選択要素としてのリング共振器フィルタの第二の櫛状反射スペクトルは、前記一組の波長選択要素のうちの第二の波長選択要素としての回折格子の第一の櫛状反射スペクトルのピークの半値全幅よりも狭い半値全幅のピークを有し、
    前記波長ディザフィードバック制御手段は、前記第一の櫛状反射スペクトルのピークの高さよりも前記第二の櫛状反射スペクトルのピークが突出して高い状態で、前記位相調整要素を制御することにより、前記共振器モード用波長ディザ及び前記波長選択要素用波長ディザのフィードバック制御を行うことを特徴とする波長可変レーザ装置。
  2. 前記半導体光増幅器は、前記波長可変レーザ要素とは分離して設けられ、
    前記分離して設けられた半導体光増幅器を、出力一定の状態に制御する前記半導体光増幅器フィードバック制御手段と、
    緩和していないレーザ光の強度変動に基づいて、前記共振器モード用波長ディザをフィードバック制御する前記波長ディザフィードバック制御手段と、
    を備える制御器を有することを特徴とする請求項１に記載の波長可変レーザ装置。
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