JPWO2003096501A1 - 光増幅装置 - Google Patents
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Abstract
ｎ型ＩｎＰ基板１０上に設けられ、制御光を出力するＤＦＢレーザ２２と、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に設けられ、２つの入力ポートと２つの出力ポートとを有する３ｄＢ光カップラー１４、１６と、３ｄＢ光カップラー１４の出力ポートと３ｄＢ光カップラー１６の入力ポートとを光学的に接続する光導波路２４ａ、２４ｂとを有する対称マッハツェンダ干渉器１２と、光導波路２４ａ、２４ｂのそれぞれに設けられたＳＯＡ２４ａ、２４ｂとを有する。
Description
［技術分野］
本発明は、半導体光増幅器を用いた光増幅装置に係り、特に、出力信号光のレベル／パワーを一定に制御する機能（ＡＬＣ：Ａｕｔｏ Ｌｅｖｅｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ、ＡＰＣ：Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を有する光増幅装置に関する。
［背景技術］
近年の通信需要の飛躍的な増大に対して、波長の異なる複数の信号光を多重化することにより一本の光ファイバで大容量の情報を伝送することが可能となる波長多重通信システムの開発が進んでいる。この波長多重通信システムにおいては、信号光の合波や分波のために多数の光学部品が用いられるため、各光学部品における光損失によって信号光が減衰することとなる。
このような光損失を補償するために光増幅装置が使用されるが、従来の光ファイバ通信システムと比較して非常に数多くの光増幅装置が必要となるため、用いる光増幅装置には、小型であり、且つ低消費電力動作が可能であることが要求される。
また、このような光増幅装置には、入力信号光のパワーレベルの大きな変動に対応することができるように、大きな入力ダイナミックレンジを有し、さらに出力信号光のレベル／パワーを一定に制御する機能を備えていること要求されている。
各種光増幅器のうち、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）は小型で低消費電力のものであり、波長多重通信システムに用いる光損失補償用の光増幅器として期待されている。
本願発明者は、外部光を注入することにより出力信号光のレベル／パワーを一定に制御する機能を有するＳＯＡを用いた光増幅装置を提案している（特許文献１を参照）。外部光を注入することにより出力信号光のレベル／パワーを一定に制御する機能を有する従来のＳＯＡを用いた光増幅装置について図１３を用いて説明する。図１３は従来の光出力レベル制御機能を有する光増幅装置の構成を示す概略図である。
信号光と制御光とを合波する波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）カップラー１００の一の入力ポートに制御光用光源１０２が接続されている。ＷＤＭカップラー１００の他の入力ポートには増幅すべき信号光が入力される。ＷＤＭカップラー１００の出力ポートには、ＷＤＭカップラー１００により制御光と合波された信号光を増幅するＳＯＡ１０４が接続されている。ＳＯＡ１０４の出力側には、増幅された信号光を制御光から分離する光フィルター１０６が設けられている。
さらに、光フィルター１０６の出力側には、光フィルター１０６から出力された信号光の一部を分岐する光分岐器１０８が設けられている。光分岐器１０８の一の出力ポートには、分岐された信号光の出力を計測するパワーメーター１１０が接続されている。パワーメーター１１０には、パワーメーター１１０による信号光の出力の計測結果に基づき、制御光の光レベルを制御する制御部１１２が接続されている。
パワーメーター１１０による信号光の出力の計測結果に基づき、信号光と合波してＳＯＡ１０４へ入力する制御光の光レベルを制御することにより、信号光のＳＯＡ１０４による増幅率を制御することができる。
しかしながら、図１３に示す従来の光増幅装置の各構成要素には、光ファイバにより光の入出力が行われる個別のモジュールがそれぞれ用いられていた。各モジュールの大きさは数ｃｍと大きく、光増幅装置全体では約１０ｃｍ角のスペースを必要としていた。このため、波長多重通信システムにおける光増幅装置として用いるには、その大きさという点に難点があった。
また、図１３に示す従来の光増幅装置では、用いられるレンズ、アイソレータ、及びペルチェ素子の数が多いため、コストの上昇を招くという難点もあった。すなわち、通常、制御光用光源１０２には２個のレンズ、１個のアイソレータ、１個のペルチェ素子が、ＳＯＡ１０４には４個のレンズ、２個のアイソレータ、２個のペルチェ素子が、ＷＤＭカップラー１００には２個のレンズ、フィルターには２個のレンズがそれぞれ必要であり、光増幅装置全体で合計１０個のレンズ、３個のアイソレータ、２個のペルチェ素子をそれぞれ用いる必要があった。このように、従来の光出力レベルの制御機能を有する光増幅装置は、必要な光学部品の点数が多いため高価なものとなっていた。
また、光増幅装置を構成するモジュールの実装工程において手間を要することも、コスト上昇の大きな要因の一つとなっていた。
本発明の目的は、小型で、必要な光学部品点数が少なく、煩雑な実装工程が必要のない光出力レベルの制御機能を有する光増幅装置を提供することにある。
特許文献１
特開２００２−２０８７５８号公報
［発明の開示］
上記目的は、制御光を用いて信号光の増幅率を制御する光増幅装置であって、半導体基板上に設けられ、前記制御光を出力する制御光用光源と、前記半導体基板上に設けられ、前記信号光と前記制御光とを合波する合波手段と、前記半導体基板上に設けられ、合波された前記信号光と前記制御光とを増幅する半導体光増幅器と、前記半導体基板上に設けられ、前記半導体光増幅器により増幅された前記信号光を前記制御光から分離して出力する分波手段とを有することを特徴とする光増幅装置により達成される。
また、上記目的は、半導体基板上に設けられ、２つの入力ポートと２つの出力ポートとを有する第１及び第２の３ｄＢ光カップラーと、前記第１の３ｄＢ光カップラーの前記出力ポートと前記第２の３ｄＢ光カップラーの前記入力ポートとを光学的に接続する第１及び第２の光導波路とを有するマッハツェンダ干渉器と前記第１及び第２の光導波路のそれぞれに設けられた半導体光増幅器と、前記半導体基板上に設けられ、前記第１の３ｄＢ光カップラーの一の前記入力ポートから入力される信号光の増幅率を制御するための制御光を前記マッハツェンダ干渉器に入力する制御光用光源とを有することを特徴とする光増幅装置により達成される。
本発明によれば、制御光を用いて信号光の増幅率を制御する光増幅装置を、半導体基板上に設けられ、信号光と制御光とを合波する合波手段と、半導体基板上に設けられ、制御光と合波された信号光を増幅する半導体光増幅器と、半導体基板上に形成され、半導体光増幅器により増幅された信号光を制御光から分離する分波手段とから構成するので、従来に比べて光増幅装置の小型化を図ることができる。また、必要な光学部品の点数を削減することができ、ＳＯＡを形成するのと同等の工程により製造することができ煩雑な実装工程が不要となるので、光出力レベルを制御する機能を有する光増幅装置を低廉に提供することができる。
また、本発明によれば、信号光と制御光とを半導体光増幅器に互いに逆方向から入力することにより、半導体光増幅器内において信号光と制御光とを合波して増幅し、半導体光増幅器を互いに逆方向に伝搬した信号光と制御光とを分離するので、装置のサイズの増大及びコストの上昇を伴うことなく、四光波混合による位相共役波の発生を防止することができる。また、高い自由度で制御光の波長を設定することができるため、低いパワーで十分な利得飽和が得られるように制御光の波長を設定することができ、低消費電力の光増幅装置を提供することができる。
［発明を実施するための最良の形態］
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による光増幅装置及びその製造方法について図１乃至図５を用いて説明する。図１は本実施形態による半導体装置の構造を示す概略図、図２乃至図５は本実施形態による光増幅装置の製造方法を示す工程断面図である。
（光増幅装置）
まず、本実施形態による光増幅装置について図１を用いて説明する。図１Ａは本実施形態による光増幅装置の上面図、図１Ｂは図１ＡのＸ−Ｘ′線断面図、図１Ｃは図１ＡのＹ−Ｙ′線断面図である。
本実施形態による光増幅装置は、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に形成された対称マッハツェンダ干渉器１２を基本とする構成を有している。すなわち、ｎ型ＩｎＰ基板１０上には、図１Ａに示すように、入力ポートＡ、Ｂと出力ポートＣ、Ｄとを有する３ｄＢ光カップラー１４と、入力ポートＥ、Ｆと出力ポートＧ、Ｈとを有する３ｄＢ光カップラー１６と、３ｄＢ光カップラー１４の出力ポートＣ、Ｄと３ｄＢ光カップラー１６の入力ポートＥ、Ｆとをそれぞれ接続する同一光路長の光導波路１８ａ、１８ｂとが形成されている。光導波路１８ａと光導波路１８ｂとはほぼ平行に形成されている。こうして、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に、信号光と制御光とを分離するフィルター機能を実現する対称マッハツェンダ干渉器１２が構成されている。
３ｄＢ光カップラー１４の入力ポートＡには、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に形成され、増幅すべき信号光が入力される光導波路２０ａの一端が接続されている。光導波路２０ａの信号光が入力される他端は、ｎ型ＩｎＰ基板１０の信号光の入力側端面に位置している。
３ｄＢ光カップラー１４の入力ポートＢには、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に形成され、ＳＯＡによる信号光の増幅率を制御するための制御光用光源として機能する分布帰還型（ＤＦＢ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ＦｅｅｄＢａｃｋ）レーザ２２が、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に形成された光導波路２０ｂを介して接続されている。
光導波路１８ａ、１８ｂには、それぞれ光導波路１８ａ、１８ｂ内を伝搬する光を増幅するＳＯＡ２４ａ、２４ｂが設けられている。ＳＯＡ２４ａ、２４ｂは、例えば、偏波無依存型の半導体光増幅器とすることができる。なお、偏波無依存型の光半導体増幅器については、例えば本願発明者による特開平２００１−５３３９２号公報に詳述されている。
３ｄＢ光カップラー１６の出力ポートＧ、Ｈには、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に形成された光導波路２６ａ、２６ｂの一端がそれぞれ接続されている。光導波路２６ａと光導波路２６ｂの他端は、ｎ型ＩｎＰ基板１０の信号光の出力側端面に位置している。
ＳＯＡ２４ａ又はＳＯＡ２４ｂが形成された領域の断面形状は、図１Ｂに示すようになっている。すなわち、ｎ型ＩｎＰ基板１０上には、厚さ１００ｎｍ、無歪であり１．２μｍ組成のＩｎＧａＡｓ光閉じ込め層２８と、厚さ５０ｎｍ、伸張歪０．２５％のＩｎＧａＡｓ活性層３０と、厚さ１００ｎｍ、無歪であり１．２μｍ組成のＩｎＧａＡｓ光閉じ込め層３２とが順次積層されている。ＩｎＧａＡｓ光閉じ込め層２８、ＩｎＧａＡｓ活性層３０、及びＩｎＧａＡｓ光閉じ込め層３２は、光導波路を構成するメサ形状にパターニングされている。メサの両側のｎ型ＩｎＰ基板１０上には、ｐ型ＩｎＰ電流狭窄層３４と、ｎ型ＩｎＰ電流狭窄層３６とが順次形成されている。これらが形成されたｎ型ＩｎＰ基板１０の全面には、ｐ型ＩｎＰクラッド層３８が形成されている。ｐ型ＩｎＰクラッド層３８上には、ＩｎＧａＡｓコンタクト層４０が形成されている。
ＳＯＡ２４ａ又はＳＯＡ２４ｂが形成されていない領域の断面形状は、図１Ｃに示すようになっている。すなわち、ｎ型ＩｎＰ基板１０上には、アンドープのＩｎＰからなる厚さ５０ｎｍの下部クラッド層４２と、無歪であり１．３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰからなる厚さ１００ｎｍのコア層４４と、アンドープのＩｎＰからなる厚さ５０ｎｍの上部クラッド層４６とが順次積層されている。下部クラッド層４２、コア層４４、及び上部クラッド層４６は、光導波路を構成するメサ形状にパターニングされている。メサの両側のｎ型ＩｎＰ基板１０上には、ｐ型ＩｎＰ電流狭窄層３４と、ｎ型ＩｎＰ電流狭窄層３６とが順次形成されている。これらが形成されたｎ型ＩｎＰ基板１０の全面には、ｐ型ＩｎＰクラッド層３８が形成されている。
このように、本実施形態による光増幅装置は、光出力レベルを制御する機能を有する光増幅装置としての各構成要素が同一基板上にモノリシックに集積されていることに主たる特徴がある。
従来の光出力レベルを制御する機能を有する光増幅装置では、その構成要素となる制御光用光源、光カップラー、ＳＯＡ、フィルター等の各モジュールを、光ファイバを介して接続することにより実装していた。このため小型化が困難であり、また、その実装工程において手間も要していた。
これに対し、本実施形態による光増幅装置は、各構成要素が同一基板上に形成されているために小型化が可能であり、その素子長を例えば３ｍｍ程度とすることが可能である。また、各構成要素が同一基板上に形成されているため、必要な光学部品の点数を大幅に削減することができる。例えば、図１３に示す従来の光増幅装置では、合計１０個のレンズ、３個のアイソレータ、２個のペルチェ素子を必要としていたのに対し、本実施形態による光増幅装置で必要となるのは、合計４個のレンズ、２個のアイソレータ、１個のペルチェ素子であり、従来に比べて必要な光学部品点数が大幅に削減されている。さらに、従来のように光ファイバを用いた手間を要するモジュールの実装工程が不要となり、通常のＳＯＡの場合と同等の工程により実装が可能となる。これにより、光増幅装置のコストを低減することができる。
（光増幅装置の動作）
次に、本実施形態による光増幅装置の動作について図１を用いて説明する。
増幅すべき信号光は、光導波路２０ａの一端から入力される。光導波路２０ａに入力された信号光は、３ｄＢ光カップラー１４の入力ポートＡに入力される。
光導波路２０ｂの一端に設けられたＤＦＢレーザ２２からは、予め一定パワーのレーザ光を制御光として出力しておき、信号光の出力に基づきレーザ光のパワーを制御する。ＤＦＢレーザ２２から出力された制御光は、３ｄＢ光カップラー１４の入力ポートＢに入力される。ＤＦＢレーザ２２に注入する電流を制御して出力されるレーザ光の光レベルを制御することにより、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂによる信号光の増幅率を制御することができる。また、信号光の出力に基づきＤＦＢレーザ２２に注入する電流を制御するフィードバック機構を設け、増幅された信号光の出力レベルが一定になるようにすることも可能である。
入力ポートＡに入力された信号光は、３ｄＢ光カップラー１４により均等に分岐される。均等に分岐された信号光は、３ｄＢ光カップラー１４の出力ポートＣ、Ｄからそれぞれ出力される。
一方、入力ポートＢに入力された制御光は、３ｄＢ光カップラー１４により均等に分岐される。均等に分岐された制御光は、３ｄＢ光カップラー１４の出力ポートＣ、Ｄからそれぞれ出力される。
こうして、信号光及び制御光は、３ｄＢ光カップラー１４により均等に分岐され合波された後に、出力ポートＣ、Ｄから出力され、光導波路１８ａ、１８ｂにそれぞれ入力される。
光導波路１８ａ、１８ｂにそれぞれ入力された信号光及び制御光は、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂにより増幅された後、３ｄＢ光カップラー１６の入力ポートＥ、Ｆにそれぞれ入力される。
ここで、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂを偏波無依存型のものとした場合には、信号光の偏波の状態が時間的に変化した場合にも、常に一定の増幅率を得ることができる。
３ｄＢ光カップラー１６の入力ポートＥ、Ｆに入力された信号光は、３ｄＢ光カップラー１６により合波される。このとき、信号光が通過した経路が対称であるので、合波された信号光は、信号光が入力された３ｄＢ光カップラー１４の入力ポートＡに対してクロスポートである出力ポートＨから出力される。
一方、３ｄＢ光カップラー１６の入力ポートＥ、Ｆに入力された制御光も、３ｄＢ光カップラー１６により合波される。制御光が通過した経路も対称であるので、合波された制御光は、３ｄＢ光カップラー１４の入力ポートＢに対してクロスポートである出力ポートＧから出力される。
このように、３ｄＢ光カップラー１４、互いに同一光路長の光導波路１８ａ、１８ｂ、及び３ｄＢ光カップラー１６から構成される対称マッハツェンダ干渉器１２により、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂにより増幅された信号光を制御光から分離する光フィルター機能が実現されている。
出力ポートＨから出力された信号光は、光導波路２６ｂの他端から出力される。一方、出力ポートＧから出力された制御光は、光導波路２６ａの他端から出力される。
こうして、光導波路２０ａに入力された信号光が増幅されるとともに、増幅された信号光が制御光から空間的に分離されて光導波路２６ｂの他端から出力される。
（光増幅装置の製造方法）
次に、本実施形態による光増幅装置の製造方法について図２乃至図５を用いて説明する。なお、図２Ａ乃至図２Ｃ、図３Ａ乃至図３Ｃ、図４Ａ乃至図４Ｃ、図５Ａ及び図５Ｂそれぞれの左図はＤＦＢレーザ及びＳＯＡが形成される領域の工程断面図を示し、図２Ａ乃至図２Ｃ、図３Ａ乃至図３Ｃ、図４Ａ乃至図４Ｃ、図５Ａ及び図５Ｂそれぞれの右図は光導波路が形成される領域の工程断面図を示している。
まず、ｎ型ＩｎＰ基板１０のＤＦＢレーザ２２形成予定領域に、回折格子を形成する。例えば、ｎ型ＩｎＰ基板１０上にポジ型レジストを塗布して形成したレジスト膜に二光束干渉露光により回折格子パターンを形成する。次いで、ＤＦＢレーザ２２形成予定領域上のレジスト膜に露光光が照射されないようなマスクを用いたダイレクトコンタクト露光及び露光後の現像により、ＤＦＢレーザ２２形成予定領域上のレジスト膜のみに回折格子パターンを形成する。次いで、回折格子パターンを形成したレジスト膜をマスクとして、Ｃ２Ｈ６、Ｈ２、及びＯ２の混合ガスをエッチングガスとするＲＩＥ法により、ｎ型ＩｎＰ基板１０のＤＦＢレーザ２２形成予定領域に回折格子を形成する。
次に、ｎ型ＩｎＰ基板１０上の全面に、例えば有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、厚さ１００ｎｍ、無歪であり１．２μｍ組成のＩｎＧａＡｓ光閉じ込め層２８と、厚さ５０ｎｍ、伸張歪０．２５％のＩｎＧａＡｓ活性層３０と、厚さ１００ｎｍ、無歪であり１．２μｍ組成のＩｎＧａＡｓ光閉じ込め層３２とを順次形成する（図２Ａ）。
次いで、ＩｎＧａＡｓ光閉じ込め層３２上に、シリコン酸化膜５０を形成する（図２Ｂ）。
次いで、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、シリコン酸化膜５０に、ＤＦＢレーザ２２及びＳＯＡ２４ａ、２４ｂを形成しない領域を露出する開口部を形成する（図２Ｃ）。
次いで、シリコン酸化膜５０をマスクとして、例えばＣ２Ｈ６、Ｈ２、及びＯ２の混合ガスをエッチングガスとする反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法により、ｎ型ＩｎＰ基板１０上のＤＦＢレーザ２２及びＳＯＡ２４ａ、２４ｂを形成しない領域のＩｎＧａＡｓ光閉じ込め層３２、ＩｎＧａＡｓ活性層３０、及びＩｎＧａＡｓ光閉じ込め層２８を除去する（図３Ａ）。
こうして、ｎ型ＩｎＰ基板１０のＤＦＢレーザ２２、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂの形成予定領域上のみに活性層構造が形成される。
次いで、例えばＭＯＣＶＤ法により、ＩｎＧａＡｓ活性層４４等を除去したｎ型ＩｎＰ基板１０上のＤＦＢレーザ２２及びＳＯＡ２４ａ、２４ｂを形成しない領域に、下部クラッド層４２と、コア層４４と、上部クラッド層４６とを順次積層する（図３Ｂ）。次いで、シリコン酸化膜５０を、例えば弗酸を用いたウェットエッチングにより除去する。
こうして、ｎ型ＩｎＰ基板１０のＤＦＢレーザ２２、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂを形成しない領域上にパッシブ層構造が形成される。
次いで、上述のように活性層構造が形成された領域とパッシブ層構造が形成された領域とを有するｎ型ＩｎＰ基板１０の全面にシリコン酸化膜５２を形成する。次いで、リソグラフィー及びエッチング技術により、シリコン酸化膜５２を、光導波路１８ａ、１８ｂ、２０ａ、２０ｂ、２６ａ、２６ｂ、及び３ｄＢ光カップラー１４、１６のパターンに形成する。
次いで、パターニングしたシリコン酸化膜５２をマスクとして、例えばＣ２Ｈ６、Ｈ２、及びＯ２の混合ガスをエッチングガスとするＲＩＥ法により、ＩｎＧａＡｓ光閉じ込め層３２、ＩｎＧａＡｓ活性層３０、及びＩｎＧａＡｓ光閉じ込め層２８と、上部クラッド層４６、コア層４４、及び下部クラッド層４２とをエッチングする（図４Ａ）。
こうして、光導波路１８ａ、１８ｂ、２０ａ、２０ｂ、２６ａ、２６ｂ、及び３ｄＢ光カップラー１４、１６がコア層４４に形成され、ＤＦＢレーザ２２、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂの活性層構造がメサ状に形成される。
次いで、シリコン酸化膜５２をそのまま選択成長マスクとして用い、ＭＯＣＶＤ法により、パターニングしたＩｎＧａＡｓ光閉じ込め層３２、ＩｎＧａＡｓ活性層３０、及びＩｎＧａＡｓ光閉じ込め層２８からなる活性層構造と、上部クラッド層４６、コア層４４、及び下部クラッド層４２からなるパッシブ層構造の両側のｎ型ＩｎＰ基板１０上に、ｐ型ＩｎＰ電流狭窄層３４と、ｎ型ＩｎＰ電流狭窄層３６とを順次選択成長させる。ｐ型ＩｎＰ電流狭窄層３４及びｎ型ＩｎＰ電流狭窄層３６を形成した後、シリコン酸化膜５２を、例えば弗酸を用いたウェットエッチングにより除去する（図４Ｂ）。
次いで、例えばＭＯＣＶＤ法により、全面に、ＩｎＰクラッド層３８と、ＩｎＧａＡｓコンタクト層４０とを順次形成する（図４Ｃ）。
次いで、ＩｎＧａＡｓコンタクト層４０上にレジスト膜５４を形成する。次いで、例えばダイレクトコンタクト露光及び露光後の現像により、活性層構造が形成された領域以外の領域上のレジスト膜５４を除去する（図５Ａ）。
次いで、レジスト膜５４をマスクとして、例えば硫酸及び過酸化水素からなるエッチング液を用いたウェットエッチングにより、活性層構造が形成された領域上のコンタクト層４０のみを残存させ、パッシブ層構造が形成された領域上のコンタクト層４０を除去する（図５Ｂ）。
次いで、ＤＦＢレーザ２２及びＳＯＡ２４ａ、２４ｂが形成された領域のｐ側、ｎ側にそれぞれ電極（図示せず）を形成する。
次いで、ｎ型ＩｎＰ基板１０を劈開面に沿って劈開することにより、信号光の入力側端面及び出力側端面を形成する。次いで、形成した両端面に、無反射コート膜（図示せず）を形成する。
こうして、本実施形態による光増幅装置が製造される。
このように、本実施形態によれば、光出力レベルを制御する機能を有する光増幅装置の各構成要素を同一基板上に形成するので、従来に比べて光増幅装置の小型化を図ることができる。また、各構成要素を同一基板上に形成することにより、従来に比べて必要な光学部品の点数を削減することができ、また、ＳＯＡを形成するのと同等の工程により製造することができ煩雑な実装工程が不要となるので、光出力レベルを制御する機能を有する光増幅装置を低廉に提供することができる。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による光増幅装置について図６を用いて説明する。図６は信号光と制御光とがＳＯＡを同一方向に伝搬する場合に発生する四光波混合による位相共役波を示す波長スペクトルを示すグラフ、図７は本実施形態による光増幅装置の構造を示す平面図である。なお、第１実施形態による光増幅装置と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
第１実施形態による光増幅装置では、信号光が入力される３ｄＢ光カップラー１４の他の入力ポートＢに制御光用光源としてのＤＦＢレーザ２２が接続されていた。このような構成のため、信号光と制御光とは、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂを同一方向に伝搬する。
このように、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂにおいて、信号光と制御光とが同一方向に伝搬する場合、四光波混合（Ｆｏｕｒ Ｗａｖｅ Ｍｉｘｉｎｇ：ＦＷＭ）により位相共役波が発生する。すなわち、波長λｓの信号光と波長λｃの制御光とがＳＯＡ２４ａ、２４ｂを同一方向に伝搬した場合には、波長２λｓ−λｃと波長２λｃ−λｓの位相共役波が発生する。
例えば、図６は、波長１５３６ｎｍの信号光と波長１５５０ｎｍの制御光とが同一方向に伝搬するＳＯＡから出力される出力光の波長スペクトルを示すグラフである。波長スペクトルから、波長１５３６ｎｍの信号光と波長１５５０ｎｍの制御光とに加えて、波長１５２２ｎｍ、１５６４ｎｍの位相共役波が発生していることが分かる。
ＦＷＭによりＳＯＡ２４ａ、２４ｂにおいて発生した位相共役波は、３ｄＢ光カップラー１６の２つの出力ポートＧ、Ｈからそれぞれ出力することととなり、増幅された信号光に混入し雑音成分となる。このため、第１実施形態による光増幅装置により信号光を増幅する場合、雑音成分となる位相共役波を除去することが必要となる場合がある。したがって、例えば、信号光の出力ポートＨの後段に、位相共役波を透過せずに信号光を透過する透過帯域幅を有する波長フィルターを配置することが必要となる場合がある。
ところで、ＷＤＭシステム等の光通信システムにおいては、光分岐挿入（ＯＡＤＭ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｄ ａｎｄ Ｄｒｏｐ）や光クロスコネクト（ＯＸＣ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｒｏｓｓ Ｃｏｎｎｅｃｔ）等に光増幅装置が導入される場合が考えられる。このような場合、その光増幅装置が１波対応であっても、そこに入力される信号光の波長λｓが固定されておらず、ある波長帯で動的に変化する場合が想定される。例えば、光通信に用いられる波長帯として最も一般的なＣバンド帯（１５３０〜１５６０ｎｍ）内で信号光の波長λｓが任意に変化するような場合である。
このような場合に、位相共役波を除去するために、単に、信号光の出力ポートＨの後段にＣバンド帯を透過する波長フィルターを配置するのみでは、次のような不都合が想定される。すなわち、信号光の波長によっては、ＦＷＭによる位相共役波の波長が、波長フィルターの透過帯域内にあるものとなり、雑音成分としての位相共役波を十分に除去することができないこともあり得る。
本実施形態による光増幅装置は、第１実施形態による光増幅装置において、信号光の出力ポートの後段に配置され、透過帯域が変化する波長可変フィルターと、波長可変フィルターの透過帯域の中心波長を、信号光の波長に基づき制御する制御機構とを有することに主たる特徴がある。
すなわち、図７に示すように、光導波路２０ａの前段には、アイソレータ５６及びその両側に配置されたレンズ５８ａ、５８ｂを介して、非対称２分岐の光分岐器６０が設けられている。光分岐器６０の分岐比は、例えば１０：１となっている。光分岐器６０の入力ポートには信号光が入力されるようになっている。光分岐器６０の出力ポートのうち分岐比の大きな出力ポートは、アイソレータ５６及びその両側に配置されたレンズ５８ａ、５８ｂを介して、光導波路２０ａに光学的に接続されており、出力ポートから出力される信号光が光導波路２０ａに入力されるようになっている。また、光分岐器６０の出力ポートのうち分岐比の小さい出力ポートには、出力ポートから出力される信号光を検出し、その波長を計測する波長計６２が接続されている。
一方、信号光が出力される光導波路２６ｂの後段には、アイソレータ６４及びその両側に配置されたレンズ６６ａ、６６ｂを介して、波長可変フィルター６８が配置されている。波長可変フィルター６８には、波長計６２による信号光の波長の計測結果に基づき、波長可変フィルター６８の透過帯域を制御する制御部７０が接続されている。
本実施形態による光増幅装置は、基本的に第１実施形態による光増幅装置の場合と同様にして信号光の増幅を行う。この信号光の増幅の間、制御部７０は、波長計６２による信号光の波長の計測結果に基づき、波長可変フィルター６８の透過帯域が位相共役波を透過せずに信号光を透過するものとなるように、波長可変フィルター６８の透過帯域中心波長を設定する。こうして、増幅すべき信号光の波長が動的に変化するような場合であっても、増幅されて光導波路２０ｂの一端から出力された信号光に混入した位相共役波を確実に除去することができる。
このように、本実施形態によれば、波長計６２による信号光の波長の計測結果に基づき、波長可変フィルター６８の透過帯域を制御するので、増幅すべき信号光の波長が動的に変化する場合であっても、信号光に混入した雑音成分となる位相共役波を確実に除去することができる。
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による光増幅装置について図８を用いて説明する。図８は本実施形態による光半導体装置の構造を示す平面図である。なお、第１及び第２実施形態による光増幅装置と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
本実施形態による光増幅装置の基本的構成は、第１実施形態による光増幅装置と同様である。本実施形態による光増幅装置は、ＦＷＭによりＳＯＡにおいて発生し、増幅された信号光に混入する位相共役波を除去するために、複数の信号光の波長を含む透過帯域幅を有する広帯域透過型波長フィルター７２を有することに特徴がある。
すなわち、図８に示すように、信号光が出力される光導波路２６ｂの後段には、アイソレータ６４及びその両側に配置されたレンズ６６ａ、６６ｂを介して、広帯域透過型波長フィルター７２が配置されている。
広帯域透過型波長フィルター７２は、増幅すべき信号光の波長帯域に応じて複数の信号光の波長を含む広い透過帯域幅を有するものであり、この広い透過帯域幅に位相共役波の波長が含まれないように設定されている。これにより、広帯域透過型波長フィルター７２の透過中心波長は可変である必要はなく、また、波長計６２や制御部７０も不要である。したがって、本実施形態による光増幅装置は、増幅すべき信号光の波長が動的に変動する場合であっても、第２実施形態による光増幅装置と比較して、小さな装置のサイズで、低コストに、ＦＷＭによりＳＯＡ２４ａ、２４ｂにおいて発生する位相共役波を除去することができる。
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態による光増幅装置について図９を用いて説明する。図９は本実施形態による光増幅装置の構造を示す平面図、図１０は信号光と制御光とがＳＯＡを互いに逆方向に伝搬する場合の波長スペクトルを示すグラフ、図１１は光注入による利得変化の制御光の波長に対する依存性を示すグラフ、図１２は信号光の出力レベルを一定に維持するために要する制御光のパワーの波長に対する依存性を示すグラフである。なお、第１実施形態による光増幅装置と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
上記の第２及び第３実施形態による光増幅装置は、それぞれ波長可変フィルター６８等、広帯域透過型波長フィルター７２により、ＦＷＭによりＳＯＡ２４ａ、２４ｂにおいて発生し、増幅された信号光に混入する位相共役波を除去することを可能としていた。しかしながら、第２及び第３実施形態による光増幅装置には、以下に述べるような不都合も存在していた。
第２実施形態による光増幅装置は、位相共役波を除去するために、波長可変フィルター６８、及びその透過帯域を制御するために用いられる波長計６２、制御部７０を有していた。このため、部品点数の増大から装置のサイズが大きくなり、また、コストが高くなってしまっていた。
一方、第３実施形態による光増幅装置は、位相共役波を除去するために、広帯域透過型波長フィルター７２を有していた。これにより、第２実施形態による光増幅装置と比較して、小さい装置サイズで低コストに、位相共役波を除去することを実現することができる。しかしながら、第２実施形態による光増幅装置では、広帯域透過型波長フィルター７２の広い透過帯域外に位相共役波の波長が存在していないと、位相共役波を除去することはできない。このため、位相共役波の除去には、制御光の波長λｃによる制約が存在していた。
例えば、信号光の波長λｓの使用帯域をＣバンド全域とした場合、広帯域透過型波長フィルター７２の透過帯域幅は、少なくとも１５３０〜１５６０ｎｍを含む幅に設定される。この場合、信号光の波長λｓが１５３０〜１５６０ｎｍの範囲内のいずれの波長であっても、波長２λｓ−λｃ、波長２λｃ−λｓの位相共役波をともに１５３０ｎｍよりも短波、又は１５６０ｎｍよりも長波なものとして広帯域透過型波長フィルター７２の透過帯域外のものにする必要がある。このためには、制御光の波長λｃは１５００ｎｍ以下、又は１５９０ｎｍ以上に設定しなければならない。
上記第２及び第３実施形態による光増幅装置に対し、本実施形態による光増幅装置は、装置のサイズの増大及びコストの上昇を伴うことなく、また、制御光の波長に制約されることなく、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂにおけるＦＷＭによる位相共役波の発生を防止することを可能にするものである。
まず、本実施形態による光増幅装置の構造について図１０を用いて説明する。
本実施形態による光増幅装置は、第１実施形態による光増幅装置と同様に、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に形成された対称マッハツェンダ干渉器１２を基本とする構成を有している。
なお、対称マッハツェンダ干渉器１２を構成する３ｄＢ光カップラー１４、１６の各ポートについては、第１実施形態による光増幅装置と同様に、入力ポートＡ、Ｂ、Ｅ、Ｆ、出力ポートＣ、Ｄ、Ｇ、Ｈと称することとするが、以下に述べるように、入力ポートＢ、Ｅ、Ｆは制御光に対して出力ポートとなり、出力ポートＣ、Ｄ、Ｇは制御光に対して入力ポートとなる。
３ｄＢ光カップラー１４の入力ポートＡには、第１実施形態による光増幅装置と同様に、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に形成され、増幅すべき信号光が入力される光導波路２０ａの一端が接続されている。光導波路２０ａの信号光が入力される他端は、ｎ型ＩｎＰ基板１０の信号光の入力側端面に位置している。
３ｄＢ光カップラー１４の入力ポートＢには、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に形成された光導波路２０ｂの一端が接続されている。光導波路２０ｂの他端は、ｎ型ＩｎＰ基板１０の端面に位置しており、第１実施形態による光増幅装置とは異なり、光導波路２０ｂには、ＤＦＢレーザ２２は接続されていない。
３ｄＢ光カップラー１４の出力ポートＤと３ｄＢ光カップラー１６の入力ポートＦとの間は、第１実施形態による光増幅装置と同様に、ＳＯＡ２４ａが設けられている光導波路１８ａにより接続されている。３ｄＢ光カップラー１４の出力ポートＣと３ｄＢ光カップラー１６の入力ポートＥとの間は、第１実施形態による光増幅装置と同様に、ＳＯＡ２４ｂが設けられている光導波路１８ｂにより接続されている。
３ｄＢ光カップラー１６の出力ポートＨには、第１実施形態による光増幅装置と同様に、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に形成された光導波路２６ａ一端が接続されている。
３ｄＢ光カップラー１６の出力ポートＧには、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に形成された光導波路２６ａ一端が接続されている。光導波路２６ａの他端には、第１実施形態による光増幅装置とは異なり、制御光用光源としてのＤＦＢレーザ２２が接続されている。
なお、上記のように構成される本実施形態による光増幅装置は、ＤＦＢレーザ２２を形成する位置以外は、第１実施形態による光増幅装置とほぼ同様にして製造することができる。
このように、本実施形態による光増幅装置は、増幅された信号光が出力される出力ポートＨを有する３ｄＢ光カップラー１６のポートのうち、信号光の出力ポートＨと同じ側の出力ポートＧに、制御光用光源としてのＤＦＢレーザ２２が接続されていることに主たる特徴の一つがある。以下、本実施形態による光増幅装置の動作とともに、その特徴について詳述する。
増幅すべき信号光は、第１実施形態による光増幅装置と同様に、光導波路２０ａの一端から入力される。光導波路２０ａに入力された信号光は、３ｄＢ光カップラー１４の入力ポートＡに入力される。
光導波路２６ａの一端に設けられたＤＦＢレーザ２２からは、予め一定パワーのレーザ光を制御光として出力しておき、信号光の出力に基づきレーザ光のパワーを制御する。ＤＦＢレーザ２２から出力された制御光は、光導波路２６ａを伝搬した後、３ｄＢ光カップラー１６の出力ポートＧに入力される。第１実施形態による光増幅装置の場合と同様に、ＤＦＢレーザ２２に注入する電流を制御して出力されるレーザ光の光レベルを制御することにより、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂによる信号光の増幅率を制御することができる。また、信号光の出力に基づきＤＦＢレーザ２２に注入する電流を制御するフィードバック機構を設け、増幅された信号光の出力レベルが一定になるようにすることも可能である。
入力ポートＡに入力された信号光は、３ｄＢ光カップラー１４により均等に分岐される。均等に分岐された信号光は、３ｄＢ光カップラー１４の出力ポートＣ、Ｄからそれぞれ出力される。こうして、信号光は、３ｄＢ光カップラー１４により均等に分岐され合波された後に、出力ポートＣ、Ｄから出力され、光導波路１８ａ、１８ｂにそれぞれ入力される。
一方、出力ポートＧに入力された制御光は、３ｄＢ光カップラー１６により均等に分岐される。均等に分岐された制御光は、３ｄＢ光カップラー１６の入力ポートＥ、Ｆからそれぞれ出力される。こうして、制御光は、３ｄＢ光カップラー１６により均等に分岐され合波された後に、入力ポートＥ、Ｆから出力され、信号光とは互いに逆方向に伝搬するように、光導波路１８ａ、１８ｂにそれぞれ入力される。
光導波路１８ａ、１８ｂにそれぞれ互いに逆方向に伝搬するように入力された信号光及び制御光は、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂにより増幅される。その後、増幅された信号光は、３ｄＢ光カップラー１６の入力ポートＥ、Ｆにそれぞれ入力される。一方、増幅された制御光は、３ｄＢ光カップラー１４の出力ポートＣ、Ｄにそれぞれ入力される。本実施形態による光増幅装置は、信号光と制御光とをＳＯＡ２４ａ、２４ｂに互いに逆方向から入力することにより、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂ内において信号光と制御光とを合波して増幅し、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂを互いに逆方向に伝搬した信号光と制御光とを分離していると考えることができる。
このように、本実施形態による光増幅装置では、信号光と制御光とが互いに逆方向にＳＯＡ２４ａ、２４ｂを伝搬する。
図１０は、信号光と制御光とがＳＯＡを互いに逆方向に伝搬する場合に信号光が出力される側の出力光の波長スペクトルを示すグラフである。この場合、信号光の波長は１５３６ｎｍであり、制御光の波長は１５５０ｎｍである。この波長スペクトルには、信号光が制御光の反射成分とともに観察されているが、位相共役波は観察されていない。すなわち、信号光と制御光とを互いに逆方向にＳＯＡを伝搬させることにより、ＳＯＡにおけるＦＷＭによる位相共役波の発生を防止することができることが分かる。
３ｄＢ光カップラー１６の入力ポートＥ、Ｆに入力された信号光は、３ｄＢ光カップラー１６により合波される。このとき、信号光が通過した経路が対称であるので、合波された信号光は、信号光が入力された３ｄＢ光カップラー１４の入力ポートＡに対してクロスポートである出力ポートＨから出力される。ここで、信号光と制御光とは互いに逆方向にＳＯＡ２４ａ、２４ｂを伝搬しているため、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂにおけるＦＷＭによる位相共役波は発生しておらず、信号光に位相共役波が混入することもない。
一方、３ｄＢ光カップラー１４の出力ポートＣ、Ｄに入力された制御光も、３ｄＢ光カップラー１４により合波される。制御光が通過した経路も対称であるので、合波された制御光は、３ｄＢ光カップラー１６の出力ポートＧに対してクロスポートである入力ポートＢから出力される。
このように、３ｄＢ光カップラー１４、互いに同一光路長の光導波路１８ａ、１８ｂ、及び３ｄＢ光カップラー１６から構成される対称マッハツェンダ干渉器１２により、第１実施形態による光増幅装置と同様に、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂにより増幅された信号光を制御光から分離する光フィルター機能が実現されている。
出力ポートＨから出力された信号光は、光導波路２６ｂの他端から出力される。一方、入力ポートＢから出力された制御光は、光導波路２０ｂの他端から出力される。
こうして、光導波路２０ａに入力された信号光が増幅されるとともに、増幅された信号光が制御光から空間的に分離されて光導波路２６ｂの他端から出力される。
このように、本実施形態によれば、信号光と制御光とを互いに逆方向にＳＯＡを伝搬させるので、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂにおけるＦＷＭによる位相共役波の発生を防止することができる。これにより信号光に混入した位相共役波を除去するために、第２及び第３実施形態による光増幅装置が有するような波長フィルター、波長計、制御部等が不要となり、更なる装置の小型化及び低コスト化を図ることができる。
また、本実施形態による光増幅装置は、信号光と制御光とを互いに逆方向にＳＯＡを伝搬させることにより位相共役波の発生を防止するので、第３実施形態による光増幅装置のように制御光の波長に位相共役波の発生の防止が制約されることもない。換言すると、制御光の波長を高い自由度で設定することができる。
このように、制御光の波長を高い自由度で設定することができるため、低いパワーで十分な利得飽和が得られるように制御光の波長を設定することが可能となる。これにより、制御光源としてのＤＦＢレーザ２２の素子長を短くすることができ、その消費電力を小さく抑えることできる。以下、この点について詳述する。
通常、ＳＯＡは、信号光の波長λｓで十分な利得が得られるように設計される。このため、制御光の波長λｃが信号光の波長λｓから大きく乖離すると制御光に対するＳＯＡの利得が低下する。このような場合に、制御光によりＳＯＡの利得飽和を十分に誘起するには、非常に高いパワーの制御光が必要となるため、制御光用光源としてのＤＦＢレーザの素子長を大きくする必要があり、また、消費電力も大きくなってしまう。
図１１は、一定のパワーの制御光を注入したときに、信号光の利得を変化することができる利得変化量ΔＧの制御光の波長λｃに対する依存性を示すグラフである。なお、この場合、入力される信号光のパワーは−３ｄＢｍ、信号光の波長λｓは１５６０ｎｍである。
図１１中点線のグラフに示す制御光のパワーが＋３ｄＢｍの場合には、制御光の波長λｃが１５４０ｎｍのときに、利得変化量ΔＧは６ｄＢで最大となる。これに対し、制御光の波長λｃが１５００ｎｍのときには、利得変化量ΔＧは４ｄＢに減少し、また、制御光の波長λｃが１５９０ｎｍのときには、利得変化量ΔＧは２ｄＢに減少する。
また、図１１中実線のグラフに示す制御光のパワーが＋６ｄＢｍの場合には、制御光の波長λｃが１５５０ｎｍのときに、利得変化量ΔＧは８ｄＢで最大となるのに対し、制御光の波長λｃが１５００ｎｍのときには、利得変化量ΔＧは５．５ｄＢに減少する。
一方、図１２は、信号光の出力レベルを一定値＋１０ｄＢｍに維持するために必要な制御光のパワーの制御光の波長λｃに対する依存性を示すグラフである。なお、この場合も、図１１のグラフと同様に、入力される信号光のパワーは−３ｄＢｍ、信号光の波長λｓは１５６０ｎｍである。
図１２に示すグラフから明らかなように、制御光の波長λｃが１５４０ｎｍのときには、必要な制御光のパワーは＋２．９ｄＢｍである。これに対し、制御光の波長λｃが１５００ｎｍのときには、必要な制御光のパワーは＋６．６ｄＢｍとなり、制御光の波長λｃが１５４０ｎｍの場合と比較して２倍以上の制御光パワーが必要となる。
本実施形態による光増幅装置は、制御光の波長に制限されることなくＳＯＡにおけるＦＷＭによる位相共役波の発生を防止することができるので、制御光の波長を高い自由度で設定することができる。したがって、上述した利得変化量ΔＧができるだけ大きくなり、かつ、所定のレベルに信号光を増幅するために必要となる制御光のパワーができるだけ小さくなるように、制御光の波長を設定することができる。このように、低いパワーで十分な利得飽和が得られるように制御光の波長を設定することができるので、制御光用光源としてのＤＦＢレーザ２２の素子長を短くすることができ、また、消費電力も小さくすることができる。
（変形実施形態）
本発明の上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、光増幅装置の材料をＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系のものとしたが、これに限定されるものではなく、ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＰ系などの他の材料系を用いてもよい。また、各層の膜厚、組成等も適宜変更することができる。
また、上記実施形態では、制御光用光源としてＤＦＢレーザ２２を用いたが、他の構成要素とともに同一基板上に形成することができる光源であれば、これに限定されるものではない。例えば、分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザ等その他の半導体レーザを制御光用光源として用いることができる。
［産業上の利用の可能性］
本発明は、光増幅装置に適しており、特に、必要な光学部品の点数を削減することができ、小型化、低消費電力化が可能な光出力レベルを制御する機能を有する光増幅装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１実施形態による光増幅装置の構造を示す概略図である。
図２は、本発明の第１実施形態による光増幅装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
図３は、本発明の第１実施形態による光増幅装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
図４は、本発明の第１実施形態による光増幅装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
図５は、本発明の第１実施形態による光増幅装置の製造方法を示す工程断面図（その４）である。
図６は、信号光と制御光とがＳＯＡを同一方向に伝搬する場合に発生する四光波混合による位相共役波を示す波長スペクトルを示すグラフである。
図７は、本発明の第２実施形態による光増幅装置の構造を示す平面図である。
図８は、本発明の第３実施形態による光増幅装置の構造を示す平面図である。
図９は、本発明の第４実施形態による光増幅装置の構造を示す平面図である。
図１０は、信号光と制御光とがＳＯＡを互いに逆方向に伝搬する場合の波長スペクトルを示すグラフである。
図１１は、光注入による利得変化の制御光の波長に対する依存性を示すグラフである。
図１２は、信号光の出力レベルを一定に維持するために要する制御光のパワーの波長に対する依存性を示すグラフである。
図１３は、従来の出力レベル制御機能を有する光増幅装置の構成を示す概略図である。
本発明は、半導体光増幅器を用いた光増幅装置に係り、特に、出力信号光のレベル／パワーを一定に制御する機能（ＡＬＣ：Ａｕｔｏ Ｌｅｖｅｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ、ＡＰＣ：Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を有する光増幅装置に関する。
［背景技術］
近年の通信需要の飛躍的な増大に対して、波長の異なる複数の信号光を多重化することにより一本の光ファイバで大容量の情報を伝送することが可能となる波長多重通信システムの開発が進んでいる。この波長多重通信システムにおいては、信号光の合波や分波のために多数の光学部品が用いられるため、各光学部品における光損失によって信号光が減衰することとなる。
このような光損失を補償するために光増幅装置が使用されるが、従来の光ファイバ通信システムと比較して非常に数多くの光増幅装置が必要となるため、用いる光増幅装置には、小型であり、且つ低消費電力動作が可能であることが要求される。
また、このような光増幅装置には、入力信号光のパワーレベルの大きな変動に対応することができるように、大きな入力ダイナミックレンジを有し、さらに出力信号光のレベル／パワーを一定に制御する機能を備えていること要求されている。
各種光増幅器のうち、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）は小型で低消費電力のものであり、波長多重通信システムに用いる光損失補償用の光増幅器として期待されている。
本願発明者は、外部光を注入することにより出力信号光のレベル／パワーを一定に制御する機能を有するＳＯＡを用いた光増幅装置を提案している（特許文献１を参照）。外部光を注入することにより出力信号光のレベル／パワーを一定に制御する機能を有する従来のＳＯＡを用いた光増幅装置について図１３を用いて説明する。図１３は従来の光出力レベル制御機能を有する光増幅装置の構成を示す概略図である。
信号光と制御光とを合波する波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）カップラー１００の一の入力ポートに制御光用光源１０２が接続されている。ＷＤＭカップラー１００の他の入力ポートには増幅すべき信号光が入力される。ＷＤＭカップラー１００の出力ポートには、ＷＤＭカップラー１００により制御光と合波された信号光を増幅するＳＯＡ１０４が接続されている。ＳＯＡ１０４の出力側には、増幅された信号光を制御光から分離する光フィルター１０６が設けられている。
さらに、光フィルター１０６の出力側には、光フィルター１０６から出力された信号光の一部を分岐する光分岐器１０８が設けられている。光分岐器１０８の一の出力ポートには、分岐された信号光の出力を計測するパワーメーター１１０が接続されている。パワーメーター１１０には、パワーメーター１１０による信号光の出力の計測結果に基づき、制御光の光レベルを制御する制御部１１２が接続されている。
パワーメーター１１０による信号光の出力の計測結果に基づき、信号光と合波してＳＯＡ１０４へ入力する制御光の光レベルを制御することにより、信号光のＳＯＡ１０４による増幅率を制御することができる。
しかしながら、図１３に示す従来の光増幅装置の各構成要素には、光ファイバにより光の入出力が行われる個別のモジュールがそれぞれ用いられていた。各モジュールの大きさは数ｃｍと大きく、光増幅装置全体では約１０ｃｍ角のスペースを必要としていた。このため、波長多重通信システムにおける光増幅装置として用いるには、その大きさという点に難点があった。
また、図１３に示す従来の光増幅装置では、用いられるレンズ、アイソレータ、及びペルチェ素子の数が多いため、コストの上昇を招くという難点もあった。すなわち、通常、制御光用光源１０２には２個のレンズ、１個のアイソレータ、１個のペルチェ素子が、ＳＯＡ１０４には４個のレンズ、２個のアイソレータ、２個のペルチェ素子が、ＷＤＭカップラー１００には２個のレンズ、フィルターには２個のレンズがそれぞれ必要であり、光増幅装置全体で合計１０個のレンズ、３個のアイソレータ、２個のペルチェ素子をそれぞれ用いる必要があった。このように、従来の光出力レベルの制御機能を有する光増幅装置は、必要な光学部品の点数が多いため高価なものとなっていた。
また、光増幅装置を構成するモジュールの実装工程において手間を要することも、コスト上昇の大きな要因の一つとなっていた。
本発明の目的は、小型で、必要な光学部品点数が少なく、煩雑な実装工程が必要のない光出力レベルの制御機能を有する光増幅装置を提供することにある。
特許文献１
特開２００２−２０８７５８号公報
［発明の開示］
上記目的は、制御光を用いて信号光の増幅率を制御する光増幅装置であって、半導体基板上に設けられ、前記制御光を出力する制御光用光源と、前記半導体基板上に設けられ、前記信号光と前記制御光とを合波する合波手段と、前記半導体基板上に設けられ、合波された前記信号光と前記制御光とを増幅する半導体光増幅器と、前記半導体基板上に設けられ、前記半導体光増幅器により増幅された前記信号光を前記制御光から分離して出力する分波手段とを有することを特徴とする光増幅装置により達成される。
また、上記目的は、半導体基板上に設けられ、２つの入力ポートと２つの出力ポートとを有する第１及び第２の３ｄＢ光カップラーと、前記第１の３ｄＢ光カップラーの前記出力ポートと前記第２の３ｄＢ光カップラーの前記入力ポートとを光学的に接続する第１及び第２の光導波路とを有するマッハツェンダ干渉器と前記第１及び第２の光導波路のそれぞれに設けられた半導体光増幅器と、前記半導体基板上に設けられ、前記第１の３ｄＢ光カップラーの一の前記入力ポートから入力される信号光の増幅率を制御するための制御光を前記マッハツェンダ干渉器に入力する制御光用光源とを有することを特徴とする光増幅装置により達成される。
本発明によれば、制御光を用いて信号光の増幅率を制御する光増幅装置を、半導体基板上に設けられ、信号光と制御光とを合波する合波手段と、半導体基板上に設けられ、制御光と合波された信号光を増幅する半導体光増幅器と、半導体基板上に形成され、半導体光増幅器により増幅された信号光を制御光から分離する分波手段とから構成するので、従来に比べて光増幅装置の小型化を図ることができる。また、必要な光学部品の点数を削減することができ、ＳＯＡを形成するのと同等の工程により製造することができ煩雑な実装工程が不要となるので、光出力レベルを制御する機能を有する光増幅装置を低廉に提供することができる。
また、本発明によれば、信号光と制御光とを半導体光増幅器に互いに逆方向から入力することにより、半導体光増幅器内において信号光と制御光とを合波して増幅し、半導体光増幅器を互いに逆方向に伝搬した信号光と制御光とを分離するので、装置のサイズの増大及びコストの上昇を伴うことなく、四光波混合による位相共役波の発生を防止することができる。また、高い自由度で制御光の波長を設定することができるため、低いパワーで十分な利得飽和が得られるように制御光の波長を設定することができ、低消費電力の光増幅装置を提供することができる。
［発明を実施するための最良の形態］
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による光増幅装置及びその製造方法について図１乃至図５を用いて説明する。図１は本実施形態による半導体装置の構造を示す概略図、図２乃至図５は本実施形態による光増幅装置の製造方法を示す工程断面図である。
（光増幅装置）
まず、本実施形態による光増幅装置について図１を用いて説明する。図１Ａは本実施形態による光増幅装置の上面図、図１Ｂは図１ＡのＸ−Ｘ′線断面図、図１Ｃは図１ＡのＹ−Ｙ′線断面図である。
本実施形態による光増幅装置は、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に形成された対称マッハツェンダ干渉器１２を基本とする構成を有している。すなわち、ｎ型ＩｎＰ基板１０上には、図１Ａに示すように、入力ポートＡ、Ｂと出力ポートＣ、Ｄとを有する３ｄＢ光カップラー１４と、入力ポートＥ、Ｆと出力ポートＧ、Ｈとを有する３ｄＢ光カップラー１６と、３ｄＢ光カップラー１４の出力ポートＣ、Ｄと３ｄＢ光カップラー１６の入力ポートＥ、Ｆとをそれぞれ接続する同一光路長の光導波路１８ａ、１８ｂとが形成されている。光導波路１８ａと光導波路１８ｂとはほぼ平行に形成されている。こうして、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に、信号光と制御光とを分離するフィルター機能を実現する対称マッハツェンダ干渉器１２が構成されている。
３ｄＢ光カップラー１４の入力ポートＡには、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に形成され、増幅すべき信号光が入力される光導波路２０ａの一端が接続されている。光導波路２０ａの信号光が入力される他端は、ｎ型ＩｎＰ基板１０の信号光の入力側端面に位置している。
３ｄＢ光カップラー１４の入力ポートＢには、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に形成され、ＳＯＡによる信号光の増幅率を制御するための制御光用光源として機能する分布帰還型（ＤＦＢ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ＦｅｅｄＢａｃｋ）レーザ２２が、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に形成された光導波路２０ｂを介して接続されている。
光導波路１８ａ、１８ｂには、それぞれ光導波路１８ａ、１８ｂ内を伝搬する光を増幅するＳＯＡ２４ａ、２４ｂが設けられている。ＳＯＡ２４ａ、２４ｂは、例えば、偏波無依存型の半導体光増幅器とすることができる。なお、偏波無依存型の光半導体増幅器については、例えば本願発明者による特開平２００１−５３３９２号公報に詳述されている。
３ｄＢ光カップラー１６の出力ポートＧ、Ｈには、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に形成された光導波路２６ａ、２６ｂの一端がそれぞれ接続されている。光導波路２６ａと光導波路２６ｂの他端は、ｎ型ＩｎＰ基板１０の信号光の出力側端面に位置している。
ＳＯＡ２４ａ又はＳＯＡ２４ｂが形成された領域の断面形状は、図１Ｂに示すようになっている。すなわち、ｎ型ＩｎＰ基板１０上には、厚さ１００ｎｍ、無歪であり１．２μｍ組成のＩｎＧａＡｓ光閉じ込め層２８と、厚さ５０ｎｍ、伸張歪０．２５％のＩｎＧａＡｓ活性層３０と、厚さ１００ｎｍ、無歪であり１．２μｍ組成のＩｎＧａＡｓ光閉じ込め層３２とが順次積層されている。ＩｎＧａＡｓ光閉じ込め層２８、ＩｎＧａＡｓ活性層３０、及びＩｎＧａＡｓ光閉じ込め層３２は、光導波路を構成するメサ形状にパターニングされている。メサの両側のｎ型ＩｎＰ基板１０上には、ｐ型ＩｎＰ電流狭窄層３４と、ｎ型ＩｎＰ電流狭窄層３６とが順次形成されている。これらが形成されたｎ型ＩｎＰ基板１０の全面には、ｐ型ＩｎＰクラッド層３８が形成されている。ｐ型ＩｎＰクラッド層３８上には、ＩｎＧａＡｓコンタクト層４０が形成されている。
ＳＯＡ２４ａ又はＳＯＡ２４ｂが形成されていない領域の断面形状は、図１Ｃに示すようになっている。すなわち、ｎ型ＩｎＰ基板１０上には、アンドープのＩｎＰからなる厚さ５０ｎｍの下部クラッド層４２と、無歪であり１．３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰからなる厚さ１００ｎｍのコア層４４と、アンドープのＩｎＰからなる厚さ５０ｎｍの上部クラッド層４６とが順次積層されている。下部クラッド層４２、コア層４４、及び上部クラッド層４６は、光導波路を構成するメサ形状にパターニングされている。メサの両側のｎ型ＩｎＰ基板１０上には、ｐ型ＩｎＰ電流狭窄層３４と、ｎ型ＩｎＰ電流狭窄層３６とが順次形成されている。これらが形成されたｎ型ＩｎＰ基板１０の全面には、ｐ型ＩｎＰクラッド層３８が形成されている。
このように、本実施形態による光増幅装置は、光出力レベルを制御する機能を有する光増幅装置としての各構成要素が同一基板上にモノリシックに集積されていることに主たる特徴がある。
従来の光出力レベルを制御する機能を有する光増幅装置では、その構成要素となる制御光用光源、光カップラー、ＳＯＡ、フィルター等の各モジュールを、光ファイバを介して接続することにより実装していた。このため小型化が困難であり、また、その実装工程において手間も要していた。
これに対し、本実施形態による光増幅装置は、各構成要素が同一基板上に形成されているために小型化が可能であり、その素子長を例えば３ｍｍ程度とすることが可能である。また、各構成要素が同一基板上に形成されているため、必要な光学部品の点数を大幅に削減することができる。例えば、図１３に示す従来の光増幅装置では、合計１０個のレンズ、３個のアイソレータ、２個のペルチェ素子を必要としていたのに対し、本実施形態による光増幅装置で必要となるのは、合計４個のレンズ、２個のアイソレータ、１個のペルチェ素子であり、従来に比べて必要な光学部品点数が大幅に削減されている。さらに、従来のように光ファイバを用いた手間を要するモジュールの実装工程が不要となり、通常のＳＯＡの場合と同等の工程により実装が可能となる。これにより、光増幅装置のコストを低減することができる。
（光増幅装置の動作）
次に、本実施形態による光増幅装置の動作について図１を用いて説明する。
増幅すべき信号光は、光導波路２０ａの一端から入力される。光導波路２０ａに入力された信号光は、３ｄＢ光カップラー１４の入力ポートＡに入力される。
光導波路２０ｂの一端に設けられたＤＦＢレーザ２２からは、予め一定パワーのレーザ光を制御光として出力しておき、信号光の出力に基づきレーザ光のパワーを制御する。ＤＦＢレーザ２２から出力された制御光は、３ｄＢ光カップラー１４の入力ポートＢに入力される。ＤＦＢレーザ２２に注入する電流を制御して出力されるレーザ光の光レベルを制御することにより、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂによる信号光の増幅率を制御することができる。また、信号光の出力に基づきＤＦＢレーザ２２に注入する電流を制御するフィードバック機構を設け、増幅された信号光の出力レベルが一定になるようにすることも可能である。
入力ポートＡに入力された信号光は、３ｄＢ光カップラー１４により均等に分岐される。均等に分岐された信号光は、３ｄＢ光カップラー１４の出力ポートＣ、Ｄからそれぞれ出力される。
一方、入力ポートＢに入力された制御光は、３ｄＢ光カップラー１４により均等に分岐される。均等に分岐された制御光は、３ｄＢ光カップラー１４の出力ポートＣ、Ｄからそれぞれ出力される。
こうして、信号光及び制御光は、３ｄＢ光カップラー１４により均等に分岐され合波された後に、出力ポートＣ、Ｄから出力され、光導波路１８ａ、１８ｂにそれぞれ入力される。
光導波路１８ａ、１８ｂにそれぞれ入力された信号光及び制御光は、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂにより増幅された後、３ｄＢ光カップラー１６の入力ポートＥ、Ｆにそれぞれ入力される。
ここで、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂを偏波無依存型のものとした場合には、信号光の偏波の状態が時間的に変化した場合にも、常に一定の増幅率を得ることができる。
３ｄＢ光カップラー１６の入力ポートＥ、Ｆに入力された信号光は、３ｄＢ光カップラー１６により合波される。このとき、信号光が通過した経路が対称であるので、合波された信号光は、信号光が入力された３ｄＢ光カップラー１４の入力ポートＡに対してクロスポートである出力ポートＨから出力される。
一方、３ｄＢ光カップラー１６の入力ポートＥ、Ｆに入力された制御光も、３ｄＢ光カップラー１６により合波される。制御光が通過した経路も対称であるので、合波された制御光は、３ｄＢ光カップラー１４の入力ポートＢに対してクロスポートである出力ポートＧから出力される。
このように、３ｄＢ光カップラー１４、互いに同一光路長の光導波路１８ａ、１８ｂ、及び３ｄＢ光カップラー１６から構成される対称マッハツェンダ干渉器１２により、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂにより増幅された信号光を制御光から分離する光フィルター機能が実現されている。
出力ポートＨから出力された信号光は、光導波路２６ｂの他端から出力される。一方、出力ポートＧから出力された制御光は、光導波路２６ａの他端から出力される。
こうして、光導波路２０ａに入力された信号光が増幅されるとともに、増幅された信号光が制御光から空間的に分離されて光導波路２６ｂの他端から出力される。
（光増幅装置の製造方法）
次に、本実施形態による光増幅装置の製造方法について図２乃至図５を用いて説明する。なお、図２Ａ乃至図２Ｃ、図３Ａ乃至図３Ｃ、図４Ａ乃至図４Ｃ、図５Ａ及び図５Ｂそれぞれの左図はＤＦＢレーザ及びＳＯＡが形成される領域の工程断面図を示し、図２Ａ乃至図２Ｃ、図３Ａ乃至図３Ｃ、図４Ａ乃至図４Ｃ、図５Ａ及び図５Ｂそれぞれの右図は光導波路が形成される領域の工程断面図を示している。
まず、ｎ型ＩｎＰ基板１０のＤＦＢレーザ２２形成予定領域に、回折格子を形成する。例えば、ｎ型ＩｎＰ基板１０上にポジ型レジストを塗布して形成したレジスト膜に二光束干渉露光により回折格子パターンを形成する。次いで、ＤＦＢレーザ２２形成予定領域上のレジスト膜に露光光が照射されないようなマスクを用いたダイレクトコンタクト露光及び露光後の現像により、ＤＦＢレーザ２２形成予定領域上のレジスト膜のみに回折格子パターンを形成する。次いで、回折格子パターンを形成したレジスト膜をマスクとして、Ｃ２Ｈ６、Ｈ２、及びＯ２の混合ガスをエッチングガスとするＲＩＥ法により、ｎ型ＩｎＰ基板１０のＤＦＢレーザ２２形成予定領域に回折格子を形成する。
次に、ｎ型ＩｎＰ基板１０上の全面に、例えば有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、厚さ１００ｎｍ、無歪であり１．２μｍ組成のＩｎＧａＡｓ光閉じ込め層２８と、厚さ５０ｎｍ、伸張歪０．２５％のＩｎＧａＡｓ活性層３０と、厚さ１００ｎｍ、無歪であり１．２μｍ組成のＩｎＧａＡｓ光閉じ込め層３２とを順次形成する（図２Ａ）。
次いで、ＩｎＧａＡｓ光閉じ込め層３２上に、シリコン酸化膜５０を形成する（図２Ｂ）。
次いで、フォトリソグラフィー及びエッチング技術により、シリコン酸化膜５０に、ＤＦＢレーザ２２及びＳＯＡ２４ａ、２４ｂを形成しない領域を露出する開口部を形成する（図２Ｃ）。
次いで、シリコン酸化膜５０をマスクとして、例えばＣ２Ｈ６、Ｈ２、及びＯ２の混合ガスをエッチングガスとする反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法により、ｎ型ＩｎＰ基板１０上のＤＦＢレーザ２２及びＳＯＡ２４ａ、２４ｂを形成しない領域のＩｎＧａＡｓ光閉じ込め層３２、ＩｎＧａＡｓ活性層３０、及びＩｎＧａＡｓ光閉じ込め層２８を除去する（図３Ａ）。
こうして、ｎ型ＩｎＰ基板１０のＤＦＢレーザ２２、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂの形成予定領域上のみに活性層構造が形成される。
次いで、例えばＭＯＣＶＤ法により、ＩｎＧａＡｓ活性層４４等を除去したｎ型ＩｎＰ基板１０上のＤＦＢレーザ２２及びＳＯＡ２４ａ、２４ｂを形成しない領域に、下部クラッド層４２と、コア層４４と、上部クラッド層４６とを順次積層する（図３Ｂ）。次いで、シリコン酸化膜５０を、例えば弗酸を用いたウェットエッチングにより除去する。
こうして、ｎ型ＩｎＰ基板１０のＤＦＢレーザ２２、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂを形成しない領域上にパッシブ層構造が形成される。
次いで、上述のように活性層構造が形成された領域とパッシブ層構造が形成された領域とを有するｎ型ＩｎＰ基板１０の全面にシリコン酸化膜５２を形成する。次いで、リソグラフィー及びエッチング技術により、シリコン酸化膜５２を、光導波路１８ａ、１８ｂ、２０ａ、２０ｂ、２６ａ、２６ｂ、及び３ｄＢ光カップラー１４、１６のパターンに形成する。
次いで、パターニングしたシリコン酸化膜５２をマスクとして、例えばＣ２Ｈ６、Ｈ２、及びＯ２の混合ガスをエッチングガスとするＲＩＥ法により、ＩｎＧａＡｓ光閉じ込め層３２、ＩｎＧａＡｓ活性層３０、及びＩｎＧａＡｓ光閉じ込め層２８と、上部クラッド層４６、コア層４４、及び下部クラッド層４２とをエッチングする（図４Ａ）。
こうして、光導波路１８ａ、１８ｂ、２０ａ、２０ｂ、２６ａ、２６ｂ、及び３ｄＢ光カップラー１４、１６がコア層４４に形成され、ＤＦＢレーザ２２、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂの活性層構造がメサ状に形成される。
次いで、シリコン酸化膜５２をそのまま選択成長マスクとして用い、ＭＯＣＶＤ法により、パターニングしたＩｎＧａＡｓ光閉じ込め層３２、ＩｎＧａＡｓ活性層３０、及びＩｎＧａＡｓ光閉じ込め層２８からなる活性層構造と、上部クラッド層４６、コア層４４、及び下部クラッド層４２からなるパッシブ層構造の両側のｎ型ＩｎＰ基板１０上に、ｐ型ＩｎＰ電流狭窄層３４と、ｎ型ＩｎＰ電流狭窄層３６とを順次選択成長させる。ｐ型ＩｎＰ電流狭窄層３４及びｎ型ＩｎＰ電流狭窄層３６を形成した後、シリコン酸化膜５２を、例えば弗酸を用いたウェットエッチングにより除去する（図４Ｂ）。
次いで、例えばＭＯＣＶＤ法により、全面に、ＩｎＰクラッド層３８と、ＩｎＧａＡｓコンタクト層４０とを順次形成する（図４Ｃ）。
次いで、ＩｎＧａＡｓコンタクト層４０上にレジスト膜５４を形成する。次いで、例えばダイレクトコンタクト露光及び露光後の現像により、活性層構造が形成された領域以外の領域上のレジスト膜５４を除去する（図５Ａ）。
次いで、レジスト膜５４をマスクとして、例えば硫酸及び過酸化水素からなるエッチング液を用いたウェットエッチングにより、活性層構造が形成された領域上のコンタクト層４０のみを残存させ、パッシブ層構造が形成された領域上のコンタクト層４０を除去する（図５Ｂ）。
次いで、ＤＦＢレーザ２２及びＳＯＡ２４ａ、２４ｂが形成された領域のｐ側、ｎ側にそれぞれ電極（図示せず）を形成する。
次いで、ｎ型ＩｎＰ基板１０を劈開面に沿って劈開することにより、信号光の入力側端面及び出力側端面を形成する。次いで、形成した両端面に、無反射コート膜（図示せず）を形成する。
こうして、本実施形態による光増幅装置が製造される。
このように、本実施形態によれば、光出力レベルを制御する機能を有する光増幅装置の各構成要素を同一基板上に形成するので、従来に比べて光増幅装置の小型化を図ることができる。また、各構成要素を同一基板上に形成することにより、従来に比べて必要な光学部品の点数を削減することができ、また、ＳＯＡを形成するのと同等の工程により製造することができ煩雑な実装工程が不要となるので、光出力レベルを制御する機能を有する光増幅装置を低廉に提供することができる。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による光増幅装置について図６を用いて説明する。図６は信号光と制御光とがＳＯＡを同一方向に伝搬する場合に発生する四光波混合による位相共役波を示す波長スペクトルを示すグラフ、図７は本実施形態による光増幅装置の構造を示す平面図である。なお、第１実施形態による光増幅装置と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
第１実施形態による光増幅装置では、信号光が入力される３ｄＢ光カップラー１４の他の入力ポートＢに制御光用光源としてのＤＦＢレーザ２２が接続されていた。このような構成のため、信号光と制御光とは、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂを同一方向に伝搬する。
このように、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂにおいて、信号光と制御光とが同一方向に伝搬する場合、四光波混合（Ｆｏｕｒ Ｗａｖｅ Ｍｉｘｉｎｇ：ＦＷＭ）により位相共役波が発生する。すなわち、波長λｓの信号光と波長λｃの制御光とがＳＯＡ２４ａ、２４ｂを同一方向に伝搬した場合には、波長２λｓ−λｃと波長２λｃ−λｓの位相共役波が発生する。
例えば、図６は、波長１５３６ｎｍの信号光と波長１５５０ｎｍの制御光とが同一方向に伝搬するＳＯＡから出力される出力光の波長スペクトルを示すグラフである。波長スペクトルから、波長１５３６ｎｍの信号光と波長１５５０ｎｍの制御光とに加えて、波長１５２２ｎｍ、１５６４ｎｍの位相共役波が発生していることが分かる。
ＦＷＭによりＳＯＡ２４ａ、２４ｂにおいて発生した位相共役波は、３ｄＢ光カップラー１６の２つの出力ポートＧ、Ｈからそれぞれ出力することととなり、増幅された信号光に混入し雑音成分となる。このため、第１実施形態による光増幅装置により信号光を増幅する場合、雑音成分となる位相共役波を除去することが必要となる場合がある。したがって、例えば、信号光の出力ポートＨの後段に、位相共役波を透過せずに信号光を透過する透過帯域幅を有する波長フィルターを配置することが必要となる場合がある。
ところで、ＷＤＭシステム等の光通信システムにおいては、光分岐挿入（ＯＡＤＭ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｄ ａｎｄ Ｄｒｏｐ）や光クロスコネクト（ＯＸＣ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｒｏｓｓ Ｃｏｎｎｅｃｔ）等に光増幅装置が導入される場合が考えられる。このような場合、その光増幅装置が１波対応であっても、そこに入力される信号光の波長λｓが固定されておらず、ある波長帯で動的に変化する場合が想定される。例えば、光通信に用いられる波長帯として最も一般的なＣバンド帯（１５３０〜１５６０ｎｍ）内で信号光の波長λｓが任意に変化するような場合である。
このような場合に、位相共役波を除去するために、単に、信号光の出力ポートＨの後段にＣバンド帯を透過する波長フィルターを配置するのみでは、次のような不都合が想定される。すなわち、信号光の波長によっては、ＦＷＭによる位相共役波の波長が、波長フィルターの透過帯域内にあるものとなり、雑音成分としての位相共役波を十分に除去することができないこともあり得る。
本実施形態による光増幅装置は、第１実施形態による光増幅装置において、信号光の出力ポートの後段に配置され、透過帯域が変化する波長可変フィルターと、波長可変フィルターの透過帯域の中心波長を、信号光の波長に基づき制御する制御機構とを有することに主たる特徴がある。
すなわち、図７に示すように、光導波路２０ａの前段には、アイソレータ５６及びその両側に配置されたレンズ５８ａ、５８ｂを介して、非対称２分岐の光分岐器６０が設けられている。光分岐器６０の分岐比は、例えば１０：１となっている。光分岐器６０の入力ポートには信号光が入力されるようになっている。光分岐器６０の出力ポートのうち分岐比の大きな出力ポートは、アイソレータ５６及びその両側に配置されたレンズ５８ａ、５８ｂを介して、光導波路２０ａに光学的に接続されており、出力ポートから出力される信号光が光導波路２０ａに入力されるようになっている。また、光分岐器６０の出力ポートのうち分岐比の小さい出力ポートには、出力ポートから出力される信号光を検出し、その波長を計測する波長計６２が接続されている。
一方、信号光が出力される光導波路２６ｂの後段には、アイソレータ６４及びその両側に配置されたレンズ６６ａ、６６ｂを介して、波長可変フィルター６８が配置されている。波長可変フィルター６８には、波長計６２による信号光の波長の計測結果に基づき、波長可変フィルター６８の透過帯域を制御する制御部７０が接続されている。
本実施形態による光増幅装置は、基本的に第１実施形態による光増幅装置の場合と同様にして信号光の増幅を行う。この信号光の増幅の間、制御部７０は、波長計６２による信号光の波長の計測結果に基づき、波長可変フィルター６８の透過帯域が位相共役波を透過せずに信号光を透過するものとなるように、波長可変フィルター６８の透過帯域中心波長を設定する。こうして、増幅すべき信号光の波長が動的に変化するような場合であっても、増幅されて光導波路２０ｂの一端から出力された信号光に混入した位相共役波を確実に除去することができる。
このように、本実施形態によれば、波長計６２による信号光の波長の計測結果に基づき、波長可変フィルター６８の透過帯域を制御するので、増幅すべき信号光の波長が動的に変化する場合であっても、信号光に混入した雑音成分となる位相共役波を確実に除去することができる。
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による光増幅装置について図８を用いて説明する。図８は本実施形態による光半導体装置の構造を示す平面図である。なお、第１及び第２実施形態による光増幅装置と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
本実施形態による光増幅装置の基本的構成は、第１実施形態による光増幅装置と同様である。本実施形態による光増幅装置は、ＦＷＭによりＳＯＡにおいて発生し、増幅された信号光に混入する位相共役波を除去するために、複数の信号光の波長を含む透過帯域幅を有する広帯域透過型波長フィルター７２を有することに特徴がある。
すなわち、図８に示すように、信号光が出力される光導波路２６ｂの後段には、アイソレータ６４及びその両側に配置されたレンズ６６ａ、６６ｂを介して、広帯域透過型波長フィルター７２が配置されている。
広帯域透過型波長フィルター７２は、増幅すべき信号光の波長帯域に応じて複数の信号光の波長を含む広い透過帯域幅を有するものであり、この広い透過帯域幅に位相共役波の波長が含まれないように設定されている。これにより、広帯域透過型波長フィルター７２の透過中心波長は可変である必要はなく、また、波長計６２や制御部７０も不要である。したがって、本実施形態による光増幅装置は、増幅すべき信号光の波長が動的に変動する場合であっても、第２実施形態による光増幅装置と比較して、小さな装置のサイズで、低コストに、ＦＷＭによりＳＯＡ２４ａ、２４ｂにおいて発生する位相共役波を除去することができる。
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態による光増幅装置について図９を用いて説明する。図９は本実施形態による光増幅装置の構造を示す平面図、図１０は信号光と制御光とがＳＯＡを互いに逆方向に伝搬する場合の波長スペクトルを示すグラフ、図１１は光注入による利得変化の制御光の波長に対する依存性を示すグラフ、図１２は信号光の出力レベルを一定に維持するために要する制御光のパワーの波長に対する依存性を示すグラフである。なお、第１実施形態による光増幅装置と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
上記の第２及び第３実施形態による光増幅装置は、それぞれ波長可変フィルター６８等、広帯域透過型波長フィルター７２により、ＦＷＭによりＳＯＡ２４ａ、２４ｂにおいて発生し、増幅された信号光に混入する位相共役波を除去することを可能としていた。しかしながら、第２及び第３実施形態による光増幅装置には、以下に述べるような不都合も存在していた。
第２実施形態による光増幅装置は、位相共役波を除去するために、波長可変フィルター６８、及びその透過帯域を制御するために用いられる波長計６２、制御部７０を有していた。このため、部品点数の増大から装置のサイズが大きくなり、また、コストが高くなってしまっていた。
一方、第３実施形態による光増幅装置は、位相共役波を除去するために、広帯域透過型波長フィルター７２を有していた。これにより、第２実施形態による光増幅装置と比較して、小さい装置サイズで低コストに、位相共役波を除去することを実現することができる。しかしながら、第２実施形態による光増幅装置では、広帯域透過型波長フィルター７２の広い透過帯域外に位相共役波の波長が存在していないと、位相共役波を除去することはできない。このため、位相共役波の除去には、制御光の波長λｃによる制約が存在していた。
例えば、信号光の波長λｓの使用帯域をＣバンド全域とした場合、広帯域透過型波長フィルター７２の透過帯域幅は、少なくとも１５３０〜１５６０ｎｍを含む幅に設定される。この場合、信号光の波長λｓが１５３０〜１５６０ｎｍの範囲内のいずれの波長であっても、波長２λｓ−λｃ、波長２λｃ−λｓの位相共役波をともに１５３０ｎｍよりも短波、又は１５６０ｎｍよりも長波なものとして広帯域透過型波長フィルター７２の透過帯域外のものにする必要がある。このためには、制御光の波長λｃは１５００ｎｍ以下、又は１５９０ｎｍ以上に設定しなければならない。
上記第２及び第３実施形態による光増幅装置に対し、本実施形態による光増幅装置は、装置のサイズの増大及びコストの上昇を伴うことなく、また、制御光の波長に制約されることなく、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂにおけるＦＷＭによる位相共役波の発生を防止することを可能にするものである。
まず、本実施形態による光増幅装置の構造について図１０を用いて説明する。
本実施形態による光増幅装置は、第１実施形態による光増幅装置と同様に、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に形成された対称マッハツェンダ干渉器１２を基本とする構成を有している。
なお、対称マッハツェンダ干渉器１２を構成する３ｄＢ光カップラー１４、１６の各ポートについては、第１実施形態による光増幅装置と同様に、入力ポートＡ、Ｂ、Ｅ、Ｆ、出力ポートＣ、Ｄ、Ｇ、Ｈと称することとするが、以下に述べるように、入力ポートＢ、Ｅ、Ｆは制御光に対して出力ポートとなり、出力ポートＣ、Ｄ、Ｇは制御光に対して入力ポートとなる。
３ｄＢ光カップラー１４の入力ポートＡには、第１実施形態による光増幅装置と同様に、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に形成され、増幅すべき信号光が入力される光導波路２０ａの一端が接続されている。光導波路２０ａの信号光が入力される他端は、ｎ型ＩｎＰ基板１０の信号光の入力側端面に位置している。
３ｄＢ光カップラー１４の入力ポートＢには、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に形成された光導波路２０ｂの一端が接続されている。光導波路２０ｂの他端は、ｎ型ＩｎＰ基板１０の端面に位置しており、第１実施形態による光増幅装置とは異なり、光導波路２０ｂには、ＤＦＢレーザ２２は接続されていない。
３ｄＢ光カップラー１４の出力ポートＤと３ｄＢ光カップラー１６の入力ポートＦとの間は、第１実施形態による光増幅装置と同様に、ＳＯＡ２４ａが設けられている光導波路１８ａにより接続されている。３ｄＢ光カップラー１４の出力ポートＣと３ｄＢ光カップラー１６の入力ポートＥとの間は、第１実施形態による光増幅装置と同様に、ＳＯＡ２４ｂが設けられている光導波路１８ｂにより接続されている。
３ｄＢ光カップラー１６の出力ポートＨには、第１実施形態による光増幅装置と同様に、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に形成された光導波路２６ａ一端が接続されている。
３ｄＢ光カップラー１６の出力ポートＧには、ｎ型ＩｎＰ基板１０上に形成された光導波路２６ａ一端が接続されている。光導波路２６ａの他端には、第１実施形態による光増幅装置とは異なり、制御光用光源としてのＤＦＢレーザ２２が接続されている。
なお、上記のように構成される本実施形態による光増幅装置は、ＤＦＢレーザ２２を形成する位置以外は、第１実施形態による光増幅装置とほぼ同様にして製造することができる。
このように、本実施形態による光増幅装置は、増幅された信号光が出力される出力ポートＨを有する３ｄＢ光カップラー１６のポートのうち、信号光の出力ポートＨと同じ側の出力ポートＧに、制御光用光源としてのＤＦＢレーザ２２が接続されていることに主たる特徴の一つがある。以下、本実施形態による光増幅装置の動作とともに、その特徴について詳述する。
増幅すべき信号光は、第１実施形態による光増幅装置と同様に、光導波路２０ａの一端から入力される。光導波路２０ａに入力された信号光は、３ｄＢ光カップラー１４の入力ポートＡに入力される。
光導波路２６ａの一端に設けられたＤＦＢレーザ２２からは、予め一定パワーのレーザ光を制御光として出力しておき、信号光の出力に基づきレーザ光のパワーを制御する。ＤＦＢレーザ２２から出力された制御光は、光導波路２６ａを伝搬した後、３ｄＢ光カップラー１６の出力ポートＧに入力される。第１実施形態による光増幅装置の場合と同様に、ＤＦＢレーザ２２に注入する電流を制御して出力されるレーザ光の光レベルを制御することにより、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂによる信号光の増幅率を制御することができる。また、信号光の出力に基づきＤＦＢレーザ２２に注入する電流を制御するフィードバック機構を設け、増幅された信号光の出力レベルが一定になるようにすることも可能である。
入力ポートＡに入力された信号光は、３ｄＢ光カップラー１４により均等に分岐される。均等に分岐された信号光は、３ｄＢ光カップラー１４の出力ポートＣ、Ｄからそれぞれ出力される。こうして、信号光は、３ｄＢ光カップラー１４により均等に分岐され合波された後に、出力ポートＣ、Ｄから出力され、光導波路１８ａ、１８ｂにそれぞれ入力される。
一方、出力ポートＧに入力された制御光は、３ｄＢ光カップラー１６により均等に分岐される。均等に分岐された制御光は、３ｄＢ光カップラー１６の入力ポートＥ、Ｆからそれぞれ出力される。こうして、制御光は、３ｄＢ光カップラー１６により均等に分岐され合波された後に、入力ポートＥ、Ｆから出力され、信号光とは互いに逆方向に伝搬するように、光導波路１８ａ、１８ｂにそれぞれ入力される。
光導波路１８ａ、１８ｂにそれぞれ互いに逆方向に伝搬するように入力された信号光及び制御光は、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂにより増幅される。その後、増幅された信号光は、３ｄＢ光カップラー１６の入力ポートＥ、Ｆにそれぞれ入力される。一方、増幅された制御光は、３ｄＢ光カップラー１４の出力ポートＣ、Ｄにそれぞれ入力される。本実施形態による光増幅装置は、信号光と制御光とをＳＯＡ２４ａ、２４ｂに互いに逆方向から入力することにより、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂ内において信号光と制御光とを合波して増幅し、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂを互いに逆方向に伝搬した信号光と制御光とを分離していると考えることができる。
このように、本実施形態による光増幅装置では、信号光と制御光とが互いに逆方向にＳＯＡ２４ａ、２４ｂを伝搬する。
図１０は、信号光と制御光とがＳＯＡを互いに逆方向に伝搬する場合に信号光が出力される側の出力光の波長スペクトルを示すグラフである。この場合、信号光の波長は１５３６ｎｍであり、制御光の波長は１５５０ｎｍである。この波長スペクトルには、信号光が制御光の反射成分とともに観察されているが、位相共役波は観察されていない。すなわち、信号光と制御光とを互いに逆方向にＳＯＡを伝搬させることにより、ＳＯＡにおけるＦＷＭによる位相共役波の発生を防止することができることが分かる。
３ｄＢ光カップラー１６の入力ポートＥ、Ｆに入力された信号光は、３ｄＢ光カップラー１６により合波される。このとき、信号光が通過した経路が対称であるので、合波された信号光は、信号光が入力された３ｄＢ光カップラー１４の入力ポートＡに対してクロスポートである出力ポートＨから出力される。ここで、信号光と制御光とは互いに逆方向にＳＯＡ２４ａ、２４ｂを伝搬しているため、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂにおけるＦＷＭによる位相共役波は発生しておらず、信号光に位相共役波が混入することもない。
一方、３ｄＢ光カップラー１４の出力ポートＣ、Ｄに入力された制御光も、３ｄＢ光カップラー１４により合波される。制御光が通過した経路も対称であるので、合波された制御光は、３ｄＢ光カップラー１６の出力ポートＧに対してクロスポートである入力ポートＢから出力される。
このように、３ｄＢ光カップラー１４、互いに同一光路長の光導波路１８ａ、１８ｂ、及び３ｄＢ光カップラー１６から構成される対称マッハツェンダ干渉器１２により、第１実施形態による光増幅装置と同様に、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂにより増幅された信号光を制御光から分離する光フィルター機能が実現されている。
出力ポートＨから出力された信号光は、光導波路２６ｂの他端から出力される。一方、入力ポートＢから出力された制御光は、光導波路２０ｂの他端から出力される。
こうして、光導波路２０ａに入力された信号光が増幅されるとともに、増幅された信号光が制御光から空間的に分離されて光導波路２６ｂの他端から出力される。
このように、本実施形態によれば、信号光と制御光とを互いに逆方向にＳＯＡを伝搬させるので、ＳＯＡ２４ａ、２４ｂにおけるＦＷＭによる位相共役波の発生を防止することができる。これにより信号光に混入した位相共役波を除去するために、第２及び第３実施形態による光増幅装置が有するような波長フィルター、波長計、制御部等が不要となり、更なる装置の小型化及び低コスト化を図ることができる。
また、本実施形態による光増幅装置は、信号光と制御光とを互いに逆方向にＳＯＡを伝搬させることにより位相共役波の発生を防止するので、第３実施形態による光増幅装置のように制御光の波長に位相共役波の発生の防止が制約されることもない。換言すると、制御光の波長を高い自由度で設定することができる。
このように、制御光の波長を高い自由度で設定することができるため、低いパワーで十分な利得飽和が得られるように制御光の波長を設定することが可能となる。これにより、制御光源としてのＤＦＢレーザ２２の素子長を短くすることができ、その消費電力を小さく抑えることできる。以下、この点について詳述する。
通常、ＳＯＡは、信号光の波長λｓで十分な利得が得られるように設計される。このため、制御光の波長λｃが信号光の波長λｓから大きく乖離すると制御光に対するＳＯＡの利得が低下する。このような場合に、制御光によりＳＯＡの利得飽和を十分に誘起するには、非常に高いパワーの制御光が必要となるため、制御光用光源としてのＤＦＢレーザの素子長を大きくする必要があり、また、消費電力も大きくなってしまう。
図１１は、一定のパワーの制御光を注入したときに、信号光の利得を変化することができる利得変化量ΔＧの制御光の波長λｃに対する依存性を示すグラフである。なお、この場合、入力される信号光のパワーは−３ｄＢｍ、信号光の波長λｓは１５６０ｎｍである。
図１１中点線のグラフに示す制御光のパワーが＋３ｄＢｍの場合には、制御光の波長λｃが１５４０ｎｍのときに、利得変化量ΔＧは６ｄＢで最大となる。これに対し、制御光の波長λｃが１５００ｎｍのときには、利得変化量ΔＧは４ｄＢに減少し、また、制御光の波長λｃが１５９０ｎｍのときには、利得変化量ΔＧは２ｄＢに減少する。
また、図１１中実線のグラフに示す制御光のパワーが＋６ｄＢｍの場合には、制御光の波長λｃが１５５０ｎｍのときに、利得変化量ΔＧは８ｄＢで最大となるのに対し、制御光の波長λｃが１５００ｎｍのときには、利得変化量ΔＧは５．５ｄＢに減少する。
一方、図１２は、信号光の出力レベルを一定値＋１０ｄＢｍに維持するために必要な制御光のパワーの制御光の波長λｃに対する依存性を示すグラフである。なお、この場合も、図１１のグラフと同様に、入力される信号光のパワーは−３ｄＢｍ、信号光の波長λｓは１５６０ｎｍである。
図１２に示すグラフから明らかなように、制御光の波長λｃが１５４０ｎｍのときには、必要な制御光のパワーは＋２．９ｄＢｍである。これに対し、制御光の波長λｃが１５００ｎｍのときには、必要な制御光のパワーは＋６．６ｄＢｍとなり、制御光の波長λｃが１５４０ｎｍの場合と比較して２倍以上の制御光パワーが必要となる。
本実施形態による光増幅装置は、制御光の波長に制限されることなくＳＯＡにおけるＦＷＭによる位相共役波の発生を防止することができるので、制御光の波長を高い自由度で設定することができる。したがって、上述した利得変化量ΔＧができるだけ大きくなり、かつ、所定のレベルに信号光を増幅するために必要となる制御光のパワーができるだけ小さくなるように、制御光の波長を設定することができる。このように、低いパワーで十分な利得飽和が得られるように制御光の波長を設定することができるので、制御光用光源としてのＤＦＢレーザ２２の素子長を短くすることができ、また、消費電力も小さくすることができる。
（変形実施形態）
本発明の上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、光増幅装置の材料をＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系のものとしたが、これに限定されるものではなく、ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＰ系などの他の材料系を用いてもよい。また、各層の膜厚、組成等も適宜変更することができる。
また、上記実施形態では、制御光用光源としてＤＦＢレーザ２２を用いたが、他の構成要素とともに同一基板上に形成することができる光源であれば、これに限定されるものではない。例えば、分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザ等その他の半導体レーザを制御光用光源として用いることができる。
［産業上の利用の可能性］
本発明は、光増幅装置に適しており、特に、必要な光学部品の点数を削減することができ、小型化、低消費電力化が可能な光出力レベルを制御する機能を有する光増幅装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１実施形態による光増幅装置の構造を示す概略図である。
図２は、本発明の第１実施形態による光増幅装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
図３は、本発明の第１実施形態による光増幅装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
図４は、本発明の第１実施形態による光増幅装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
図５は、本発明の第１実施形態による光増幅装置の製造方法を示す工程断面図（その４）である。
図６は、信号光と制御光とがＳＯＡを同一方向に伝搬する場合に発生する四光波混合による位相共役波を示す波長スペクトルを示すグラフである。
図７は、本発明の第２実施形態による光増幅装置の構造を示す平面図である。
図８は、本発明の第３実施形態による光増幅装置の構造を示す平面図である。
図９は、本発明の第４実施形態による光増幅装置の構造を示す平面図である。
図１０は、信号光と制御光とがＳＯＡを互いに逆方向に伝搬する場合の波長スペクトルを示すグラフである。
図１１は、光注入による利得変化の制御光の波長に対する依存性を示すグラフである。
図１２は、信号光の出力レベルを一定に維持するために要する制御光のパワーの波長に対する依存性を示すグラフである。
図１３は、従来の出力レベル制御機能を有する光増幅装置の構成を示す概略図である。
Claims (11)
- 制御光を用いて信号光の増幅率を制御する光増幅装置であって、
半導体基板上に設けられ、前記制御光を出力する制御光用光源と、
前記半導体基板上に設けられ、前記信号光と前記制御光とを合波する合波手段と、
前記半導体基板上に設けられ、合波された前記信号光と前記制御光とを増幅する半導体光増幅器と、
前記半導体基板上に設けられ、前記半導体光増幅器により増幅された前記信号光を前記制御光から分離して出力する分波手段と
を有することを特徴とする光増幅装置。 - 請求の範囲第１項記載の光増幅装置において、
前記合波手段は、前記信号光と前記制御光とを前記半導体光増幅装置に互いに逆方向から入力することにより、前記半導体光増幅器内において前記信号光と前記制御光とを合波し、
前記分波手段は、前記半導体光増幅器を互いに逆方向に伝搬した前記信号光と前記制御光とを分離する
ことを特徴とする光増幅装置。 - 半導体基板上に設けられ、２つの入力ポートと２つの出力ポートとを有する第１及び第２の３ｄＢ光カップラーと、前記第１の３ｄＢ光カップラーの前記出力ポートと前記第２の３ｄＢ光カップラーの前記入力ポートとを光学的に接続する第１及び第２の光導波路とを有するマッハツェンダ干渉器と、
前記第１及び第２の光導波路のそれぞれに設けられた半導体光増幅器と、
前記半導体基板上に設けられ、前記第１の３ｄＢ光カップラーの一の前記入力ポートから入力される信号光の増幅率を制御するための制御光を前記マッハツェンダ干渉器に入力する制御光用光源と
を有することを特徴とする光増幅装置。 - 請求の範囲第３項記載の光増幅装置において、
前記制御光用光源は、前記第１の３ｄＢ光カップラーの他の前記入力ポートから前記マッハツェンダ干渉器に前記制御光を入力し、
前記信号光が入力される前記入力ポートに対してクロスポートである前記第２の３ｄＢ光カップラーの前記出力ポートから増幅された前記信号光を出力する
ことを有することを特徴とする光増幅装置。 - 請求の範囲第３項記載の光増幅装置において、
前記制御光用光源は、前記第２の３ｄＢ光カップラーの前記出力ポートのうち前記信号光が出力されるのとは別の出力ポートから前記マッハツェンダ干渉器に前記制御光を入力し、
前記信号光が入力される前記入力ポートに対してクロスポートである前記第２の３ｄＢ光カップラーの他の前記出力ポートから増幅された前記信号光を出力する
ことを有することを特徴とする光増幅装置。 - 請求の範囲第４項記載の光増幅装置において、
増幅された前記信号光が出力される前記出力ポートの後段に配置され、前記半導体光増幅器において四光波混合により発生する位相共役波を除去する波長フィルターを更に有する
ことを特徴とする光増幅装置。 - 請求の範囲第６項記載の光増幅装置において、
前記波長フィルターは、その透過帯域が変化する波長可変フィルターであり、
前記信号光の波長を計測する波長計測手段と、
前記波長計測手段の計測結果に基づき、前記波長フィルターの前記透過帯域を制御する制御手段とを更に有する
ことを特徴とする光増幅装置。 - 請求の範囲第６項記載の光増幅装置において、
前記波長フィルターは、複数の前記信号光の波長を含む透過帯域幅を有する波長フィルターである
ことを特徴とする光増幅装置。 - 請求の範囲第１項乃至第８項のいずれか１項に記載の光増幅装置において、
前記半導体光増幅器により増幅される前記信号光の光レベルに基づき、前記制御光用光源より出力される前記制御光の光レベルを制御し、前記半導体光増幅器により増幅された前記信号光の光レベルをほぼ一定に制御する制御手段を更に有する
ことを特徴とする光増幅装置。 - 請求の範囲第１項乃至第９項のいずれか１項に記載の光増幅装置において、
前記制御光用光源は、分布帰還型半導体レーザである
ことを特徴とする光増幅装置。 - 請求の範囲第１項乃至第１０項のいずれか１項に記載の光増幅装置において、
前記半導体光増幅器は偏波無依存型の光増幅器であり、前記信号光が受ける利得が、前記信号光の偏波状態によらずほぼ一定である
ことを特徴とする光増幅装置。
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