JP7317266B2 - 多波長レーザ装置 - Google Patents

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Description

本開示は、多波長レーザ装置に関する。
光通信システムにおける大容量光伝送を実現するために、波長多重通信（ＷＤＭ ： Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）技術は、1本の光ファイバ中に、波長の異なる複数の光信号を束ねることにより、複数の光信号を１本の光ファイバで送信する。
ＷＤＭ技術の例として、特許文献１には、外部共振器型の多波長レーザ装置が記載されている。当該多波長レーザ装置は、半導体利得チップ、及び当該半導体利得チップを挟むように配置された２つのミラーから構成され、当該２つのミラー間に光を閉じ込めることにより光を増幅させる外部共振器を備えている。外部共振器には、閉じ込められた光から周期的なピーク波長を有する多波長光を抽出する周期波長フィルタと、多波長光を波長毎に分けることにより複数の光信号を出力する波長分光フィルタとが設置されている。
特開２０１８－８５４７５号公報
上述のような外部共振器において、増幅された多波長光を外部共振器から取り出すために、外部共振器内の導波路から多波長光を取り出す方向性結合器を用いる場合がある。しかし、方向性結合器は、波長依存性を有するため、方向性結合器によって取り出された多波長光における各ピーク波長の出力は、波長に応じて異なってしまうという問題がある。
本開示は、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、外部共振器から、各ピーク波長の出力が一定である多波長光を取り出すことができる技術を提供する。
本開示に係る多波長レーザ装置は、光を増幅させる外部共振器、及び外部共振器が増幅させた光を出力する第１の出力導波路を有する多波長レーザ装置であって、半導体利得チップと、第１の入力ポート、第２の入力ポート、第１の出力ポート、第２の出力ポート、並びに、それぞれが第１の入力ポート及び第２の入力ポートと第１の出力ポート及び第２の出力ポートとの間を光学的に接続する第１の導波路及び第２の導波路、を有し、第１の入力ポートが半導体利得チップに光学的に接続し、第２の入力ポートが第１の出力導波路に光学的に接続している第１のマッハツェンダスイッチと、第１のマッハツェンダスイッチの第１の出力ポート及び第２の出力ポートと光学的に接続し、第１のマッハツェンダスイッチから入力された光を部分的に反射することにより、周期的なピーク波長を有する多波長光を第１のマッハツェンダスイッチに出力するリング共振器型の周期波長ミラーと、半導体利得チップを基準として第１のマッハツェンダスイッチ側とは反対側に設置されることにより、半導体利得チップ及び周期波長ミラーとともに外部共振器を構成し、半導体利得チップを通過した光を半導体利得チップに向かって反射する反射部と、を備え、第１のマッハツェンダスイッチは、第１の導波路を通過する多波長光と第２の導波路を通過する多波長光との位相差を変化させることにより、第１の入力ポートから半導体利得チップに出力される多波長光と第２の入力ポートから第１の出力導波路に出力される多波長光との出力分岐比を調整可能である。
本開示によれば、外部共振器から、各ピーク波長の出力が一定である多波長光を取り出すことができる。
実施の形態１に係る多波長レーザ装置１００の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る多波長レーザ装置１００の構成を示す概略図である。 実施の形態１に係る多波長レーザ装置１００と異なる構成を有する別の多波長レーザ装置を示す図である。 図３が示す別の多波長レーザ装置におけるＳｉ細線導波路のリング共振器とループミラーの直列透過特性を示す。 実施の形態１に係る多波長レーザ装置のマッハツェンダスイッチ及びリング共振器型の周期波長ミラーにおける、マッハツェンダスイッチの第１の入力ポートから第２の入力ポートへの多波長光の透過特性を示す。 実施の形態２に係る多波長レーザ装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係る多波長レーザ装置の構成を示す概略図である。 実施の形態３に係る多波長レーザ装置の構成を示す概略図である。
以下、本開示をより詳細に説明するため、本開示を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る多波長レーザ装置１００の構成を示すブロック図である。図２は、実施の形態１に係る多波長レーザ装置１００の構成を示す概略図である。図１及び図２が示すように、多波長レーザ装置１００は、反射部１、利得部２、位相制御部３、マッハツェンダスイッチ４（第１のマッハツェンダスイッチ）、周期波長ミラー５、及び出力導波路６を備えている。
多波長レーザ装置１００は、光を増幅させる外部共振器、及び当該外部共振器が増幅させた光を出力する出力導波路６（第１の出力導波路）を有する。当該外部共振器は、反射部１、利得部２及び周期波長ミラー５から構成される。
より具体的には、多波長レーザ装置１００は、外部共振器内に周期波長ミラー５を備え、多波長で同時発振しうる外部共振器型多波長レーザ装置である。なお、図１及び図２の例では、Ｎ波長の信号光（λ１～λＮ）を同時発振する多波長レーザを例に挙げて示している（Ｎは２以上の正の整数）。多波長レーザ装置１００における、反射部１と周期波長ミラー５との間には、利得部２が配置されている。また、多波長レーザ装置１００における、利得部２と周期波長ミラー５との間には、位相制御部３及びマッハツェンダスイッチ４が直列に配置されている。
利得部２は、半導体利得チップである。より具体的には、利得部２は、例えば、量子ドット利得媒質を備える量子ドット利得チップである。
反射部１は、利得部２を基準としてマッハツェンダスイッチ４側とは反対側に設置されることにより、利得部２及び周期波長ミラー５とともに外部共振器を構成する。反射部１は、利得部２を通過した光を利得部２に向かって反射する。
例えば、利得部２が量子ドット利得チップである場合、反射部１は、当該量子ドット利得チップの劈開端面でもよい。しかし、利得部２としては、そのような劈開端面よりも、例えば、高反射膜コーティングされた端面のほうが好ましい。利得部２は、ループミラー、又はＤＢＲミラー等の導波路素子であってもよい。
位相制御部３は、利得部２とマッハツェンダスイッチ４との間に設置されている。位相制御部３は、通過する多波長光の位相を制御する。より具体的には、位相制御部３は、光導波路に熱光学効果等によって位相変化を与える素子である。なお、多波長レーザ装置１００は、位相制御部３を備えていなくてもよいが、外部共振器型レーザの発振波長の安定性向上を見込めるため、多波長レーザ装置１００は、位相制御部３を備えることが好ましい。
マッハツェンダスイッチ４は、第１の入力ポート、第２の入力ポート、第１の出力ポート、第２の出力ポート、並びに、それぞれが第１の入力ポート及び第２の入力ポートと第１の出力ポート及び第２の出力ポートとの間を光学的に接続する第１の導波路及び第２の導波路、を有している。つまり、マッハツェンダスイッチ４は、２×２の入出力ポートを備えるマッハツェンダー型のスイッチである。
マッハツェンダスイッチ４が有する第１の入力ポートは、利得部２に光学的に接続している。より詳細には、実施の形態１では、マッハツェンダスイッチ４が有する第１の入力ポートは、位相制御部３を介して利得部２に光学的に接続している。マッハツェンダスイッチ４が有する第２の入力ポートは、出力導波路６に光学的に接続している。
周期波長ミラー５は、マッハツェンダスイッチ４の第１の出力ポート及び第２の出力ポートと光学的に接続している。周期波長ミラー５は、マッハツェンダスイッチ４から入力された光を部分的に反射することにより、周期的なピーク波長を有する多波長光をマッハツェンダスイッチ４に出力する。
より具体的には、実施の形態１では、周期波長ミラー５は、周期的なピーク波長の光のみを反射する素子である。周期波長ミラー５は、１×２光カプラ及びリング共振器によって構成される。なお、周期波長ミラー５は、２×２光カプラとリング共振器によって構成されてもよい。１×２光カプラによって分岐した２つの導波路は、それぞれ、リング共振器に近接するように設置されている。周期波長ミラー５のリング共振器のＦＳＲ（ｆｒｅｅ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒａｎｇｅ）は、所望のＷＤＭ通信規格の波長間隔に一致するように設計されている。また、周期波長ミラー５内のリング共振器の導波路上には、ヒータ等が設置されている。これにより、熱光学効果によって当該導波路の屈折率を変化させることで、周期波長ミラー５は、反射する多波長光が有する周期的なピーク波長の波長間隔を調整することができるように構成されている。
以下で、マッハツェンダスイッチ４の機能についてより詳細に説明する。マッハツェンダスイッチ４は、上述の第１の導波路を通過する多波長光と上述の第２の導波路を通過する多波長光との位相差を変化させることにより、上述の第１の入力ポートから利得部２に出力される多波長光と上述の第２の入力ポートから出力導波路６に出力される多波長光との出力分岐比を調整可能である。
より具体的には、実施の形態１では、マッハツェンダスイッチ４は、熱光学効果等によって第１の導波路と第２の導波路との間に位相差を与えることで任意の分岐比で出力導波路６への出力分岐比を制御することが可能である。
例えば、Ｓｉ細線導波路では、単純な方向性結合器を適用することによって所望の分岐比率で光結合することができるが、方向性結合器は、原理的に波長依存性を有し、方向性結合器によって取り出された多波長光における各ピーク波長の出力は、波長に応じて異なってしまう。一方で、マッハツェンダスイッチ４では、入出力部に波長依存性のある方向性結合器を適用しても、第２の入力ポートから出力導波路６に出力される多波長光に関しては、波長依存性が低減される。マッハツェンダスイッチ４の出力分岐比を調整することによって、外部共振器の内部損失を変動させることができる。しかし、マッハツェンダスイッチ４の出力分岐比調整のための消費電力を低減させるためには、マッハツェンダスイッチ４は、電力無印加時の出力分岐比が所望の値になるように設計されていることが好ましい。
以下で、実施の形態１に係る多波長レーザ装置１００の動作について説明する。利得部２に電流を印加すると、周期波長ミラー５のリング共振器のＦＳＲに対応する波長の光が周期波長ミラー５と反射部１との間で共振が発生し、これにより内部損失を超える利得を得られた波長の光が、マッハツェンダスイッチ４の第２の入力ポートから出力導波路６に出力される。ここで、周期波長ミラー５において一定間隔Δλの波長の光以外の光は透過していってしまうため、一定間隔Δλの周期的なピーク波長を有する多波長光が共振し同時発振しうる。
そして、出力導波路６からの多波長光をモニタしながら、上述の方法によりマッハツェンダスイッチ４の出力分岐比を調整することによって、所望の印加電流における外部共振器の内部損失を最小化させ、出力パワーを最大化させることができる。
また、周期波長ミラー５及びマッハツェンダスイッチ４を利用することによって、上述の波長依存性を低減させることができるため、多波長レーザ出力の波長毎の出力パワーのばらつきを抑制することができる。
以下で、実施の形態１に係る多波長レーザ装置１００による波長依存性低減効果について説明するために、多波長レーザ装置１００と異なる構成を有する別の多波長レーザ装置と比較する。図３は、実施の形態１に係る多波長レーザ装置１００と異なる構成を有する別の多波長レーザ装置を示す図である。
図３が示す別の多波長レーザ装置では、2つの反射部の間に、利得部及び周期波長フィルタが設置された構成である。図３における２つの反射部のうちの右側の反射部は、周期波長フィルタを通過した光の一部のパワーを反射する一方で、残りのパワーを透過する。そのため、当該反射部における周期波長フィルタに接続する導波路とは反対側の導波路が出力導波路として機能する。
例えば、Ｓｉ細線導波路を用いたループミラーによって、図３における右側の反射部を構成した場合、ループミラーの方向性結合器は、波長依存性を有するため、方向性結合器によって取り出された多波長光における各ピーク波長の出力は、波長毎にばらついてしまう。
以下で、図３が示す別の多波長レーザ装置の透過特性と、実施の形態１に係る多波長レーザ装置１００の透過特性とを比較する。なお、以下では、図３が示す別の多波長レーザ装置の周期波長フィルタとしてＳｉ細線導波路のリング共振器を用い、図３における右側の反射部としてループミラーを用いたものとする。図４は、図３が示す別の多波長レーザ装置におけるＳｉ細線導波路のリング共振器とループミラーの直列透過特性を示す。一方で、図５は、実施の形態１に係る多波長レーザ装置１００のマッハツェンダスイッチ４及びリング共振器型の周期波長ミラー５における、マッハツェンダスイッチ４の第１の入力ポートから第２の入力ポートへの多波長光の透過特性を示す。ただし、図４と図５の各例では、リング共振器の構成は同一として、ループミラーの透過率とマッハツェンダスイッチの分岐比率とがともに５０％となる条件で透過特性をシミュレーションにより計算している。図４及び図５において、縦軸は、透過率（ｄＢ）を示し、横軸は、波長（ｎｍ）を示す。
図４が示すグラフと図５が示すグラフとを比較すると理解できるように、図４が示すグラフでは、ループミラーの波長依存性によって長波長側になるほど透過率が上昇してしまっている一方で、図５が示すグラフでは、比較的にフラットな透過特性が得られていることがわかる。つまり、実施の形態１に係る多波長レーザ装置１００では、外部共振器から、各ピーク波長の出力が一定である多波長光を取り出すことができる。
以上のように、実施の形態１に係る多波長レーザ装置１００は、光を増幅させる外部共振器、及び当該外部共振器が増幅させた光を出力する出力導波路６を有する多波長レーザ装置１００であって、半導体利得チップである利得部２と、第１の入力ポート、第２の入力ポート、第１の出力ポート、第２の出力ポート、並びに、それぞれが第１の入力ポート及び第２の入力ポートと第１の出力ポート及び第２の出力ポートとの間を光学的に接続する第１の導波路及び第２の導波路、を有し、当該第１の入力ポートが利得部２に光学的に接続し、当該第２の入力ポートが出力導波路６に光学的に接続しているマッハツェンダスイッチ４と、マッハツェンダスイッチ４の第１の出力ポート及び第２の出力ポートと光学的に接続し、マッハツェンダスイッチ４から入力された光を部分的に反射することにより、周期的なピーク波長を有する多波長光をマッハツェンダスイッチ４に出力する周期波長ミラー５と、利得部２を基準としてマッハツェンダスイッチ４側とは反対側に設置されることにより、利得部２及び周期波長ミラー５とともに外部共振器を構成し、利得部２を通過した光を利得部２に向かって反射する反射部１と、を備え、マッハツェンダスイッチ４は、第１の導波路を通過する多波長光と第２の導波路を通過する多波長光との位相差を変化させることにより、第１の入力ポートから利得部２に出力される多波長光と第２の入力ポートから出力導波路６に出力される多波長光との出力分岐比を調整可能である。
上記の構成によれば、マッハツェンダスイッチ４の出力分岐比を調整することにより、外部共振器から、各ピーク波長の出力が一定である多波長光を取り出すことができる。
例えば、特許文献１に記載の多波長レーザ装置をＷＤＭ伝送に用いる場合、発振特性が規格で定められた波長グリッド内に収まっている必要がある。外部共振器型量子ドットレーザの外部共振器内に周期波長フィルタを設置して多波長光を同時発振しうる従来の多波長レーザ装置においては、周期波長フィルタが製造誤差により中心波長が変動するため、温度制御する方法、又は周期波長フィルタ上に形成した抵抗成分に電力を印加する方法などの対策を行うことによって中心波長を制御する必要がある。従って、発振波長を調整するための波長モニタ機構が必須となる。特許文献１では、外部共振器内に波長分光フィルタを周期波長フィルタに対して直列に設置し、波長分光フィルタに設けたモニタ用のポートを通過した光と周期波長フィルタの透過ポートを通過した光を用いて波長調整している。しかし、外部共振器中に波長分光フィルタを挿入しているため外部共振器の内部損失が増大し、結果、出力パワーの低下が発生してしまうという問題がある。
しかし、実施の形態１に係る多波長レーザ装置１００の構成によれば、外部共振器の内部損失を増加させることなしに、外部共振器から、各ピーク波長の出力が一定である多波長光を取り出すことができる。そして、取り出した多波長光の各ピーク波長をモニタし、調整することも可能である。
実施の形態２．
実施の形態２では、多波長光の各ピーク波長の出力をモニタする構成について説明する。
以下で、実施の形態２について図面を参照して説明する。なお、実施の形態１で説明した構成と同様の機能を有する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。図６は、実施の形態２に係る多波長レーザ装置１０１の構成を示すブロック図である。図７は、実施の形態２に係る多波長レーザ装置１０１の構成を示す概略図である。図６及び図７が示すように、多波長レーザ装置１０１は、実施の形態１に係る多波長レーザ装置１００の構成に加えて、第２のマッハツェンダスイッチ１１、光カプラ１４、光検出器１５（第１の光検出器）、複数のリングフィルタ１６、及び複数の光検出器１７（複数の第２の光検出器）をさらに備えている。なお、図６及び図７が示す第１のマッハツェンダスイッチ１０は、実施の形態１で説明したマッハツェンダスイッチ４と同じ機能を有する。
実施の形態２に係る多波長レーザ装置１０１は、実施の形態１に係る多波長レーザ装置１００の構成に、波長モニタ機構を追加した、多波長で同時発振しうる外部共振器型多波長レーザ装置である。多波長レーザ装置１０１は、導波路として、出力導波路１２（第２の出力導波路）、モニタ導波路１３、出力モニタ導波路１８、及び波長モニタ導波路１９をさらに有する。なお、図６及び図７では、Ｎ波長の信号光（λ１～λＮ）を同時発振する多波長レーザを例に挙げて示している（Ｎは２以上の正の整数）。
第２のマッハツェンダスイッチ１１は、第１の入力ポート、第２の入力ポート、第１の出力ポート、第２の出力ポート、並びに、それぞれが第１の入力ポート及び第２の入力ポートと第１の出力ポート及び第２の出力ポートとの間を光学的に接続する第１の導波路及び第２の導波路、を有する。つまり、第２のマッハツェンダスイッチ１１は、第１のマッハツェンダスイッチ１０と同様に２×２の入出力ポートを備えるマッハツェンダー型のスイッチである。
第２のマッハツェンダスイッチ１１が有する第１の入力ポートは、出力導波路６を介して第１のマッハツェンダスイッチ１０と光学的に接続している。第２のマッハツェンダスイッチ１１が有する第１の出力ポートは、出力導波路１２に光学的に接続している。第２のマッハツェンダスイッチ１１が有する第２の出力ポートは、モニタ導波路１３と光学的に接続している。
第２のマッハツェンダスイッチ１１は、第２のマッハツェンダスイッチ１１の第１の導波路を通過する多波長光と第２のマッハツェンダスイッチ１１の第２の導波路を通過する多波長光との位相差を変化させることにより、第２のマッハツェンダスイッチ１１の第１の出力ポートから出力導波路１２に出力される多波長光と第２の出力ポートからモニタ導波路１３に出力される多波長光との出力分岐比を調整可能である。つまり、第２のマッハツェンダスイッチ１１は、第１のマッハツェンダスイッチ１０と同様に、熱光学効果等によって第１の導波路と第２の導波路との間に位相差を与えることよって、任意の出力分岐比で出力ポートから出力される多波長光のパワーを制御することが可能である。
光カプラ１４は、モニタ導波路１３を介して第２のマッハツェンダスイッチ１１と光学的に接続する入力ポート、出力モニタ導波路１８と光学的に接続する第１の出力ポート、及び波長モニタ導波路１９と光学的に接続する第２の出力ポートを有する。つまり、光カプラ１４は、１×２光カプラである。光カプラ１４は、第２のマッハツェンダスイッチ１１から入力された多波長光を分岐させ、出力モニタ導波路１８及び波長モニタ導波路１９にそれぞれ出力する。
光検出器１５は、出力モニタ導波路１８を介して光カプラ１４と光学的に接続している。光検出器１５は、出力モニタ導波路１８から入力された多波長光を検出する。
複数のリングフィルタ１６は、それぞれが、波長モニタ導波路１９と光学的に接続されている。より具体的には、実施の形態２では、複数のリングフィルタ１６は、Ｎ個のリング共振器であり、波長モニタ導波路１９は、Ｎ個のリング共振器に直列で光学的に接続している。
複数のリングフィルタ１６は、それぞれ、波長モニタ導波路１９から入力された多波長光から所定の波長の光を抽出する。より具体的には、実施の形態２では、複数のリングフィルタ１６は、複数のリング共振器であり、各リング共振器は、抽出する光の波長がＷＤＭ通信の規格に従った波長となるように構成され、当該波長は、リング共振器毎に異なるドロップ波長（λ１，λ２，…，λＮ）である。
複数の光検出器１７は、それぞれ、複数のリングフィルタ１６のうちの対応するリングフィルタに接続している。複数の光検出器１７は、それぞれ、複数のリングフィルタ１６のうちの対応するリングフィルタが抽出した光を検出する。
実施の形態２に係る周期波長ミラー５は、実施の形態１と同様に、第１のマッハツェンダスイッチ１０に出力する多波長光が有する周期的なピーク波長の波長間隔を調整可能である。より具体的には、実施の形態２では、周期波長ミラー５内のリング共振器の導波路上には、ヒータ等が設置されている。これにより、熱光学効果によって当該導波路の屈折率を変化させることで、周期波長ミラー５は、反射する多波長光が有する周期的なピーク波長の波長間隔を調整することができるように構成されている。
以下で、実施の形態２に係る多波長レーザ装置１０１の動作について説明する。利得部２に電流を印加すると、周期波長ミラー５のリング共振器のＦＳＲに対応する波長の光が周期波長ミラー５と反射部１との間で共振することにより発生し、これにより内部損失を超える利得を得られた波長の光が、第１のマッハツェンダスイッチ１０の第２の入力ポートから出力導波路６に出力される。ここで、周期波長ミラー５において一定間隔Δλの波長の光以外の光は透過していってしまうため、一定間隔Δλの周期的なピーク波長を有する多波長光が共振し同時発振しうる。
上述の方法により第２のマッハツェンダスイッチ１１の出力分岐比を調整し、多波長光がモニタ導波路１３（バス導波路）を通過するように調整する。次に、光検出器１５をモニタし、光検出器１５の電流が最大となるように第１のマッハツェンダスイッチ１０の分岐比を調整することにより、外部共振器の内部損失を、所望の印加電流において最大出力パワーを実現する内部損失に調整する。これにより、多波長レーザ装置１０１の出力パワーを最大化することができる。
次に、多波長レーザ装置１０１の発振波長がＷＤＭ規格に従った波長になるように、周期波長ミラー５における上述の波長間隔を調整する。実施の形態２に係る波長モニタ導波路１９にそれぞれ光学的に接続した複数のリングフィルタ１６は、それぞれ、ＷＤＭ規格に従った波長の光をドロップするように設計されている。そのため、外部共振器型レーザである多波長レーザ装置１０１が出力する多波長光が有する周期的なピーク波長がＷＤＭ規格に従った波長である場合、複数の光検出器１７（図７ではＮ個の光検出器１７）の各モニタ電流が最大化される。
しかし、通常、外部共振器型多波長レーザの発振波長を規定する周期的な波長間隔は、製造誤差によってオフセットを持つ。ここで、複数の光検出器１７をそれぞれモニタしながら各モニタ電流が最大となるように、周期波長ミラー５のリング共振器の屈折率をヒータにより調整させることによって、周期波長ミラー５が反射する多波長光が有する周期的なピーク波長の波長間隔がＷＤＭ規格に従った波長間隔になるようにオフセットを調整する。
ピーク波長の調整が完了後は、モニタ導波路１３への光出力は不要になるため、第２のマッハツェンダスイッチ１１の上述の出力分岐比を調整することによって出力導波路１２に全パワーが分岐するように調整する。以上の動作によって、外部共振器型レーザの多波長レーザ装置１０１がＷＤＭ規格に従った発振波長をもち、多波長レーザ装置１０１が出力する多波長光の出力パワーを最大化することができる。
実施の形態３．
実施の形態３では、実施の形態２で説明した複数のリングフィルタ１６を調整する構成について説明する。
以下で、実施の形態３について図面を参照して説明する。なお、実施の形態１又は実施の形態２で説明した構成と同様の機能を有する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。図８は、実施の形態３に係る多波長レーザ装置１０２の構成を示す概略図である。図８が示すように、多波長レーザ装置１０２は、実施の形態２に係る多波長レーザ装置１０１の構成に加えて、光検出器２０（第３の光検出器）、及び複数の光源２１を備えている。
実施の形態３に係る多波長レーザ装置１０２は、実施の形態２に係る多波長レーザ装置１０１の波長モニタ機構において、波長モニタ用のリング共振器であるリングフィルタ１６の調整機構を備えた構成を有する。実施の形態２では、波長モニタ用のリングフィルタ１６が設計通り製作されていた場合の実施形態を説明したが、実施の形態３では、製造誤差などによりリングフィルタ１６のドロップ波長が変動してしまった場合に調整するための構成を説明する。なお、図８では、Ｎ波長の信号光（λ１～λＮ）を同時発振する多波長レーザ装置を例に挙げて示している。
複数の光源２１は、それぞれ、複数のリングフィルタ１６のうちの対応するリングフィルタに光学的に接続されている。複数の光源２１は、当該対応するリングフィルタに所定の波長の光を出力する。
より具体的には、実施の形態３では、複数の光源２１は、それぞれ、波長可変光源（ＴＬＤ：Ｔｕｎａｂｌｅ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）である。複数の光源２１は、それぞれ、対応する波長モニタ用のリングフィルタ１６の光検出器１７に接続している導波路の端部とは反対側の端部に光学的に接続している。ここで、当該導波路と光源２１との接続は、ファイバを介した端面結合でもよいし、グレーティングカプラによる結合でもよい。当該接続が区レーティングカプラによる結合である場合、特に、Ｎ個のグレーティングカプラをアレイ状に配置することが好ましい。
光検出器２０は、複数の光源２１がそれぞれ出力し、複数のリングフィルタ１６のうちの対応するリングフィルタが抽出した光を検出する。より具体的には、実施の形態３では、光検出器２０は、複数のリングフィルタ１６が直列配置される波長モニタ導波路１９の終端部に光学的に接続されている。
実施の形態３に係る複数のリングフィルタ１６は、それぞれ、抽出する光の波長を調整可能である。より具体的には、実施の形態３では、複数のリングフィルタ１６の導波路上には、ヒータ等が設置されている。これにより、熱光学効果によって当該導波路の屈折率を変化させることで、複数のリングフィルタ１６は、それぞれ、抽出する光の波長を調整することができるように構成されている。
以下で、実施の形態３に係る多波長レーザ装置１０２の動作について説明する。まず、多波長レーザ装置１０２で利用したい波長、すなわちＷＤＭ規格に従った波長のうちで最も短波側の波長（又は最も長波側の波長）λ１の光を図８におけるＰＤ１の光源２１に出力させ、当該光を図８におけるＲＲ１のリングフィルタ１６に印加する。図８におけるＲＲ１のリングフィルタ１６に印加された光は、波長モニタ導波路１９を介して光検出器２０に到達する。そして、図８におけるＲＲ１のリングフィルタ１６のヒータを利用して加熱しながら、光検出器２０のモニタ電流が最大となるようにヒータ値を調整する。
次に、多波長レーザ装置１０２で利用したい波長、すなわちＷＤＭ規格に従った波長のうちで最も短波側の波長（又は最も長波側の波長）λ１に隣接する波長λ２の光を図８におけるＰＤ２の光源２１に出力させ、当該光を図８におけるＲＲ２のリングフィルタ１６に印加する。図８におけるＲＲ２のリングフィルタ１６に印加された光は、波長モニタ導波路１９を介して光検出器２０に到達する。そして、図８におけるＲＲ２のリングフィルタ１６のヒータを利用して加熱しながら、光検出器２０のモニタ電流が最大となるようにヒータ値を調整する。
上記の作業と同様の作業を、波長λ３から波長λＮまで繰り返すことによって、各モニタ波長用のリングフィルタ１６（ＲＲ１からＲＲＮまでの各リングフィルタ１６）が抽出する光の波長を調整することができる。各リングフィルタ１６のヒータ値を固定した後は、多波長レーザ装置１０２の状態は、実施の形態２に係る多波長レーザ装置１０１の状態と全く同様の状態になるので、以降の動作も実施の形態２と同様に実施することができる。
なお、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
本開示に係る多波長レーザ装置は、外部共振器から、各ピーク波長の出力が一定である多波長光を取り出すことができるため、多波長光を用いる技術に利用可能である。
１ 反射部、２ 利得部、３ 位相制御部、４ マッハツェンダスイッチ、５ 周期波長ミラー、６ 出力導波路、１０ 第１のマッハツェンダスイッチ、１１ 第２のマッハツェンダスイッチ、１２ 出力導波路、１３ モニタ導波路、１４ 光カプラ、１５ 光検出器、１６ リングフィルタ、１７ 光検出器、１８ 出力モニタ導波路、１９ 波長モニタ導波路、２０ 光検出器、２１ 光源、１００，１０１，１０２ 多波長レーザ装置。

Claims (7)

  1. 光を増幅させる外部共振器、及び当該外部共振器が増幅させた光を出力する第１の出力導波路を有する多波長レーザ装置であって、
    半導体利得チップと、
    第１の入力ポート、第２の入力ポート、第１の出力ポート、第２の出力ポート、並びに、それぞれが当該第１の入力ポート及び当該第２の入力ポートと当該第１の出力ポート及び当該第２の出力ポートとの間を光学的に接続する第１の導波路及び第２の導波路、を有し、当該第１の入力ポートが前記半導体利得チップに光学的に接続し、当該第２の入力ポートが前記第１の出力導波路に光学的に接続している第１のマッハツェンダスイッチと、
    前記第１のマッハツェンダスイッチの第１の出力ポート及び第２の出力ポートと光学的に接続し、前記第１のマッハツェンダスイッチから入力された光を部分的に反射することにより、周期的なピーク波長を有する多波長光を前記第１のマッハツェンダスイッチに出力するリング共振器型の周期波長ミラーと、
    前記半導体利得チップを基準として前記第１のマッハツェンダスイッチ側とは反対側に設置されることにより、前記半導体利得チップ及び前記周期波長ミラーとともに前記外部共振器を構成し、前記半導体利得チップを通過した光を前記半導体利得チップに向かって反射する反射部と、を備え、
    前記第１のマッハツェンダスイッチは、前記第１の導波路を通過する多波長光と前記第２の導波路を通過する多波長光との位相差を変化させることにより、前記第１の入力ポートから前記半導体利得チップに出力される多波長光と前記第２の入力ポートから前記第１の出力導波路に出力される多波長光との出力分岐比を調整可能であることを特徴とする、多波長レーザ装置。
  2. 前記半導体利得チップと前記第１のマッハツェンダスイッチとの間に設置され、通過する多波長光の位相を制御する位相制御部をさらに備えていることを特徴とする、請求項１に記載の多波長レーザ装置。
  3. 第２の出力導波路、モニタ導波路、出力モニタ導波路、及び波長モニタ導波路をさらに有し、
    第１の入力ポート、第２の入力ポート、第１の出力ポート、第２の出力ポート、並びに、それぞれが当該第１の入力ポート及び当該第２の入力ポートと当該第１の出力ポート及び当該第２の出力ポートとの間を光学的に接続する第１の導波路及び第２の導波路、を有し、当該第１の入力ポートが前記第１の出力導波路を介して前記第１のマッハツェンダスイッチと光学的に接続し、当該第１の出力ポートが前記第２の出力導波路に光学的に接続し、当該第２の出力ポートが前記モニタ導波路と光学的に接続している第２のマッハツェンダスイッチと、
    前記モニタ導波路を介して前記第２のマッハツェンダスイッチと光学的に接続する入力ポート、前記出力モニタ導波路と光学的に接続する第１の出力ポート、及び前記波長モニタ導波路と光学的に接続する第２の出力ポートを有し、前記第２のマッハツェンダスイッチから入力された多波長光を分岐させ、前記出力モニタ導波路及び前記波長モニタ導波路にそれぞれ出力する光カプラと、
    前記出力モニタ導波路を介して前記光カプラと光学的に接続し、前記出力モニタ導波路から入力された多波長光を検出する第１の光検出器と、
    それぞれが、前記波長モニタ導波路と光学的に接続され、前記波長モニタ導波路から入力された多波長光から所定の波長の光を抽出する複数のリングフィルタと、
    それぞれが、前記複数のリングフィルタのうちの対応するリングフィルタが抽出した光を検出する複数の第２の光検出器と、をさらに備え、
    前記第２のマッハツェンダスイッチは、前記第２のマッハツェンダスイッチの第１の導波路を通過する多波長光と前記第２のマッハツェンダスイッチの第２の導波路を通過する多波長光との位相差を変化させることにより、前記第２のマッハツェンダスイッチの第１の出力ポートから前記第２の出力導波路に出力される多波長光と前記第２の出力ポートから前記モニタ導波路に出力される多波長光との出力分岐比を調整可能であることを特徴とする、請求項１に記載の多波長レーザ装置。
  4. 前記周期波長ミラーは、前記第１のマッハツェンダスイッチに出力する多波長光が有する周期的なピーク波長の波長間隔を調整可能であることを特徴とする、請求項３に記載の多波長レーザ装置。
  5. それぞれが、前記複数のリングフィルタのうちの対応するリングフィルタに光学的に接続され、当該対応するリングフィルタに所定の波長の光を出力する複数の光源と、
    前記複数の光源がそれぞれ出力し、前記複数のリングフィルタのうちの対応するリングフィルタが抽出した光を検出する第３の光検出器と、をさらに備えていることを特徴とする、請求項３に記載の多波長レーザ装置。
  6. 前記複数のリングフィルタは、それぞれ、抽出する光の波長を調整可能であることを特徴とする、請求項５に記載の多波長レーザ装置。
  7. 前記半導体利得チップは、量子ドット利得媒質を備えていることを特徴とする、請求項１から請求項６の何れか１項に記載の多波長レーザ装置。
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