WO2018146749A1 - 波長可変レーザ装置 - Google Patents

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resonator
dither
tunable laser
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泰雅 川北
和明 清田
康貴 比嘉
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古河電気工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a wavelength tunable laser device.
  • Patent Documents 1 and 2 and Non-patent Document 1 there is disclosed a wavelength tunable laser configured to amplify and output laser light output from a semiconductor laser by a semiconductor optical amplifier (see Patent Document 3).
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a wavelength tunable laser device which is easy to realize stable single mode oscillation and to accurately control the wavelength of laser light.
  • a wavelength tunable laser device includes a wavelength tunable laser element having a plurality of wavelength selection elements whose wavelength response spectrum is variable in an optical resonator.
  • a semiconductor optical amplifier for receiving the laser light output from the variable-wavelength laser element and amplifying the laser light; an optical isolator disposed between the variable-wavelength laser element and the semiconductor optical amplifier;
  • Optical intensity fluctuation detection means for detecting the intensity fluctuation of laser light output from the wavelength variable laser element and before being input to the semiconductor optical amplifier, and a resonator for modulating the resonator mode of the optical resonator on the wavelength axis
  • the wavelength dither for the resonator mode is generated based on the wavelength dither generation means for generating the wavelength dither for mode and the intensity fluctuation detected by the light intensity fluctuation detection means. Characterized in that it comprises a wavelength dither feedback control means for back control, the.
  • the wavelength dither generation unit generates a wavelength dither for wavelength selection element that modulates at least one wavelength response spectrum of the plurality of wavelength selection elements on a wavelength axis. It is characterized by
  • the wavelength response spectrum is a reflection spectrum
  • resonance is moved within a predetermined band of reflection spectra of the plurality of wavelength selection elements by the wavelength dither for the resonator mode. And matching the reflection mode within the predetermined band.
  • the wavelength response spectrum is a transmission spectrum, and resonance is moved within a predetermined band of transmission spectra of the plurality of wavelength selection elements by the wavelength dither for the resonator mode. Mode is matched with the transmission peak in the predetermined band.
  • the resonator mode of the optical resonator is set to the wavelength axis in a state where certain peaks of the response spectra of the plurality of wavelength selection elements coincide on the wavelength axis. It is characterized in that it is modulated above.
  • the wavelength response spectrum is a reflection spectrum
  • one of the plurality of wavelength selection elements has an interval between peaks of the reflection spectrum. It is characterized by being different from each other.
  • the semiconductor based on light intensity detection means for detecting the intensity of the laser light output from the semiconductor optical amplifier, and the intensity detected by the light intensity detection means And semiconductor optical amplifier feedback control means for feedback controlling the optical amplifier.
  • the wavelength tunable laser element has a phase tuning element which is given a phase tuning signal to change the phase of light in the optical resonator, and the wavelength dither generation
  • the means generates the wavelength dither for the resonator mode by controlling the phase adjusting element according to the phase adjusting signal, and the wavelength dither feedback control means controls the phase adjusting element to control the resonator. It is characterized in that feedback control of wavelength dither for mode is performed.
  • the wavelength tunable laser device is characterized in that the wavelength dither generation means modulates the refractive index of the phase adjustment element by the phase adjustment signal.
  • the wavelength dither generation unit controls the amount of heat generation of a heater that heats the phase adjustment element according to the phase adjustment signal, so that the refractive index of the phase adjustment element Modulation.
  • the wavelength dither generation unit generates the wavelength dither for the wavelength selection element by modulating the refractive index of the wavelength selection element.
  • the wavelength tunable laser device is characterized in that the wavelength dither generation unit generates the wavelength dither for the wavelength selection element by modulating the refractive indices of the two wavelength selection elements.
  • FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of a wavelength tunable laser device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a configuration example 1 of the wavelength tunable laser and a controller.
  • FIG. 3A is a diagram showing a first comb-like reflection spectrum and a second comb-like reflection spectrum.
  • FIG. 3B is a diagram showing a first comb reflection spectrum, a second comb reflection spectrum, and a resonator mode.
  • FIG. 4 is a diagram showing a first comb-like reflection spectrum, a second comb-like reflection spectrum and an overlap thereof.
  • FIG. 5 is a diagram showing the overlap of the first comb reflection spectrum, the second comb reflection spectrum, and the resonator mode and the wavelength dither.
  • FIG. 6 is a schematic view showing a configuration example 2 of the wavelength tunable laser.
  • FIG. 7 is a schematic view showing a configuration example 3 of the wavelength tunable laser.
  • FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of a wavelength tunable laser device according to an embodiment.
  • the wavelength tunable laser device 100 includes a temperature control element 2, a support member 3, a wavelength tunable laser 4 as a wavelength variable laser element, a collimator lens 5, a temperature control element 6, a support member 7, an optical isolator 8 in a housing 1.
  • the splitter 17, the power monitoring PD 18, the condensing lens 19, and one end of the optical fiber 20 are accommodated and have a modularized configuration.
  • This module is referred to as a tunable laser module.
  • the tunable laser device 100 further includes a controller 21 that controls the operation of the tunable laser module.
  • the housing 1 has a bottom plate 1a, a side wall portion, and an upper lid. In FIG. 1, the upper lid is omitted for the sake of explanation.
  • a holder 1b is provided which accommodates the condenser lens 19 and to which one end of the optical fiber 20 is inserted and fixed.
  • the housing 1 is sealed so that the inside is airtight.
  • the bottom plate 1a is made of a material having high thermal conductivity, such as copper tungsten (CuW).
  • the other part of the housing 1 is made of a material having a low thermal expansion coefficient such as Kovar (registered trademark).
  • Temperature control element 2 is, for example, a Peltier element.
  • the temperature control element 2 is mounted on the bottom plate 1 a in the housing 1, and can supply the drive current to cool the tunable laser 4 to adjust its temperature.
  • the support member 3 is mounted on the temperature control element 2.
  • the support member 3 mounts the wavelength tunable laser 4 and the collimator lens 5 and is made of a material having high thermal conductivity such as aluminum nitride (AlN).
  • AlN aluminum nitride
  • the variable wavelength laser 4 is mounted on the temperature control element 2 via the support member 3.
  • the wavelength tunable laser 4 is, for example, a wavelength tunable laser using the vernier effect, and a configuration example thereof will be described in detail later.
  • the variable wavelength laser 4 is controlled by the controller 21 to output a laser beam L1.
  • the wavelength of the laser beam L1 is a wavelength within a wavelength band (for example, 1520 nm to 1620 nm) used for optical communication.
  • the collimator lens 5 is mounted on the support member 3 and disposed on the laser light output side (front side) of the wavelength tunable laser 4.
  • the collimator lens 5 converts the laser light L1 output from the wavelength tunable laser 4 into parallel light.
  • the temperature control element 6 is mounted on the bottom plate 1 a in the housing 1 and disposed on the front side of the wavelength tunable laser 4.
  • the temperature control element 6 is, for example, a Peltier element.
  • the temperature control element 6 can adjust the temperature of each mounted element by being supplied with a drive current.
  • the support member 7 is mounted on the temperature control element 6.
  • the supporting member 7 is made of a material having high thermal conductivity, and the optical isolator 8, the condensing lens 9, the semiconductor optical amplifier 10, the collimator lens 11, the beam splitters 12 and 13, and a power monitor as light intensity fluctuation detecting means
  • the respective elements of the PD 14 for the optical system, the etalon filter 15, the PD 16 for wavelength monitoring, the beam splitter 17 and the PD 18 for power monitoring are mounted. Each element is temperature-controlled by the temperature control element 6.
  • the optical isolator 8 is disposed between the wavelength tunable laser 4 and the semiconductor optical amplifier 10.
  • the optical isolator 8 passes the laser beam L1 input from the left side of the drawing to the right side of the drawing and blocks the passage of light from the right side of the drawing to the left side of the drawing.
  • return light reflected light or ASE (Amplified Spontaneous Emission) light generated by the semiconductor optical amplifier 10.
  • the condensing lens 9 is collimated by the collimating lens 5 and condenses the laser light L1 having passed through the optical isolator 8 to the semiconductor optical amplifier 10 and inputs it.
  • the semiconductor optical amplifier 10 is provided separately from the wavelength tunable laser 4 and includes an optical amplification unit 10a which is an optical waveguide having a stripe-shaped embedded mesa structure including an active layer.
  • the semiconductor optical amplifier 10 optically amplifies and outputs the laser beam L1 input to the optical amplification unit 10a.
  • the semiconductor optical amplifier 10 is supplied with power by the controller 21 and optically amplifies the laser light L1 so as to have a desired light intensity.
  • the collimating lens 11 collimates the amplified laser light L1 output from the semiconductor optical amplifier 10 into parallel light.
  • the condensing lens 19 condenses the laser beam L1 collimated by the collimating lens 11 onto the optical fiber 20 for optical coupling.
  • the optical fiber 20 transmits the laser light L1 to a predetermined device or the like.
  • the beam splitter 12 is disposed between the optical isolator 8 and the focusing lens 9.
  • the beam splitter 12 is, for example, a half mirror, transmits most of the laser beam L1 that has passed through the optical isolator 8 and inputs it to the condensing lens 9, and at the same time, monitors a part of the laser beam L1 (laser beam L2) It is reflected towards the PD 14 for.
  • the beam splitter 13 is, for example, a half mirror, and reflects a part of the laser beam L2 (laser beam L3) to the etalon filter 15.
  • the power monitoring PD 14 detects the intensity of the laser light L 2, and outputs an electrical signal corresponding to the detected intensity to the controller 21.
  • the etalon filter 15 has periodic transmission characteristics (transmission wavelength characteristics) with respect to the wavelength, and selectively transmits the laser light L3 reflected by the beam splitter 13 with a transmittance according to the transmission wavelength characteristics. Input to the PD 16 for wavelength monitoring.
  • the wavelength monitor PD 16 detects the intensity of the laser beam L3 transmitted through the etalon filter 15, and outputs an electric signal corresponding to the detected intensity to the controller 21.
  • the period of the transmission wavelength characteristic of the etalon filter 15 is, for example, 50 GHz, 33.3 GHz, 25 GHz, etc. in terms of optical frequency.
  • the intensities of the laser beams L2 and L3 detected by the power monitor PD 14 and the wavelength monitor PD 16 are wavelength lock control by the controller 21 (control for setting the laser beam L1 output from the wavelength tunable laser 4 to a desired wavelength) Used in
  • the controller 21 controls the intensity of the laser beam L2 detected by the power monitoring PD 14 and the intensity of the laser beam L3 after transmission through the etalon filter 15 detected by the wavelength monitoring PD 16
  • the control is performed to change the drive current and temperature of the wavelength tunable laser 4 so that the ratio of the laser light L1 to the intensity and wavelength of the laser light L1 becomes the desired intensity and wavelength.
  • the wavelength of the laser beam L1 can be controlled to a desired wavelength (lock wavelength).
  • the beam splitters 12 and 13, the power monitoring PD 14, the etalon filter 15, and the wavelength monitoring PD 16 function as a wavelength monitoring mechanism that monitors the change of the wavelength of the laser light L1.
  • the beam splitter 17 reflects a part (laser light L4) of the laser light L1 which is optically amplified by the semiconductor optical amplifier 10 and outputted from the semiconductor optical amplifier 10.
  • the power monitor PD 18 as light intensity detection means detects the intensity of the laser beam L4, and outputs an electric signal corresponding to the detected intensity to the controller 21.
  • the controller 21 performs feedback control (constant output control) of the semiconductor optical amplifier 10 based on the intensity of the laser beam L4 detected by the power monitoring PD 18. Specifically, based on the intensity of the laser light L4, the controller 21 performs feedback control by controlling the power supplied to the semiconductor optical amplifier 10 so that the laser light L1 has a desired intensity.
  • the controller 21 includes driving units for driving the variable wavelength laser 4 and the semiconductor optical amplifier 10, an arithmetic processing unit that performs various arithmetic processing for controlling the driving units, and an arithmetic processing unit A storage unit such as a ROM that stores various programs, data, and the like used for performing the operation, a work space when the operation processing unit performs the operation processing, and storage of results of the operation processing of the operation processing unit A storage unit such as a RAM to be used is provided.
  • the controller 21 has functions as a semiconductor optical amplifier feedback control means for feedback controlling the semiconductor optical amplifier 10, a wavelength dither generation means described later, and a wavelength dither feedback control means.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a configuration example 1 of the wavelength tunable laser 4 and a controller.
  • the wavelength tunable laser 4 includes a first waveguide section 410 and a second waveguide section 420 formed on a common base B.
  • the base B is made of, for example, n-type InP.
  • An n-side electrode 430 is formed on the back surface of the base B.
  • the n-side electrode 430 includes, for example, AuGeNi, and makes ohmic contact with the base B.
  • the first waveguide section 410 includes a waveguide section 411, a semiconductor laminated section 412, a p-side electrode 413, and a microheater 415 made of Ti.
  • the first waveguide portion 410 has a buried waveguide structure, and the waveguide portion 411 is formed to extend in the z-direction in the semiconductor multilayer portion 412.
  • a gain section 411a and a distributed Bragg reflector (DBR) diffraction grating layer 411b as a wavelength selection element are disposed.
  • the gain portion 411a is an active layer having a multiple quantum well structure made of InGaAsP and an optical confinement layer.
  • the diffraction grating layer 411 b is configured by a sampling diffraction grating made of InGaAsP and InP.
  • the semiconductor laminated portion 412 is configured by laminating InP-based semiconductor layers, and has a function of a cladding portion and the like with respect to the waveguide portion 411.
  • the p-side electrode 413 is disposed on the semiconductor multilayer portion 412 along the gain portion 411 a.
  • a SiN protective film which will be described later, is formed on the semiconductor laminated portion 412, and the p-side electrode 413 is in contact with the semiconductor laminated portion 412 through an opening formed in the SiN protective film.
  • the microheater 415 is disposed on the SiN protective film of the semiconductor laminated portion 412 along the diffraction grating layer 411b.
  • the microheater 415 generates heat by being supplied with current from the controller 21 and heats the diffraction grating layer 411b.
  • the temperature of the diffraction grating layer 411b changes as the controller 21 controls the amount of current flow, and the refractive index of the diffraction grating layer 411b changes.
  • the second waveguide 420 includes a bifurcated portion 421, two arm portions 422 and 423, a ring waveguide 424, and a micro heater 425 made of Ti.
  • the bifurcated portion 421 is composed of a 1 ⁇ 2 type branched waveguide including a 1 ⁇ 2 type multimode interference (MMI) waveguide 421a, and the 2-port side is connected to each of the two arm portions 422 and 423 And one port side is connected to the first waveguide section 410 side.
  • One end of the two arm portions 422 and 423 is integrated by the bifurcated portion 421, and the two arm portions 422 and 423 are optically coupled to the diffraction grating layer 411b.
  • Each of the arm portions 422 and 423 extends in the z direction, and is disposed so as to sandwich the ring waveguide 424.
  • the arm portions 422 and 423 are in close proximity to the ring waveguide 424 and both are optically coupled to the ring waveguide 424 with the same coupling coefficient ⁇ .
  • the value of ⁇ is, for example, 0.2.
  • the arm portions 422 and 423 and the ring waveguide 424 constitute a ring resonator filter RF1.
  • the ring resonator filter RF1 and the bifurcated portion 421 constitute a reflection mirror M1 as a wavelength selection element.
  • the microheater 425 is ring-shaped, and is disposed on the SiN protective film formed to cover the ring-shaped waveguide 424.
  • the microheater 425 generates heat by being supplied with current from the controller 21 and heats the ring waveguide 424. As the controller 21 controls the amount of current flow, the temperature of the ring waveguide 424 changes,
  • Each of the bifurcated portion 421, the arm portions 422 and 423, and the ring waveguide 424 has a high mesa waveguide structure in which an optical waveguide layer 420a made of InGaAsP is sandwiched between cladding layers made of InP.
  • a micro heater 426 is disposed on a part of the SiN protective film of the arm portion 423.
  • a region of the arm portion 423 below the micro heater 426 functions as a phase adjustment unit 427 that is a phase adjustment element that changes the phase of light.
  • the micro heater 426 generates heat by being supplied with current from the controller 21 and heats the phase adjustment unit 427.
  • the controller 21 controls the amount of energization, the temperature of the phase adjustment unit 427 changes, and its refractive index changes.
  • An optical resonator C1 comprising a first waveguide section 410 and a second waveguide section 420, which are a pair of wavelength selection elements optically connected to each other, a diffraction grating layer 411b and a reflection mirror M1.
  • the gain unit 411a and the phase adjustment unit 427 are disposed in the optical resonator C1.
  • the reflection characteristics of the diffraction grating layer 411b and the ring resonator filter RF1 will be described with reference to FIGS. 3A and 3B.
  • the vertical axis indicates reflectance.
  • the diffraction grating layer 411b generates, as a wavelength response spectrum, a first comb-like reflection spectrum having substantially periodic reflection characteristics at substantially predetermined wavelength intervals, as indicated by a curve “G” in FIG. 3A.
  • the ring resonator filter RF1 generates, as a wavelength response spectrum, a second comb-like reflection spectrum having periodic reflection characteristics at predetermined wavelength intervals, as shown by a curve in the legend “Ring” in FIG. 3A. .
  • the legend "Mode” indicates the resonator mode of the optical resonator C1.
  • the resonator modes exist over at least the wavelength range of 1530 nm to 1570 nm shown in FIG. 3A.
  • the second comb reflection spectrum has a peak SC2 having a full width half maximum narrower than the full width half maximum of the peak SC1 of the first comb reflection spectrum, and the first comb reflection spectrum
  • the light emitting device has substantially periodic reflection characteristics at wavelength intervals different from the wavelength intervals of.
  • the spectral components are not strictly equal wavelength intervals in consideration of the wavelength dispersion of the refractive index.
  • the wavelength interval between the peaks of the first comb-like reflection spectrum (free spectral range: FSR) is 373 GHz in terms of light frequency, and the full width at half maximum of each peak is light The frequency is 43 GHz.
  • the wavelength interval (FSR) between the peaks of the second comb-like reflection spectrum is 400 GHz in terms of the light frequency, and the full width at half maximum of each peak is 25 GHz in terms of the light frequency. That is, the full width at half maximum (25 GHz) of each peak of the second comb reflection spectrum is narrower than the full width at half maximum (43 GHz) of each peak of the first comb reflection spectrum.
  • the peak of the second comb-like reflection spectrum has a shape that changes sharply with respect to the wavelength, and the second derivative of the reflectance with respect to the wavelength takes positive values on the short wavelength side and long wavelength side from the peak There is a wavelength range.
  • the peak of the second comb reflection spectrum is, for example, in the form of a double exponential distribution (Laplace distribution) type.
  • the peak of the first comb-like reflection spectrum has a shape that changes gently with respect to the wavelength, compared to the peak of the second comb-like reflection spectrum, and the second derivative of the reflectance with respect to wavelength
  • the peak of the first comb-like reflection spectrum is, for example, a Gaussian shape.
  • FIG. 4 is a diagram showing a first comb-like reflection spectrum, a second comb-like reflection spectrum and an overlap thereof.
  • the curve indicated by the legend "Overlap” indicates spectral overlap. In the example shown in FIG. 4, the overlap is largest at a wavelength of 1550 nm.
  • Such superposition is performed by heating the diffraction grating layer 411b by the microheater 415 using at least one of the microheater 415 and the microheater 425 to change its refractive index by the thermo-optical effect.
  • One comb-like reflection spectrum is moved entirely on the wavelength axis to change it, and the microheater 425 heats the ring waveguide 424 to change its refractive index to make a second comb-like reflection spectrum This can be realized by performing at least one of moving and changing on the wavelength axis as a whole.
  • the resonator length of the optical resonator C1 is set such that the distance between the resonator modes (longitudinal mode distance) is 25 GHz or less. In this setting, the resonator length of the optical resonator C1 is 1800 ⁇ m or more, and narrowing of the line width of the oscillating laser light can be expected.
  • the wavelength-tunable laser 4 injects a current from the n-side electrode 430 and the p-side electrode 413 to the gain section 411a by the controller 21 and causes the gain section 411a to emit light, thereby causing the peak of the spectral component of the first comb-like reflection spectrum
  • the laser light is oscillated at a wavelength, for example 1550 nm, at which the peak of the spectral component of the second comb-like reflection spectrum and one of the resonator modes of the optical resonator C1 coincide, and the laser light L1 is output.
  • the wavelength of the resonator mode of the optical resonator C1 heats the phase adjustment unit 427 using the microheater 426 to change its refractive index, thereby moving the wavelength of the resonator mode on the wavelength axis as a whole. You can fine-tune it. That is, the phase adjustment unit 427 is a portion for actively controlling the optical path length of the optical resonator C1.
  • variable wavelength laser 4 selects the laser oscillation wavelength using the vernier effect.
  • the FSR of the first comb reflection spectrum and the second comb reflection spectrum are designed to be slightly different. Note that, by increasing the FSR of the second comb-like reflection spectrum where the peak is sharper, the height of the peak of the overlap (for example, the overlap near 1547 nm) adjacent to 1550 nm where the peak of the spectrum overlap is highest It becomes relatively small. As a result, since the laser oscillation at the wavelength of the overlap peak adjacent to the highest wavelength of the overlap of the spectrum is suppressed, the side mode suppression ratio can be increased.
  • the variable wavelength range in the wavelength tunable laser 4 is determined by the vernier effect at the least common multiple of FSR.
  • One of the peaks of the first comb-like reflection spectrum and one of the peaks of the second comb-like reflection spectrum are superimposed, and the reflectance becomes maximum at a wavelength where the peaks coincide, and laser oscillation occurs. That is, the rough laser oscillation wavelength is determined by the vernier effect of the diffraction grating layer 411b and the ring resonator filter RF1 (super mode).
  • the laser oscillation wavelength is from the diffraction grating layer 411b, one of the two branches 421 and one of the arms 422 and 423 of the ring resonator filter RF1, the ring waveguide 424, Determined by the overlap of the wavelength of the resonator mode and the super mode defined by the path (resonator length) to be fed back to the diffraction grating layer 411 b via the other of the arm portions 422 and 423 and the 2-branch portion 421 Ru.
  • one of the resonator modes of the optical resonator C1 is caused to coincide with the overlapping region of the peak of the first comb-like reflection spectrum and the peak of the second comb-like reflection spectrum superimposed, and the corresponding resonator mode is made
  • the laser is oscillated at the wavelength of Therefore, in the tunable laser 4, the first comb-like reflection spectrum and the second comb-like reflection spectrum are tuned respectively by the microheater 415 for the diffraction grating layer 411 b and the microheater 425 for the ring resonator filter RF 1.
  • the first comb reflection spectrum and the second comb reflection spectrum have the largest overlap at a wavelength of 1550 nm (super mode).
  • the laser oscillation wavelength is roughly adjusted to around 1550 nm.
  • the diffraction grating layer 411b is heated by the microheater 415 in a state where the tuning of the ring resonator filter RF1 is fixed. Then, the refractive index of the diffraction grating layer 411b is increased by the thermo-optical effect, and the reflection spectrum (first comb-like reflection spectrum) of the diffraction grating layer 411b is shifted to the long wave side as a whole. As a result, the overlap with the peak of the reflection spectrum (second comb-like reflection spectrum) of the ring resonator filter RF1 around 1550 nm is resolved, and another peak (about 1556 nm) existing on the long wave side is overlapped.
  • the resonator mode of the optical resonator C1 is located in the overlapping region of the peak of the first comb-like reflection spectrum and the peak of the second comb-like reflection spectrum which are superimposed.
  • the controller 21 performs the following control.
  • the controller 21 generates a wavelength dither for the resonator mode that modulates the resonator mode of the optical resonator C1 on the wavelength axis, and the intensity of the light detected by the power monitor PD 14 that is the light intensity fluctuation detection unit. Feedback control of the resonator mode wavelength dither is performed based on the fluctuation.
  • the amount of heat generation of the micro heater 426 is controlled by using a phase adjustment signal in which the current supplied from the controller 21 to generate heat in the micro heater 426 is an intensity modulation current, whereby the phase adjustment unit 427 is performed. Control the intensity of the temperature and the refractive index. Then, the resonator mode is totally modulated with a predetermined wavelength width on the wavelength axis as indicated by the arrow D1 in FIG. By this modulation (wavelength dither for resonator mode), the degree of overlap between the overlapping region of the peak of the first comb reflection spectrum and the peak of the second comb reflection spectrum and the resonator mode of the optical resonator C1 is also obtained.
  • the intensity of the laser light L1 output from the wavelength tunable laser 4 fluctuates.
  • the light intensity fluctuation is detected by the power monitor PD 14.
  • the controller 21 feedback-controls the amplitude of the modulation of the resonator mode wavelength dither so that the variation of the detected light intensity variation is small and the light intensity is large. That is, feedback control of the wavelength dither for the resonator mode is performed by controlling the phase adjustment unit 427 with the phase adjustment signal. Such feedback control is continuously performed, for example, so that the fluctuation amount of the light intensity fluctuation to be detected is in the set value range and the light intensity is in the set value range.
  • the semiconductor optical amplifier 10 Since the semiconductor optical amplifier 10 is generally operated in a state of gain saturation, the intensity fluctuation of the laser light L1 is mitigated by the semiconductor optical amplifier 10. Therefore, in the laser light L1 amplified by the semiconductor optical amplifier 10, it becomes difficult to detect the light intensity fluctuation as a response to the wavelength dither for the resonator mode.
  • the output of the semiconductor optical amplifier 10 is controlled to be constant as in the wavelength tunable laser device 100 according to the present embodiment, the light intensity fluctuation due to the dither for the oscillator mode wavelength is further reduced by the influence of the constant output control. Be difficult to detect.
  • the power monitoring PD 14 is configured to detect the intensity fluctuation of the laser beam L1 before it is output from the wavelength tunable laser 4 and input to the semiconductor optical amplifier 10, gain saturation occurs.
  • the original light intensity fluctuation as a response to the wavelength dither for the resonator mode can be easily detected without being affected by the constant output control.
  • the control for moving one of the resonator modes of the optical resonator C1 to coincide with the overlapping region of the peaks of two comb reflection spectra in a predetermined band by the wavelength dither for the resonator mode is more accurate. Can be done.
  • FIG. 5 shows a state in which the resonator mode MODE1 coincides with the overlapping region of the peaks of the two comb reflection spectra.
  • the optical isolator 8 the light intensity fluctuation as a response to the wavelength dither for the resonator mode becomes less susceptible to the influence of the return light, which can be performed more accurately.
  • one of the resonator modes of the optical resonator C1 can be moved to the overlapping region of the peaks of the two comb-like reflection spectra and control can be performed more accurately, it is possible to stabilize the wavelength tunable laser 4 The single mode oscillation can be easily realized.
  • the controller 21 controls the wavelength dither spectrum of at least one of the diffraction grating layer 411b and the reflection mirror M1 serving as a plurality of wavelength selection elements as a wavelength dither generation unit (comb shape).
  • the controller 21 may be configured to further generate a wavelength dither for wavelength selection element that modulates the reflection spectrum on the wavelength axis.
  • the controller 21 generates a wavelength dither for the resonator mode and a wavelength dither for the wavelength selection element, and generates a resonator based on the intensity fluctuation of the light detected by the power monitor PD 14 which is the light intensity fluctuation detecting means. Feedback control of the wavelength dither for mode and the wavelength dither for wavelength selection element is performed.
  • the case of generating the wavelength dither for wavelength selective element with respect to the reflection mirror M1 will be described as an example.
  • the current supplied from the controller 21 to generate heat from the microheater 425 to a reflection spectrum adjustment signal as an intensity modulation current the amount of heat generation of the microheater 425 is controlled, whereby the reflection mirror M1 is controlled.
  • the temperature and refractive index are intensity modulated.
  • the first comb-like reflection spectrum is totally modulated with a predetermined wavelength width on the wavelength axis as indicated by the arrow D2 in FIG.
  • the resonator mode is also modulated as a whole with a predetermined wavelength width on the wavelength axis as indicated by the arrow D1.
  • the two modulations also change the degree of overlap between the overlapping region of the peak of the first comb-like reflection spectrum and the peak of the second comb-like reflection spectrum and the resonator mode of the optical resonator C1.
  • the intensity of the laser beam L1 output from the variable laser 4 fluctuates.
  • the light intensity fluctuation is detected by the power monitor PD 14.
  • the controller 21 feedback-controls the amplitudes of the modulation of the wavelength dither for the wavelength selection element and the wavelength dither for the resonator mode so that the variation of the detected light intensity fluctuation is small and the light intensity is large.
  • phase adjustment unit 427 is controlled by the phase adjustment signal, and the reflection mirror M1 is controlled by the reflection spectrum adjustment signal, thereby performing feedback control of the wavelength dither for the wavelength selection element and the wavelength dither for the resonator mode.
  • Such feedback control is continuously performed so that, for example, the amount of fluctuation of the light intensity fluctuation to be detected is equal to or less than the set value and the light intensity is maintained at the set value or more.
  • the calorific value of the microheater 415 is obtained by using the current supplied from the controller 21 to the microheater 415 as a reflection spectrum adjustment signal with intensity modulation current. And thereby control the grating layer 411b to intensity modulate its temperature and refractive index. Then, the second comb-like reflection spectrum is totally modulated with a predetermined wavelength width on the wavelength axis as shown by arrow D3 in FIG.
  • the controller 21 controls the amplitudes of the modulation of the wavelength dither for the two wavelength selection elements and the wavelength dither for the resonator mode so that the fluctuation amount of the light intensity fluctuation detected by the power monitor PD 14 is small and the light intensity is large. Control feedback. Such feedback control is continuously performed so that, for example, the amount of fluctuation of the light intensity fluctuation to be detected is equal to or less than the set value and the light intensity is maintained at the set value or more.
  • FIG. 6 is a schematic view showing a configuration example 2 of the wavelength tunable laser.
  • the wavelength tunable laser 4A according to the configuration example 2 includes a base 404A, 405A on which the semiconductor amplification element 401A, the collimator lens 5, the etalon filters 402A, 403A, and the etalon filters 402A, 403A are mounted, and a reflective film.
  • the wavelength tunable laser 4A and the optical isolator 8A with a reflective film can be replaced with the wavelength tunable laser 4 and the optical isolator 8 of the wavelength tunable laser device 100.
  • the reflecting film-provided optical isolator 8A may be mounted on the support member 3.
  • a high reflection film 401Aa having a reflectance of 90% or more is formed on the rear end surface, a non-reflection film 401Ab is formed on the front end surface, and laser light is output from the front end surface side.
  • the semiconductor amplification device 401A is, for example, a Fabry-Perot semiconductor laser device having a buried waveguide structure.
  • Each of the etalon filters 402A and 403A is a wavelength selection element that generates, as a wavelength response spectrum, a transmission spectrum in which the transmittance changes substantially periodically with respect to the wavelength.
  • the main surfaces of the etalon filters 402A and 403A are inclined at different angles with respect to the optical axis of the laser light output from the semiconductor amplification element 401A.
  • the periods of change of the transmittance of the transmission spectra of the etalon filters 402A and 403A are different from each other.
  • the etalon filters 402A and 403A transmit the laser light output from the semiconductor amplification element 401A at respective transmittances at the wavelength of the laser light.
  • Each of the etalon filters 402A and 403A is provided with a heater, and the heater generates heat when supplied with a current from the controller 21 and heats the etalon filters 402A and 403A, respectively.
  • the temperature and refractive index of the etalon filters 402A and 403A change as the controller 21 controls the amount of current flow. Thereby, the transmission spectra of the etalon filters 402A and 403A can be moved entirely on the wavelength axis.
  • the optical element 407A transmits the laser light transmitted through the etalon filters 402A and 403A.
  • the heater base 408A generates heat by being supplied with current from the controller 21, and heats the optical element 407A.
  • the temperature and refractive index of the optical element 407A change as the controller 21 controls the amount of current flow.
  • the optical element 407A thereby functions as a phase adjustment element that changes the phase of light.
  • the reflection film 406A is, for example, a low reflection film having a reflectance of about 10% to 30%, and constitutes the optical resonator C2 of the wavelength tunable laser 4A together with the high reflection film 401Aa of the semiconductor amplification device 401A.
  • the wavelength tunable laser 4A has a so-called external resonator type configuration in which one reflection film 406A constituting the optical resonator C2 is outside the semiconductor amplification element 401A, so the resonator length can be extended.
  • the periods of change of the transmittances of the transmission spectra of the etalon filters 402A and 403A are different from each other, and the respective transmission spectra can be moved entirely on the wavelength axis by the heater ( That is, since it is variable), the wavelength tunable laser 4A functions as a wavelength tunable laser using the vernier effect.
  • controller 21 performs the following control to make one of the resonator modes of the optical resonator C2 coincide with the overlapping region of the peaks of two superimposed transmission spectra for the wavelength tunable laser 4A. be able to.
  • the controller 21 generates a wavelength dither for resonator mode that modulates the resonator mode of the optical resonator C2 on the wavelength axis, and the intensity of light detected by the power monitor PD 14 as light intensity fluctuation detection means Feedback control of the resonator mode wavelength dither is performed based on the fluctuation. Specifically, the amount of heat generated by the heater is controlled by using a phase adjustment signal in which the current supplied from the controller 21 to heat the heater of the heater-mounted base 408A is an intensity modulation current, thereby controlling the optical element It controls 407 A and intensity modulates its temperature and refractive index.
  • the controller 21 feedback-controls the amplitude of the modulation of the resonator mode wavelength dither so that the variation of the detected light intensity variation is small and the light intensity is large. That is, feedback control of the wavelength dither for the resonator mode is performed by controlling the optical element 407A with the phase adjustment signal.
  • the tunable laser 4A is used in the tunable laser apparatus 100, one of the resonator modes of the optical resonator C2 is placed in the overlapping region of the peaks of two transmission spectra in a predetermined band by the wavelength dither for the resonator mode. Control for moving and matching can be performed more accurately. As a result, stable single mode oscillation and precise control of the wavelength of the laser light are facilitated.
  • the controller 21 is configured to further generate the wavelength dithering element wavelength dither for modulating the transmission spectrum of at least one of the etalon filters 402A and 403A on the wavelength axis. It is also good. In this case, the controller 21 generates a wavelength dither for the resonator mode and a wavelength dither for the wavelength selection element, and generates a resonator based on the intensity fluctuation of the light detected by the power monitor PD 14 which is the light intensity fluctuation detecting means. Feedback control of the wavelength dither for mode and the wavelength dither for wavelength selection element is performed.
  • the controller 21 controls the amount of heat generation of the heater by converting the current supplied to heat the heater provided in the etalon filter 402A into the transmission spectrum adjustment signal as the intensity modulation current. This controls the etalon filter 402A to intensity modulate its temperature and refractive index. Then, the transmission spectrum of the etalon filter 402A is totally modulated with a predetermined wavelength width on the wavelength axis. The resonator mode is also modulated entirely on the wavelength axis with a predetermined wavelength width.
  • the controller 21 feedback-controls the amplitude of the modulation of the wavelength dither for the wavelength selection element and the wavelength dither for the resonator mode so that the fluctuation amount of the light intensity fluctuation detected by the power monitoring PD 14 is small and the light intensity is large.
  • FIG. 7 is a schematic view showing a configuration example 3 of the wavelength tunable laser.
  • the wavelength tunable laser 4B according to the configuration example 3 includes a semiconductor amplification element 401B, a wavelength selection element unit 402B, and microheaters 403B, 404B, and 405B.
  • the tunable laser 4 B can be replaced with the tunable laser 4 of the tunable laser device 100.
  • the wavelength selection element portion 402B is connected to the rear end face, and a low reflection film 401Ba having a reflectance of about 10% to 30% is formed on the front end face, and laser light is output from the front end face side Do.
  • the semiconductor amplification device 401B is, for example, a Fabry-Perot semiconductor laser device having a buried waveguide structure.
  • the semiconductor amplification element 401B includes an active layer 401Bb which is a waveguide.
  • the wavelength selection element unit 402B is configured of, for example, a silicon waveguide circuit used in silicon photonics.
  • the wavelength selection element unit 402B includes a connection waveguide 402Ba, waveguide type ring resonator filters 402Bb and 402Bc, and a reflection unit 402Bd.
  • the connection waveguide 402Ba is optically connected to the active layer 401Bb of the semiconductor amplification element 401B.
  • the ring resonator filters 402Bb and 402Bc each include two arm portions and a ring-shaped waveguide.
  • One arm of the ring resonator filter 402Bb is optically connected to the connection waveguide 402Ba, and the other arm is optically connected to one arm of the ring resonator filter 402Bb.
  • the other arm of the ring resonator filter 402Bb is connected to the reflector 402Bd.
  • Each of the ring resonator filters 402Bb and 402Bc is a wavelength selection element that generates, as a wavelength response spectrum, a comb-like transmission spectrum in which the transmittance changes approximately periodically with respect to the wavelength.
  • the ring waveguides of the ring resonator filters 402Bb, 402Bc have different diameters from one another.
  • the ring resonator filters 402Bb and 402Bc transmit spontaneous emission light output from the semiconductor amplification element 401B at respective transmittances at the wavelength of the laser light.
  • the micro heater 403B is provided above the connection waveguide 402Ba.
  • the microheaters 404B and 405B are provided above the ring waveguides of the ring resonator filters 402Bb and 402Bc, respectively.
  • Each of the microheaters 403B, 404B, and 405B generates heat when supplied with current from the controller 21, and heats the connection waveguide 402Ba and the ring resonator filters 402Bb and 402Bc, respectively.
  • the controller 21 controls the amount of energization of each of the micro heaters 404B and 405B to change the temperature and the refractive index of the ring resonator filters 402Bb and 402Bc, respectively.
  • the comb transmission spectra of the ring resonator filters 402Bb and 402Bc can be moved entirely on the wavelength axis.
  • the controller 21 controls the micro-heater 403B conduction amount to change the temperature and the refractive index of the connection waveguide 402Ba.
  • the connection waveguide 402Ba functions as a phase adjustment element that changes the phase of light.
  • the reflection portion 402Bd has, for example, a reflectance of 90% or more, and constitutes the optical resonator C3 of the wavelength tunable laser 4B together with the low reflection film 401Ba of the semiconductor amplification element 401B. Since the wavelength tunable laser 4B has an external resonator type configuration, the resonator length can be increased.
  • variable wavelength laser 4B the periods of change in transmittance of the comb transmission spectra of the ring resonator filters 402Bb and 402Bc are different from each other, and the respective comb transmission spectra are on the wavelength axis by the microheaters 404B and 405B.
  • the tunable laser 4B functions as a tunable laser utilizing the vernier effect because it can be moved (ie, variable) as a whole.
  • the controller 21 controls the following to match one of the resonator modes of the optical resonator C3 to the overlap region of the peaks of the two comb transmission spectra superimposed: It can be performed.
  • the controller 21 generates a wavelength dither for the resonator mode that modulates the resonator mode of the optical resonator C3 on the wavelength axis, and the intensity of the light detected by the power monitor PD 14 that is the light intensity fluctuation detection unit. Feedback control of the resonator mode wavelength dither is performed based on the fluctuation. Specifically, the amount of heat generation of the microheater 403B is controlled by using a phase adjustment signal in which the current supplied from the controller 21 to generate heat from the microheater 403B is an intensity modulation current, thereby controlling the connection waveguide 402Ba. Control the intensity of the temperature and the refractive index.
  • the controller 21 feedback-controls the amplitude of the modulation of the resonator mode wavelength dither so that the variation of the detected light intensity variation is small and the light intensity is large. That is, feedback control of the wavelength dither for the resonator mode is performed by controlling the connection waveguide 402 ⁇ / b> Ba with the phase adjustment signal.
  • one of the resonator modes of the optical resonator C3 is in the overlapping region of the peaks of the two comb-like transmission spectra in the predetermined band by the wavelength dither for the resonator mode. Control to move one to match can be performed more accurately. As a result, stable single mode oscillation and precise control of the wavelength of the laser light are facilitated.
  • the controller 21 is configured to further generate the wavelength dithering element wavelength dither for modulating the transmission spectrum of at least one of the ring resonator filters 402Bb and 402Bc on the wavelength axis. It may be In this case, the controller 21 generates a wavelength dither for the resonator mode and a wavelength dither for the wavelength selection element, and generates a resonator based on the intensity fluctuation of the light detected by the power monitor PD 14 which is the light intensity fluctuation detecting means. Feedback control of the wavelength dither for mode and the wavelength dither for wavelength selection element is performed.
  • the case of generating the wavelength dither for the wavelength selection element with respect to the ring resonator filter 402Bb will be described as an example.
  • the amount of heat generation of the microheater 404B is controlled by using a transmission spectrum adjustment signal in which the current supplied from the controller 21 to heat the microheater 404B is an intensity modulation current, thereby controlling the ring resonator filter 402Bb. , Its temperature and refractive index are intensity modulated.
  • the comb transmission spectrum of the ring resonator filter 402Bb is entirely modulated with a predetermined wavelength width on the wavelength axis.
  • the resonator mode is also modulated entirely on the wavelength axis with a predetermined wavelength width.
  • the intensity of the laser light output from the wavelength tunable laser 4B Changes.
  • the controller 21 feedback-controls the amplitude of the modulation of the wavelength dither for the wavelength selection element and the wavelength dither for the resonator mode so that the fluctuation amount of the light intensity fluctuation detected by the power monitoring PD 14 is small and the light intensity is large. Do.
  • connection waveguide 402Ba with the phase adjustment signal and controlling the ring resonator filter 402Bb with the transmission spectrum adjustment signal
  • feedback control of the wavelength dither for the wavelength selection element and the wavelength dither for the resonator mode is performed.
  • Such feedback control is continuously performed, for example, so as to maintain the state in which the fluctuation amount of the light intensity fluctuation to be detected is equal to or less than the set value and the light intensity is equal to or more than the set value.
  • thermo-optical effect by the micro heater is used to realize the wavelength tunable operation, but the carrier plasma effect by current injection is also used to realize the wavelength tunable operation. You may make it possible. In this case, since the refractive index is lowered by the current injection, the reflection spectrum is entirely shifted to the short wave side, and another peak is generated at another peak on the short wave side from the wavelength at which the super mode was formed. It is possible to form a super mode.
  • the present invention is not limited by the above embodiment.
  • the present invention also includes those configured by appropriately combining the above-described components. Further, further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Thus, the broader aspects of the present invention are not limited to the above embodiments, but various modifications are possible.
  • the wavelength tunable laser device according to the present invention is suitable for use mainly in optical communication applications.

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Abstract

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。

Description

波長可変レーザ装置
　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 (12)

  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、
    　を備えることを特徴とする波長可変レーザ装置。
  2. 　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請求項１に記載の波長可変レーザ装置。
  3. 　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請求項１又は２に記載の波長可変レーザ装置。
  4. 　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請求項１又は２に記載の波長可変レーザ装置。
  5. 　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請求項１に記載の波長可変レーザ装置。
  6. 　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請求項１に記載の波長可変レーザ装置。
  7. 　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請求項１～６のいずれか一つに記載の波長可変レーザ装置。
  8. 　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請求項１に記載の波長可変レーザ装置。
  9. 　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請求項８に記載の波長可変レーザ装置。
  10. 　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請求項９に記載の波長可変レーザ装置。
  11. 　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請求項２に記載の波長可変レーザ装置。
  12. 　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請求項１１に記載の波長可変レーザ装置。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020166648A1 (ja) * 2019-02-14 2020-08-20 古河電気工業株式会社 波長可変レーザ装置及び波長制御方法
JP2020134602A (ja) * 2019-02-14 2020-08-31 古河電気工業株式会社 波長可変光源装置および波長可変光源装置の制御方法
JP2020136359A (ja) * 2019-02-14 2020-08-31 古河電気工業株式会社 波長可変レーザ装置およびその波長制御方法
CN113424381A (zh) * 2019-02-14 2021-09-21 古河电气工业株式会社 波长可变光源装置以及波长可变激光元件的控制方法
WO2023053303A1 (ja) * 2021-09-29 2023-04-06 日本電気株式会社 光源ユニット、光送信モジュール及びプラガブル光モジュール
JP7502201B2 (ja) 2019-02-14 2024-06-18 古河電気工業株式会社 波長可変光源装置および波長可変レーザ素子の制御方法

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170090267A1 (en) * 2015-09-30 2017-03-30 Ciena Corporation Chirp suppressed ring resonator
US20210036489A1 (en) * 2019-08-02 2021-02-04 Innolight Technology (Suzhou) Ltd. Narrow linewidth external cavity laser and optical module
US20230336249A1 (en) * 2020-07-09 2023-10-19 Nec Corporation Processing device, transmission device, communication device, processing method and recording medium
US20240136783A1 (en) * 2021-06-08 2024-04-25 Ipg Photonics Corporation Method and device for increasing useful life of laser system
CN115810976A (zh) * 2021-09-13 2023-03-17 中兴光电子技术有限公司 波长锁定器、可调激光器及波长锁定控制方法
CN115441304B (zh) * 2022-11-03 2023-02-28 之江实验室 调制效率增强的全光毫米波振荡器边模抑制装置、方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009119284A1 (ja) * 2008-03-26 2009-10-01 日本電気株式会社 波長可変レーザ装置並びにその制御方法及び制御プログラム
JP2011159752A (ja) * 2010-01-29 2011-08-18 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光変調信号生成装置及び光変調信号生成方法
JP5567226B2 (ja) * 2012-05-31 2014-08-06 古河電気工業株式会社 半導体レーザモジュール
WO2016152274A1 (ja) * 2015-03-20 2016-09-29 古河電気工業株式会社 波長可変レーザ素子およびレーザモジュール

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6240109B1 (en) * 1999-02-25 2001-05-29 Lucent Technologies Inc Wavelength stabilization of wavelength division multiplexed channels
CA2411792A1 (en) * 2002-03-18 2003-09-18 Dicos Technologies Inc. Absolutely calibrated periodic filters and sources
US6665321B1 (en) 2002-12-31 2003-12-16 Intel Corporation Tunable laser operation with locally commensurate condition
US6927377B2 (en) * 2003-03-31 2005-08-09 Intel Corporation Wavelength locking channel monitor
JP5074667B2 (ja) * 2005-03-18 2012-11-14 古河電気工業株式会社 集積型半導体レーザ装置および集積型半導体レーザ装置の駆動方法
JP5233090B2 (ja) * 2006-07-28 2013-07-10 沖電気工業株式会社 キャリア抑圧光パルス列発生方法及びこの方法を実現するモード同期半導体レーザ
JP4892467B2 (ja) * 2007-12-11 2012-03-07 日本オプネクスト株式会社 レーザ装置およびその制御方法
CN102738702B (zh) * 2012-01-19 2014-04-09 四川马尔斯科技有限责任公司 利用fp激光器为增益光源的外腔式单波长可调谐激光器
JP6684094B2 (ja) 2015-03-20 2020-04-22 古河電気工業株式会社 波長可変レーザ素子およびレーザモジュール

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009119284A1 (ja) * 2008-03-26 2009-10-01 日本電気株式会社 波長可変レーザ装置並びにその制御方法及び制御プログラム
JP2011159752A (ja) * 2010-01-29 2011-08-18 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光変調信号生成装置及び光変調信号生成方法
JP5567226B2 (ja) * 2012-05-31 2014-08-06 古河電気工業株式会社 半導体レーザモジュール
WO2016152274A1 (ja) * 2015-03-20 2016-09-29 古河電気工業株式会社 波長可変レーザ素子およびレーザモジュール

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020166648A1 (ja) * 2019-02-14 2020-08-20 古河電気工業株式会社 波長可変レーザ装置及び波長制御方法
JP2020134602A (ja) * 2019-02-14 2020-08-31 古河電気工業株式会社 波長可変光源装置および波長可変光源装置の制御方法
JP2020136359A (ja) * 2019-02-14 2020-08-31 古河電気工業株式会社 波長可変レーザ装置およびその波長制御方法
CN113424381A (zh) * 2019-02-14 2021-09-21 古河电气工业株式会社 波长可变光源装置以及波长可变激光元件的控制方法
JP6998903B2 (ja) 2019-02-14 2022-01-18 古河電気工業株式会社 波長可変光源装置および波長可変光源装置の制御方法
CN113424381B (zh) * 2019-02-14 2024-03-08 古河电气工业株式会社 波长可变光源装置以及波长可变激光元件的控制方法
JP7502201B2 (ja) 2019-02-14 2024-06-18 古河電気工業株式会社 波長可変光源装置および波長可変レーザ素子の制御方法
WO2023053303A1 (ja) * 2021-09-29 2023-04-06 日本電気株式会社 光源ユニット、光送信モジュール及びプラガブル光モジュール

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