WO2019043917A1 - レーザ装置 - Google Patents

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light
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cores
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覚志 村尾
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三菱電機株式会社
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    • H01S5/125—Distributed Bragg reflector [DBR] lasers

Definitions

  • the present invention relates to a laser device, and more particularly to a laser device comprising an optical amplifier and an optical waveguide structure coupled to the optical amplifier.
  • the digital coherent system refers to an optical communication system combining coherent optical communication technology and digital signal processing.
  • the laser light source compatible with the digital coherent system is required to have the narrowest possible wavelength bandwidth of the output light (in other words, the narrowest possible spectral line width of the output light) and the high output light power. .
  • a laser light source used in the optical communication technology there is known a laser light source constituted of a semiconductor optical amplifier (SOA) as a gain medium causing induced emission and an optical waveguide structure.
  • SOA semiconductor optical amplifier
  • the tunable laser is composed of an SOA and a silicon waveguide portion having a resonator structure coupled to the SOA.
  • narrowing the spectral line width of the output light can be realized by providing the resonator structure outside the SOA.
  • the resonator structure is provided with two ring resonators and a heater for individually adjusting the temperature of the ring resonators. By changing the temperature of the ring resonator using a heater, the optical path length of the entire resonator structure can be changed to change the resonant wavelength condition, and variable wavelength control becomes possible.
  • the above-described conventional variable wavelength laser has a problem that the output wavelength is destabilized due to the nonlinear optical effect in the silicon waveguide forming the resonator structure.
  • the refractive index difference between the core and the cladding is large, a strong light confinement effect to the core can be realized, but on the other hand, it is one of the nonlinear optical effects for high output light power.
  • Photon absorption Two-Photon Absorption, TPA
  • FCA free carrier absorption
  • FCA causes the destabilization of the output wavelength to change the refractive index of the silicon waveguide. Therefore, there is a trade-off between the narrow spectral line width of the output light and the high output power.
  • a laser device includes an optical amplifier, an input / output waveguide having an optical input / output end optically coupled to the optical amplifier, and other optical input / output terminals of the input / output waveguide.
  • N is an integer of 2 or more
  • a multicore waveguide having N waveguide cores for respectively propagating the N pieces of light, and an optical reflector optically coupled to another light input / output end of the multicore waveguide, Of the N waveguide cores are optically connected with each other. Characterized in that it is arranged close to each other so that.
  • the generation of the nonlinear optical effect is suppressed by the super mode, so stabilization of the output wavelength can be realized.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II of the input / output waveguide shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing a schematic cross section along line III-III of the multi-core waveguide shown in FIG. It is a figure which shows x-direction component distribution of the electric field in an II-II line cross section by a density value (gray scale value). It is a figure which shows x direction component distribution of the electric field in a III-III line cross section by a density value (gray scale value).
  • FIG. 6 is a plan view showing a schematic configuration of a laser device which is a modification of the first embodiment.
  • FIG. 16 is a plan view showing a schematic configuration of a laser device that is a modification of the second embodiment. It is a top view which shows schematic structure of the laser apparatus which is Embodiment 3 which concerns on this invention.
  • FIG. 10 is a view showing a schematic cross section taken along line IX-IX of the multi-core waveguide shown in FIG. 9; It is a graph which shows the core width dependence of the effective refractive index of propagation mode. It is a figure which shows an example of the calculation result of super mode. It is a figure which shows the other example of the calculation result of super mode.
  • FIG. 16 is a plan view showing a schematic configuration of a laser device that is a first modified example of the third embodiment.
  • FIG. 16 is a plan view showing a schematic configuration of a laser device that is a second modification of the third embodiment.
  • FIG. 16 is a plan view showing a schematic configuration of a laser device that is a modification of the fourth embodiment. It is a top view which shows schematic structure of the laser apparatus which is Embodiment 5 which concerns on this invention.
  • FIG. 18 is a plan view showing a schematic configuration of a laser device that is a modification of the fifth embodiment. It is a top view which shows schematic structure of the laser apparatus which is Embodiment 6 which concerns on this invention.
  • FIG. 21 is a plan view showing a schematic configuration of a laser device which is a modification of the sixth embodiment.
  • FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a laser device 1 according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the input / output waveguide 22 taken along line II-II shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along line III-III of the multicore waveguide 27 shown in FIG. FIG.
  • the laser device 1 includes a semiconductor optical amplifier (SOA) 10 and an optical waveguide structure 20 optically coupled to the SOA 10.
  • SOA semiconductor optical amplifier
  • the indication of the cladding layer covering the waveguide pattern is omitted.
  • the optical waveguide structure 20 includes a semiconductor substrate layer 21 as shown in FIG. 1, and on the semiconductor substrate layer 21, an input / output waveguide 22, a branch waveguide 23, and three waveguide cores 24 to 26 are provided.
  • a multicore waveguide 27 and an optical reflector 31 composed of three mirrors (reflecting mirrors) 28 to 29 are provided.
  • the optical waveguide structure 20 has a semiconductor substrate layer 21 and a cladding layer 33 deposited on the semiconductor substrate layer 21, and the cladding layer 33 is , The input / output waveguide 22, the branch waveguide 23, the multi-core waveguide 27, and the light reflector 31.
  • the present invention is not limited to this. .
  • the manufacturing method of such an optical waveguide structure 20 is as follows, for example.
  • an SOI (Silicon On Insulator) substrate is prepared.
  • the SOI substrate is a substrate in which a support substrate layer, a buried silicon oxide layer, and a silicon layer are stacked in this order.
  • By patterning the silicon layer using the selective etching technique it is possible to form a pattern of the silicon layer constituting the input / output waveguide 22, the branch waveguide 23, the multi-core waveguide 27 and the light reflector 31.
  • a silicon oxide layer is deposited on the pattern of the silicon layer by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
  • the optical waveguide structure 20 having the deposited silicon oxide layer and the buried silicon oxide layer as the cladding layer and the pattern of the silicon layer as the core layer is manufactured.
  • the semiconductor substrate layer 21 is formed of a support substrate layer.
  • the cladding layer may be formed by selectively oxidizing a portion other than the portion to be the core layer in the silicon layer of the SOI substrate.
  • the input / output waveguide 22 comprises a single waveguide core as shown in FIG. 1, and has an optical input / output end 22a optically coupled to the optical input / output end face 10b of the SOA 10.
  • the SOA 10 can input light to the optical waveguide structure 20 via the light input / output end face (rear end face) 10 b.
  • the multi-core waveguide 27 is composed of three waveguide cores 24, 25, 26 extending along the same direction (Z-axis direction) and arranged at equal intervals in the X-axis direction. As will be described later, in order to excite the super mode, the waveguide cores 24, 25 and 26 are close to each other so that adjacent waveguide cores of the waveguide cores 24, 25 and 26 are optically coupled to each other. Be placed.
  • the branch waveguide 23 is a single optical input / output end optically coupled to the input / output waveguide 22 and the optical input / output end of the end portions 24 a, 25 a, 26 a of the waveguide cores 24, 25, 26. And three branch ends connected in a similar manner.
  • the branching waveguide 23 can branch the propagation light from the input / output waveguide 22 into three lights, and can propagate the three lights to the waveguide cores 24, 25 and 26, respectively.
  • the light reflector 31 comprises three mirrors 28, 29, 30 optically coupled to the light input / output ends of the other ends 24b, 25b, 26b of the waveguide cores 24, 25, 26. .
  • These mirrors 28, 29, 30 have a function of reflecting the light propagated through the waveguide cores 24, 25, 26 in the direction of the SOA 10 respectively.
  • the SOA 10 and the optical waveguide structure 20 have a resonator structure as a whole.
  • the mirrors 28 to 30 may be realized, for example, by Bragg gratings or by cleavage planes of crystals.
  • the number of cores of waveguide cores 24 to 26 in the present embodiment is three and the number of branch ends of branch waveguide 23 is three, the number of cores and the number of branch ends are respectively three. It is not limited.
  • the configurations of the branch waveguide 23 and the multi-core waveguide 27 can be appropriately changed such that the number of cores and the number of branch ends become N (N is an integer of 2 or more).
  • the SOA 10 is a gain medium that causes stimulated emission.
  • the SOA 10 outputs laser light CL from a light output end face (front end face) 10 a on the opposite side to the optical waveguide structure 20.
  • One way to obtain a narrow spectral line width is known to be to increase the length of the resonator.
  • the wavelength of the laser light CL is determined from the relationship between the length of the resonator and the wavelength, and when the length of the resonator satisfies the resonance condition for the wavelength, the laser light CL having the wavelength is output.
  • the light input from the SOA 10 to the optical waveguide structure 20 excites the fundamental mode FM.
  • the waveguide cores 24 to 26 are arranged close to each other so that evanescent light mutually propagates between adjacent waveguide cores. For this reason, since the waveguide cores 24 and 25 and the waveguide cores 25 and 26 are optically coupled to each other, a propagation mode called super mode SM is excited as shown in FIG. Since the supermode is excited using the branch waveguide 23, the excitation of high-order supermodes is suppressed, and only the zeroth-order supermode can be selectively excited.
  • FIG. 4 is a diagram showing the x-direction component distribution of the electric field in the II-II cross section when the propagation mode (core mode) of the input / output waveguide 22 is the basic mode, as a concentration value (gray scale value).
  • the x-axis indicates a position corresponding to the X-axis direction
  • the y-axis indicates a position corresponding to the Y-axis direction.
  • the higher the density value the larger the value of the positive x component.
  • the input / output waveguide 22 is made of silicon
  • the cladding layer 33 is made of silica glass
  • Non-Patent Document 2 K. Saitoh and M. Koshiba, “Full-vectorial imaginary-distance beam propagation method based on a finite element scheme: Application to photonic crystal fibers,” IEEE J. Quantum Electron. 38, 927 (2002) .
  • FIG. 5 shows concentration distribution (gray scale value) of the x-direction component distribution of the electric field in the III-III line cross section when the super mode is excited in the multicore waveguide 27 with respect to the fundamental mode shown in FIG. FIG.
  • the waveguide cores 24, 25 and 26 arranged along the x-axis direction are each shown by a rectangular solid line.
  • the waveguide cores 24 to 26 are sufficiently close enough to excite and excite the super mode, so it can be said that the waveguide cores 24 to 26 are optically coupled.
  • Excitation of the super mode in the multi-core waveguide 27 makes it possible to expand the effective core area in the III-III line cross section. Therefore, the nonlinear optical effect can be suppressed even at the time of high light output power or when a long resonator length is adopted.
  • coexistence of high light output and narrow spectral line width can be realized. Therefore, there is an advantage that it is not necessary to adjust the phase of each core element as in the case of the coherent beam combining (CBC) method, which is known as a method of increasing the output of the conventional laser light source.
  • CBC coherent beam combining
  • CBC is a method of coherently combining an array of fiber lasers.
  • it is possible to raise the output limit value by increasing the number of arrays.
  • the emission direction of the laser can also be changed by controlling the phase state of each laser.
  • CBC is disclosed, for example, in Non-Patent Document 3 below.
  • Non-Patent Document 3 T. Y. Fan, “Laser Beam Combining for High-Power, High-Radiance Sources,” IEEE J. Select. Top. Quant. Electron. 11, 567 (2005).
  • the waveguide cores 24 to 26 are arranged close to each other so that adjacent waveguide cores among the waveguide cores 24 to 26 are optically coupled to each other.
  • the multi-core waveguide 27 can excite the super mode.
  • the effective core cross-sectional area of the multi-core waveguide 27 becomes large, so the occurrence of the nonlinear optical effect is suppressed, and stabilization of the output wavelength can be realized.
  • the branch waveguide 23 since the branch waveguide 23 is used, the excitation of high-order supermodes is suppressed, and therefore, even if the coupled waveguide having the waveguide cores 24 to 26 is used, the multimode is obtained. It is possible to suppress oscillation.
  • FIG. 6 is a plan view showing a schematic configuration of a laser apparatus 1A which is a modification of the first embodiment.
  • the laser device 1A of this modified example is configured to include the SOA 10 and the optical waveguide structure 20A.
  • the configuration of the optical waveguide structure 20A of this modification is the same as the optical waveguide structure of the first embodiment except that the multi-mode interference (MMI) type branching waveguide 23M of FIG. It is the same as the twenty configurations. Even in the case of the present embodiment, the same effects as those in the case of the first embodiment can be realized.
  • MMI multi-mode interference
  • FIG. 7 is a plan view showing a schematic configuration of a laser device 2 according to a second embodiment of the present invention.
  • the laser device 2 of the present embodiment is configured to include the SOA 10 and the optical waveguide structure 20B.
  • the configuration of this optical waveguide structure 20B is the same as that of the first embodiment except that it has the branch waveguide (rear end side branch waveguide) 38 and the optical reflector 39 of FIG. 7 in place of the light reflector 31 of the first embodiment.
  • the configuration is the same as that of the optical waveguide structure 20 of the first embodiment.
  • the method of manufacturing the optical waveguide structure 20B is the same as the method of manufacturing the optical waveguide structure 20 of the first embodiment.
  • the light reflector 39 may be realized, for example, by a Bragg grating, or by a cleavage plane of a crystal.
  • the branching waveguide 38 is interposed between the multicore waveguide 27 and the light reflector 39, and has a single light input / output end optically coupled to the light reflector 39, and a waveguide core. It has three branch ends optically coupled to the light input / output ends of the end portions 24b, 25b, 26b of 24, 25, 26, respectively.
  • the branching waveguide 38 can multiplex three lights propagated from the waveguide cores 24, 25 and 26 to generate a combined light, and can output the combined light to the light reflector 39. Further, the branching waveguide 38 can branch the light reflected by the light reflector 39 into three lights and propagate the three lights to the waveguide cores 24, 25, 26.
  • the zeroth-order super mode propagating in the waveguide cores 24 to 26 is converted into the fundamental mode propagating in one waveguide core by the branch waveguide 38 disposed on the rear end side, and is further reflected by the light reflector 39 Be done. Therefore, a resonator structure is configured by the SOA 10 and the optical waveguide structure 20B.
  • an effect is obtained that it is possible to prevent light loss due to the deviation of the phase between the plurality of waveguide cores due to mirror reflection. That is, in the first embodiment, the three mirrors 28 to 29 are provided for the waveguide cores 24 to 26, respectively. Therefore, due to the fabrication error of the mirrors 28 to 29, a phase difference between Deviation may occur. This causes an optical loss to the propagating super mode.
  • the branch waveguide 38 since the branch waveguide 38 is disposed between the light reflector 39 and the multicore waveguide 27, the supermode is converted into the fundamental mode in the branch waveguide 38. This makes it possible to prevent light loss due to the phase deviation between the plurality of waveguide cores.
  • the number of waveguide cores 24 to 26 is three, the number of branch ends of the branch waveguide 23 provided on the front end side is three, and the number of branch waveguides 38 provided on the rear end side.
  • the number of branch ends is also three, but the number of cores and the number of branch ends are not limited to three.
  • the configurations of the branch waveguides 23 and 38 and the multi-core waveguide 27 can be appropriately changed so that the number of cores and the number of branch ends become N (N is an integer of 2 or more).
  • FIG. 8 is a plan view showing a schematic configuration of a laser apparatus 2A which is a modification of the second embodiment.
  • the laser device 2A of this modified example is configured to include the SOA 10 and the optical waveguide structure 20C.
  • the configuration of the optical waveguide structure 20C of this modification is the above embodiment except that it has the multimode interference branching waveguide 38M of FIG. 8 in place of the branching waveguide (rear end side branching waveguide) 38.
  • the configuration is the same as that of the second optical waveguide structure 20B. Even in the case of this modification, the same effect as that of the second embodiment can be realized.
  • a multimode interference type branching waveguide 23M (FIG. 6) may be employed instead of the branching waveguide 23.
  • FIG. 9 is a plan view showing a schematic configuration of a laser device 3 according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the multicore waveguide 47 shown in FIG. 9 taken along line IX-IX.
  • the laser device 3 includes an SOA 10 and an optical waveguide structure 40 optically coupled to the SOA 10.
  • the indication of the cladding layer covering the waveguide pattern is omitted.
  • the optical waveguide structure 40 includes three input / output waveguides 42, branch waveguides 43, and a multicore waveguide 47 consisting of three waveguide cores 44 to 46 on a semiconductor substrate layer 41.
  • Bus waveguide (first bus waveguide) 57 consisting of waveguide cores 54 to 56
  • bus waveguide (second bus waveguide) 67 consisting of three waveguide cores 64 to 66, Three mirrors Reflecting mirror)
  • the optical waveguide structure 40 has a semiconductor substrate layer 41 and a cladding layer 53 deposited on the semiconductor substrate layer 21.
  • the output waveguide 42, the branch waveguide 43, the multi-core waveguide 47, the bus waveguides 57 and 67, the light reflector 71 and the ring resonators 50 and 60 are covered.
  • the input / output waveguide 42, the branch waveguide 43, the multi-core waveguide 47, the bus waveguides 57 and 67, the light reflector 71 and the ring resonators 50 and 60 are completely covered by the cladding layer 53. Although it is coated, it is not limited to this.
  • the method of manufacturing such an optical waveguide structure 40 is the same as the method of manufacturing the optical waveguide structure 20 of the first embodiment.
  • the input / output waveguide 42 comprises a single waveguide core as shown in FIG. 9 and has a light input / output end 42 a optically coupled to the light input / output end face 10 b of the SOA 10.
  • the SOA 10 can input light to the optical waveguide structure 40 via the light input / output end face (rear end face) 10 b.
  • the branching waveguide 43 has a single light input / output end optically coupled to the input / output waveguide 42, and the light input / output end of the end portions 44a, 45a, 46a of the waveguide cores 44, 45, 46 and the optical Have three branch ends connected in series.
  • the branching waveguide 43 can branch the propagation light from the input / output waveguide 42 into three lights and propagate the three lights to the waveguide cores 44, 45 and 46.
  • the multi-core waveguide 47 is composed of three waveguide cores 44, 45 and 46 extending along the same direction (Z-axis direction) and arranged at equal intervals in the X-axis direction.
  • the waveguide cores 44, 45 and 46 excite the super mode, so that adjacent waveguide cores of the waveguide cores 44, 45 and 46 are optically coupled to each other. Are placed close to each other. This enables evanescent light to propagate mutually between adjacent waveguide cores.
  • the number of cores of waveguide cores 44 to 46 in the present embodiment is three, and the number of branch ends of branch waveguide 43 is three, the number of cores and the number of branch ends are three. It is not limited.
  • the configurations of the branch waveguide 43 and the multi-core waveguide 47 can be appropriately changed so that the number of cores and the number of branch ends become N (N is an integer of 2 or more).
  • the ring resonator (first ring resonator) 50 is configured of an annular waveguide core (single core). One end of the ring resonator 50 is disposed to be optically coupled to the ends 44b, 45b, 46b of the waveguide cores 44, 45, 46.
  • the directional coupler 51 is constituted by the one end of the ring resonator 50 and the ends 44 b, 45 b and 46 b of the waveguide cores 44, 45 and 46.
  • Bus waveguides (first bus waveguides) 57 are three waveguide cores 54, 55, which extend along the same direction (Z-axis direction) and are spaced apart at equal intervals in the X-axis direction. It consists of 56. As in the case of the first embodiment, these waveguide cores 54, 55, 56 excite the super mode so that adjacent waveguide cores of the waveguide cores 54, 55, 56 are optically coupled to each other. Are placed close to each other. This enables evanescent light to propagate mutually between adjacent waveguide cores.
  • One end 54 b, 55 b, 56 b of the waveguide core 54, 55, 56 is arranged to be optically coupled to the other end of the ring resonator 50.
  • the directional coupler 52 is constituted by the other end of the ring resonator 50 and the ends 54b, 55b, 56b of the waveguide cores 54, 55, 56.
  • the number of cores of the waveguide cores 54 to 56 in the bus waveguide 57 of the present embodiment is three, it is not limited to this number.
  • the configuration of the bus waveguide 57 can be appropriately changed such that the number of cores is M (M is an integer of 2 or more).
  • the other ends 54 a, 55 a, 56 a of the waveguide cores 54, 55, 56 in the bus waveguide 57 are optically coupled to one end of another ring resonator (second ring resonator) 60.
  • the ring resonator 60 is configured of an annular waveguide core (single core) as shown in FIG.
  • the directional coupler 61 is configured by optically coupling one end of the ring resonator 50 and the other end 54a, 55a, 56a of the waveguide cores 54, 55, 56.
  • bus waveguides (second bus waveguides) 67 are three waveguide cores 64 extending along the same direction (Z-axis direction) and arranged at equal intervals in the X-axis direction, It consists of 65 and 66.
  • the waveguide cores 64, 65 and 66 optically couple the waveguide cores adjacent to each other among the waveguide cores 64, 65 and 66 in order to excite the super mode.
  • One end 64 a, 65 a, 66 a of the waveguide cores 64, 65, 66 is arranged to be optically coupled to the other end of the ring resonator 60.
  • the directional coupler 62 is constituted by the other end of the ring resonator 60 and one end 64a, 65a, 66a of the waveguide cores 64, 65, 66.
  • the number of cores of the waveguide cores 64 to 56 in the bus waveguide 67 of the present embodiment is three, the number is not limited to this.
  • the configuration of the bus waveguide 67 can be appropriately changed such that the number of cores is K (K is an integer of 2 or more).
  • the other ends 64 b, 65 b and 66 b of the waveguide cores 64, 65 and 66 in the bus waveguide 67 are arranged to be optically coupled to the light reflector 70.
  • the light reflector 71 has three mirrors 68, 69 optically coupled to the light input / output ends of the other ends 64b, 65b, 66b of the waveguide cores 64, 65, 66, respectively. , 70.
  • These mirrors 68, 69, 70 have the function of reflecting the light propagated through the waveguide cores 64, 65, 66 in the opposite direction.
  • Such mirrors 68, 69, 70 may be realized, for example, by Bragg gratings or by cleavage planes of crystals.
  • a heater 78 made of a high resistance metal material is formed on the ring resonator 50, and a heater 79 made of a high resistance metal material is formed on the ring resonator 60.
  • Such heaters 78 and 79 can be formed, for example, by vapor deposition of a high resistance metal material such as tantalum, platinum or titanium.
  • Each of the multi-core waveguide 47 and the bus waveguides 57 and 67 coupled to the ring resonators 50 and 60 functions as a coupled waveguide composed of three waveguide cores. For this reason, multicore guiding is performed by selecting waveguide parameters such that the zeroth-order super mode propagating through the multicore waveguide 47 and the bus waveguides 57 and 67 and the propagation modes of the ring resonators 50 and 60 are phase-matched.
  • the waveguide 47 and the pair of bus waveguides 57 and 67 and the ring resonators 50 and 60 can be optically coupled to form a resonator as a whole.
  • the three waveguide cores (for example, waveguide cores 44 to 46) constituting the coupled waveguide are referred to as “core A", and the waveguides for forming a ring resonator (for example, ring resonator 50) We call it “core B".
  • the core A has a core width w 1 , a height h, and an interval a 1 as in the first embodiment.
  • the core width w 2 of the core B has to be determined so that the three super-mode and the phase matching of the zero-order is the propagation mode of the coupling waveguide comprising a waveguide core.
  • FIG. 11 is a graph showing the core width w 2 dependency of the effective refractive index I1 of the propagation mode calculated assuming that only the core B exists.
  • the effective refractive index for the zeroth-order super mode (FIG. 5) of the core A is indicated by a broken line I0.
  • the effective refractive index of the zeroth-order super mode by the three waveguide cores is larger than the effective refractive index of the fundamental mode with respect to one waveguide core, and therefore the relation of w 2 > w 1 is obtained. It should be noted that However, this is not the case when the branch waveguide is designed so as to excite a high-order super mode instead of the zero-order super mode.
  • the value of the x-direction component of core B appearing on the left indicates a positive value
  • the values of x-direction components of three cores A appearing on the right also indicate positive values.
  • the value of the x-direction component of the core B appearing on the left indicates a negative value
  • the values of the x-direction components of the three cores A appearing on the right indicate a positive value.
  • the coupling length L c is the propagation length at which the super mode of core A completely transitions to core B. Can be calculated from the beats of these super modes by the following equation (1).
  • the effective refractive index n e is for about 2.051597
  • the effective refractive index n o can be calculated to be about 2.042803
  • the coupling length L c can be estimated at approximately 88 .mu.m.
  • FIG. 14 shows the result P0 of calculating the change with respect to the propagation of the optical power input to the core A in order to confirm this.
  • the beam propagation method based on the vector finite element method shown in the following non-patent document 4 was used for the calculation of the result in FIG.
  • Non-Patent Document 4 K. Saitoh, and M. Koshiba, “Full-vectorial finite element beam propagation method with perfectly matched layers for anisotropic optical waveguides,” IEEE / OSA J. Lightwave Technol. 19, 405 (2001).
  • the same effect as the first embodiment can be obtained.
  • tunable wavelength control is possible. Since the coupling waveguides 47, 57, 67, each of which comprises three waveguide cores, and the cores constituting the ring resonators 50, 60 are phase-matched, and optical power can be transferred between these cores, Even if the coupling waveguides 47, 57 and 67 each composed of three waveguide cores are used, the laser device 3 of this embodiment can operate as a resonator as a whole.
  • FIG. 18 is a plan view showing a schematic configuration of a laser apparatus 3A according to a first modified example of the third embodiment.
  • the laser device 3A of this modified example is configured to include the SOA 10 and the optical waveguide structure 40A.
  • the configuration of the optical waveguide structure 40A of this modification is the configuration of the optical waveguide structure 40 of the third embodiment except that it has the multimode interference branching waveguide 43M of FIG. 18 in place of the branching waveguide 43. Is the same as Even in the case of the present embodiment, the same effects as those in the case of the third embodiment can be realized.
  • FIG. 19 is a plan view showing a schematic configuration of a laser apparatus 3B according to a second modification of the third embodiment.
  • the laser device 3B of the present embodiment is configured to include the SOA 10 and the optical waveguide structure 40B.
  • the configuration of the optical waveguide structure 40B is the middle branch waveguides 81, 83, 85, 87 of FIG. 19 and connection waveguides 82, 84 in place of the ring resonators 50, 60 and the heaters 78, 79 of the third embodiment. , 86, 88, ring resonators 91, 92 and heaters 98, 99, the configuration is the same as that of the optical waveguide structure 40 of the third embodiment.
  • the directional coupler 93 is formed by the connection waveguide 82 and the end of the ring resonator 91, and the directional coupler 94 is formed by the connection waveguide 84 and the other end of the ring resonator 91. It is formed. Further, a directional coupler 95 is formed by the connection waveguide 86 and the end of the ring resonator 92, and a directional coupler 96 is formed by the connection waveguide 88 and the other end of the ring resonator 92. .
  • the manufacturing method of the optical waveguide structure 40B is the same as the manufacturing method of the first embodiment.
  • the intermediate branch waveguide (first intermediate branch waveguide) 81 is interposed between the multicore waveguide 47 and the ring resonator 91, and the end portions 44b of the waveguide cores 44 to 46, It is optically coupled to the light input / output terminals 45b and 46b.
  • the middle branch waveguide (first connection waveguide) 81 combines three lights input from the waveguide cores 44 to 46 to generate combined light.
  • the connection waveguide 82 can propagate the coupled light input from the middle branch waveguide 81 to one end of the ring resonator 91.
  • the connection waveguide 82 propagates the light input from the one end of the ring resonator 91 to the intermediate branch waveguide 81.
  • the middle branch waveguide 81 can branch the light input from the connection waveguide 82 into three lights and propagate the three lights to the waveguide cores 44 to 46, respectively.
  • connection waveguide (second connection waveguide) 84 outputs the propagation light from the other end of the ring resonator 91 to the intermediate branch waveguide 83.
  • An intermediate branch waveguide (second intermediate branch waveguide) 83 is interposed between the bus waveguide 57 and the ring resonator 91, and the optical input / output of the end portions 54b, 55b, 56b of the waveguide cores 54 to 56. Optically coupled to the end.
  • the middle branch waveguide 83 branches the light input from the other end of the ring resonator 91 through the connection waveguide 84 into three lights, and the three lights are respectively transmitted to the waveguide cores 54 to 56. It can be propagated.
  • the middle branch waveguide 83 combines the three lights input from the end portions 54b, 55b and 56b of the waveguide cores 54 to 56 to generate a combined light, and the combined light is connected and conducted. It can be propagated to the ring resonator 91 via the waveguide 84.
  • an intermediate branch waveguide (third intermediate branch waveguide) 85 is interposed between the bus waveguide 57 and the ring resonator 92, and light of the end portions 54a, 55a, 56a of the waveguide cores 54 to 56 is It is optically coupled to the input / output end.
  • the middle branch waveguide 85 combines three lights input from the waveguide cores 54 to 56 to generate combined light.
  • the connection waveguide (third connection waveguide) 86 can propagate the coupled light input from the intermediate branch waveguide 85 to one end of the ring resonator 92.
  • the connection waveguide 86 propagates the light input from the one end of the ring resonator 92 to the intermediate branch waveguide 85.
  • the middle branch waveguide 85 can branch the light input from the connection waveguide 86 into three lights and propagate the three lights to the waveguide cores 54 to 56, respectively.
  • connection waveguide (fourth connection waveguide) 88 outputs the propagation light from the other end of the ring resonator 92 to the intermediate branch waveguide 87.
  • An intermediate branch waveguide (fourth intermediate branch waveguide) 87 is interposed between the bus waveguide 67 and the ring resonator 92, and the optical input / output of the end portions 64a, 65a, 66a of the waveguide cores 64-66. Optically coupled to the end.
  • the middle branch waveguide 87 branches the light input from the other end of the ring resonator 92 through the connection waveguide 88 into three lights, and the three lights are respectively transmitted to the waveguide cores 64 to 66. It can be propagated.
  • the middle branch waveguide 87 combines the three lights input from the ends 64a, 65a and 66a of the waveguide cores 64 to 66 to generate a combined light, and the combined light is connected It can be propagated to the ring resonator 92 via the waveguide 88.
  • FIG. 20 is a plan view showing a schematic configuration of a laser apparatus 4 according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the laser device 4 of the present embodiment is configured to include the SOA 10 and the optical waveguide structure 40C.
  • the configuration of this optical waveguide structure 40C is the same as that of the third embodiment except that it has the branch waveguide (rear end side branch waveguide) 89 and the optical reflector 100 of FIG. 20 in place of the light reflector 71 of the third embodiment.
  • the configuration is the same as that of the optical waveguide structure 40 of the third embodiment.
  • the method of manufacturing the optical waveguide structure 40C is the same as the method of manufacturing the optical waveguide structure 20 of the first embodiment.
  • the light reflector 100 may be realized, for example, by a Bragg grating, or by a cleavage plane of a crystal.
  • the branching waveguide 89 of the present embodiment is interposed between the bus waveguide 67 and the optical reflector 100, and has a single optical input / output end optically coupled to the optical reflector 100, and a waveguide core. There are three branch ends optically coupled to the light input and output ends of the end portions 64b, 65b and 66b of 64-66.
  • the branching waveguide 89 can multiplex three lights propagated respectively from the waveguide cores 64 to 66 to generate a combined light, and output the combined light to the optical reflector 100. Further, the branching waveguide 89 can branch the light reflected by the light reflector 100 into three lights and propagate the three lights to the waveguide cores 64 to 66.
  • the branch waveguide 89 has the same function as the branch waveguide 38 of the second embodiment, the zeroth-order propagation through the waveguide cores 64 to 66 is performed as in the second embodiment.
  • the super mode can be converted into a fundamental mode propagating in a single waveguide core, and the fundamental mode can be given to the light reflector 100. Therefore, in the fourth embodiment, in addition to the same effects as the third embodiment, similarly to the second embodiment, the prevention of light loss due to the deviation of the phase between the plurality of waveguide cores in mirror reflection is prevented. it can.
  • FIG. 21 is a plan view showing a schematic configuration of a laser apparatus 4A which is a modification of the fourth embodiment.
  • the laser device 4A of this modified example is configured to include the SOA 10 and an optical waveguide structure 40D.
  • the configuration of the optical waveguide structure 40D of this modification is the above embodiment except that it has the multimode interference branching waveguide 89M of FIG. 21 instead of the branching waveguide (rear end side branching waveguide) 89.
  • the configuration is the same as that of the fourth optical waveguide structure 40C. Even in the case of this modification, the same effect as that of the fourth embodiment can be realized.
  • FIG. 22 is a plan view showing a schematic configuration of a laser apparatus 5 according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the laser device 5 of the present embodiment is configured to include the SOA 10 and the optical waveguide structure 40E.
  • the configuration of the optical waveguide structure 40E is the same as that of the third embodiment except that the multiple ring resonators 110 and 120 and the heaters 118 and 119 of FIG.
  • the configuration is the same as the configuration of the optical waveguide structure 40 of the third embodiment.
  • the multiple ring resonator (first ring resonator) 110 is composed of three ring waveguide cores 111, 112, 113 arranged concentrically.
  • the ring-shaped waveguide cores 111, 112, 113 are close to each other so that adjacent ring-shaped waveguide cores of the ring-shaped waveguide cores 111, 112, 113 are optically coupled to excite the super mode. Will be placed. This allows evanescent light to propagate mutually between adjacent ring-shaped waveguide cores.
  • a heater 118 made of a high resistance metal material is provided on the multiple ring resonator 110 in order to realize tunable wavelength control.
  • a directional coupler 114 is constituted by such one end of the multiple ring resonator 110 and the ends 44 b, 45 b and 46 b of the waveguide cores 44 to 46 of the multicore waveguide 47, and the other end of the multiple ring resonator 110.
  • the directional coupler 115 is constituted by the portion and the end portions 54 b, 55 b and 56 b of the waveguide cores 54 to 56 of the bus waveguide 57.
  • the number of cores of the ring-shaped waveguide cores 111 to 113 in the multiple ring resonator 110 is three, the number of cores is not limited to three.
  • the configuration of the multiple ring resonator 110 can be appropriately changed such that the number of cores is L (L is an integer of 2 or more).
  • the multiple ring resonator (second ring resonator) 120 comprises three ring waveguide cores 121, 122 and 123 arranged concentrically.
  • the ring-shaped waveguide cores 121, 122, 123 are close to each other so that adjacent ring-shaped waveguide cores of the ring-shaped waveguide cores 121, 122, 123 are optically coupled in order to excite the super mode. Will be placed. This allows evanescent light to propagate mutually between adjacent ring-shaped waveguide cores.
  • a heater 119 made of a high resistance metal material is provided on the multiple ring resonator 120 in order to realize tunable wavelength control.
  • a directional coupler 124 is configured by such one end of the multiple ring resonator 120 and the ends 54 a, 55 a and 56 a of the waveguide cores 54 to 56 of the bus waveguide 57, and the other end of the multiple ring resonator 120
  • the directional coupler 125 is composed of the portion and the end portions 64a, 65a, 66a of the waveguide cores 64-66 of the bus waveguide 67.
  • the number of cores of the ring waveguide cores 121 to 123 in the multiple ring resonator 120 is three, the number of cores is not limited to three.
  • the configuration of the multiple ring resonator 120 can be appropriately changed such that the number of cores is P (P is an integer of 2 or more).
  • the multiple ring resonators 110 and 120 are configured to excite the super mode. Therefore, if the phase matching condition for the super mode of the multicore waveguide 47 and the bus waveguides 57 and 67 is satisfied by the same design method as that of the third embodiment, the laser device 5 operates as a whole as a resonator. it can. Therefore, in addition to the effects of the third embodiment, it is possible to expand the effective core cross-sectional area also for the coupled waveguides in the multiple ring resonators 110 and 120. It becomes possible to suppress. Therefore, stabilization of the output wavelength can be realized.
  • FIG. 23 is a plan view showing a schematic configuration of a laser apparatus 5A which is a modification of the fifth embodiment.
  • the laser device 5A of this modified example is configured to include the SOA 10 and the optical waveguide structure 40F.
  • the configuration of the optical waveguide structure 40F of this modification is the same as that of the fifth embodiment except that the waveguide cores (single core) 54 and 64 of FIG. 23 are substituted for the bus waveguides 57 and 67 described above.
  • the configuration is the same as that of the waveguide structure 40E.
  • the directional coupler 115A is configured by the other end of the multiple ring resonator 110 (first ring resonator) and the end 54b of the waveguide core 54.
  • a directional coupler 124 A is configured by one end of the multiple ring resonator 120 (second ring resonator) and the end 54 a of the waveguide core 54, and the other end of the multiple ring resonator 120 and the waveguide
  • the directional coupler 125A is configured with the end 64a of the core 64.
  • FIG. 24 is a plan view showing a schematic configuration of a laser apparatus 6 according to a sixth embodiment of the present invention.
  • the laser device 6 of the present embodiment is configured to include the SOA 10 and the optical waveguide structure 40G.
  • the configuration of the optical waveguide structure 40G is the optical waveguide structure of the fifth embodiment except that the input / output waveguide 47 of FIG. 24 is replaced with the input / output waveguide 42 and the multicore waveguide 47 of the fifth embodiment. It is the same as the configuration of 40E.
  • the input / output waveguide 47S comprises a single waveguide core (single core) as shown in FIG. 24, and has an optical input / output end 47Sa optically coupled to the optical input / output end face 10b of the SOA 10.
  • the SOA 10 can input light to the optical waveguide structure 40G via the light input / output end face (rear end face) 10b.
  • the directional coupler 114A is configured by one end of the multiple ring resonator 110 (first ring resonator) and the end 47Sb of the input / output waveguide 47S.
  • the super mode is excited by the multiple ring resonators 110 and 120, the nonlinear optical effect can be suppressed at the time of high light output power. Therefore, stabilization of the output wavelength can be realized.
  • FIG. 25 is a plan view showing a schematic configuration of a laser apparatus 6A which is a modification of the sixth embodiment.
  • the laser device 6A of this modified example is configured to include the SOA 10 and the optical waveguide structure 40H.
  • the configuration of the optical waveguide structure 40H of this modification is the same as that of the sixth embodiment except that the waveguide cores (single core) 54 and 64 of FIG. 25 are substituted for the above-described bus waveguides 57 and 67.
  • the structure is the same as that of the waveguide structure 40G.
  • the directional coupler 115A is configured by the other end of the multiple ring resonator 110 (first ring resonator) and the end 54b of the waveguide core 54.
  • a directional coupler 124 A is configured by one end of the multiple ring resonator 120 (second ring resonator) and the end 54 a of the waveguide core 54, and the other end of the multiple ring resonator 120 and the waveguide
  • the directional coupler 125A is configured with the end 64a of the core 64.
  • the number of waveguide cores of the coupling waveguide in each of the first to sixth embodiments is the same, but is not limited thereto. If the phase matching conditions are satisfied, the number of waveguide cores of the coupled waveguides need not all be the same.
  • the optical waveguide structures of the first to sixth embodiments have embedded waveguides, but the present invention is not limited to this. Instead of the buried waveguide, a ridge waveguide or a high mesa waveguide may be used.
  • the laser apparatus according to the present invention is suitable to be used for optical communication technology in a communication network such as, for example, a medium distance metro network or a data center network.

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Abstract

レーザ装置（１）は、光増幅器（１０）からの伝搬光を複数本の光に分岐させて当該複数本の光を出力する分岐導波路（２３）と、分岐導波路（２３）から入力された当該複数本の光をそれぞれ伝搬させる複数の導波路コア（２４～２６）を有するマルチコア導波路（２７）と、マルチコア導波路（２７）の光入出力端と光学的に結合された光反射器（３１）とを備える。導波路コア（２４～２６）は、同一方向に沿って延在し、かつ当該導波路コア（２４～２６）のうち隣り合う導波路コア同士が光学的に結合するように、互いに近接して配置されている。

Description

レーザ装置
　本発明は、レーザ装置に関し、特に、光増幅器と当該光増幅器に結合された光導波路構造とを備えたレーザ装置に関するものである。
　中距離メトロネットワーク、あるいは多数のサーバ間のネットワークで構成されたデータセンタネットワークといった通信ネットワークに使用される光通信技術では、近年、デジタルコヒーレント方式に対応するレーザ光源が要求されている。デジタルコヒーレント方式とは、コヒーレント光通信技術とデジタル信号処理とを組み合わせた光通信方式をいう。デジタルコヒーレント方式に対応するレーザ光源には、出力光の波長帯域幅が出来るだけ狭いこと（言い換えれば、出力光のスペクトル線幅が出来るだけ狭いこと）と、出力光パワーが高いことが要求される。
　光通信技術で使用されるレーザ光源として、誘導放出を起こすゲイン媒体となる半導体光増幅器（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ，ＳＯＡ）と光導波路構造とで構成されたレーザ光源が知られている。このようなレーザ光源としては、下記の非特許文献１に開示されている、シリコンフォトニクスを用いた波長可変レーザ（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ－ｔｕｎａｂｌｅ　ｌａｓｅｒ　ｄｉｏｄｅ）が存在する。この波長可変レーザは、ＳＯＡと、このＳＯＡに結合された共振器構造を有するシリコン導波路部とで構成されたものである。この波長可変レーザでは、共振器構造をＳＯＡの外部に設けることで、出力光の狭スペクトル線幅化を実現することができる。また、当該共振器構造には、２つのリング共振器と、これらリング共振器の温度を個別に調整するためのヒータとが設けられている。ヒータを用いてリング共振器の温度を変化させることにより、共振器構造全体の光路長を変化させて共振波長条件を変えることができ、可変波長制御が可能となる。
T. Kita et al., "Silicon photonic wavelength-tunable laser diode with asymmetric Mach-Zehnder interferometer," IEEE J. Select. Top. Quant. Electron. 20, 8201806 (2014).
　上記した従来の波長可変レーザでは、共振器構造を構成するシリコン導波路における非線形光学効果により、出力波長の不安定化が生じるという課題がある。シリコン導波路では、コアとクラッドとの屈折率差が大きいことから、コアへの強い光閉込め効果を実現することができる反面、高い出力光パワーに対して非線形光学効果の１つである２光子吸収（Ｔｗｏ－Ｐｈｏｔｏｎ　Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ，ＴＰＡ）が生じやすい。また、ＴＰＡにより発生した自由キャリアが光を吸収する自由キャリア吸収（Ｆｒｅｅ　Ｃａｒｒｉｅｒ　Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ，ＦＣＡ）と呼ばれる現象が発生する。ＦＣＡは、シリコン導波路の屈折率を変化させるため、出力波長の不安定化を生じさせる。したがって、出力光の狭スペクトル線幅化と高出力パワー化との間にはトレードオフの関係がある。
　上記に鑑みて本発明の目的は、非線形光学効果の発生を抑制して出力波長の安定化を実現することができるレーザ装置を提供することである。
　本発明の一態様によるレーザ装置は、光増幅器と、前記光増幅器と光学的に結合された光入出力端を有する入出力導波路と、前記入出力導波路の他の光入出力端と光学的に結合された光入出力端及びＮ個の分岐端を有し、前記入出力導波路からの伝搬光をＮ本の光（Ｎは２以上の整数）に分岐させて当該Ｎ本の光を前記Ｎ個の分岐端からそれぞれ出力する分岐導波路と、前記分岐導波路の当該Ｎ個の分岐端と光学的に結合された光入出力端を有し、前記分岐導波路から入力された当該Ｎ本の光をそれぞれ伝搬させるＮ個の導波路コアを有するマルチコア導波路と、前記マルチコア導波路の他の光入出力端と光学的に結合された光反射器とを備え、前記Ｎ個の導波路コアは、当該Ｎ個の導波路コアのうち隣り合う導波路コア同士が光学的に結合するように互いに近接して配置されていることを特徴とする。
　本発明によれば、スーパーモードにより、非線形光学効果の発生が抑制されるので、出力波長の安定化を実現することができる。
本発明に係る実施の形態１であるレーザ装置の概略構成を示す平面図である。 図２は、図１に示した入出力導波路のＩＩ－ＩＩ線における概略断面を示す図である。 図３は、図１に示したマルチコア導波路のＩＩＩ－ＩＩＩ線における概略断面を示す図である。 ＩＩ－ＩＩ線断面における電界のｘ方向成分分布を濃度値（グレイスケール値）で示す図である。 ＩＩＩ－ＩＩＩ線断面における電界のｘ方向成分分布を濃度値（グレイスケール値）で示す図である。 実施の形態１の変形例であるレーザ装置の概略構成を示す平面図である。 本発明に係る実施の形態２であるレーザ装置の概略構成を示す平面図である。 実施の形態２の変形例であるレーザ装置の概略構成を示す平面図である。 本発明に係る実施の形態３であるレーザ装置の概略構成を示す平面図である。 図９に示したマルチコア導波路のＩＸ－ＩＸ線における概略断面を示す図である。 伝搬モードの実効屈折率のコア幅依存性を示すグラフである。 スーパーモードの計算結果の一例を示す図である。 スーパーモードの計算結果の他の例を示す図である。 光パワーの伝搬に対する変化を計算した結果を示す図である。 伝搬長Ｌ＝０に対する電界のｘ成分分布を示す図である。 伝搬長Ｌ＝６６μｍに対する電界のｘ成分分布を示す図である。 伝搬長Ｌ＝８８μｍに対する電界のｘ成分分布を示す図である。 実施の形態３の第１変形例であるレーザ装置の概略構成を示す平面図である。 実施の形態３の第２変形例であるレーザ装置の概略構成を示す平面図である。 本発明に係る実施の形態４であるレーザ装置の概略構成を示す平面図である。 実施の形態４の変形例であるレーザ装置の概略構成を示す平面図である。 本発明に係る実施の形態５であるレーザ装置の概略構成を示す平面図である。 実施の形態５の変形例であるレーザ装置の概略構成を示す平面図である。 本発明に係る実施の形態６であるレーザ装置の概略構成を示す平面図である。 実施の形態６の変形例であるレーザ装置の概略構成を示す平面図である。
　以下、図面を参照しつつ、本発明に係る種々の実施の形態について詳細に説明する。なお、図面全体において同一符号を付された構成要素は、同一構成及び同一機能を有するものとする。
実施の形態１．
　図１は、本発明に係る実施の形態１であるレーザ装置１の概略構成を示す平面図である。図２は、図１に示した入出力導波路２２のＩＩ－ＩＩ線における概略断面を示す図であり、図３は、図１に示したマルチコア導波路２７のＩＩＩ－ＩＩＩ線における概略断面を示す図である。
　図１に示されるようにレーザ装置１は、半導体光増幅器（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ，ＳＯＡ）１０と、このＳＯＡ１０と光学的に結合された光導波路構造２０とを備えている。図１では、説明の便宜上、導波路パターンを被覆するクラッド層の表示は省略されている。
　光導波路構造２０は、図１に示されるように半導体基板層２１を備え、この半導体基板層２１上に、入出力導波路２２、分岐導波路２３、３本の導波路コア２４～２６からなるマルチコア導波路２７、及び、３つのミラー（反射鏡）２８～２９からなる光反射器３１を備えて構成されている。また、図２及び図３の断面図に示されるように、光導波路構造２０は、半導体基板層２１と、この半導体基板層２１上に堆積されたクラッド層３３とを有し、クラッド層３３は、入出力導波路２２、分岐導波路２３、マルチコア導波路２７及び光反射器３１を被覆する。なお、本実施の形態では、入出力導波路２２、分岐導波路２３、マルチコア導波路２７及び光反射器３１は、クラッド層３３によって完全に被覆されているが、これに限定されるものではない。
　このような光導波路構造２０の製造方法は、たとえば、以下のとおりである。先ず、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用意する。ＳＯＩ基板は、支持基板層、埋め込み酸化シリコン層及びシリコン層がこの順番で積層された基板である。選択エッチング技術を用いてシリコン層をパターニングすることで、入出力導波路２２、分岐導波路２３、マルチコア導波路２７及び光反射器３１を構成するシリコン層のパターンを形成することができる。次に、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、当該シリコン層のパターン上に酸化シリコン層を堆積させる。この結果、堆積された酸化シリコン層と埋め込み酸化シリコン層とをクラッド層とし、シリコン層のパターンをコア層として有する光導波路構造２０が作製される。この製造方法では、半導体基板層２１は支持基板層によって構成される。なお、この製造方法に代えて、ＳＯＩ基板のシリコン層のうちコア層となるべき部分以外の部分を選択的に酸化させることでクラッド層が形成されてもよい。
　入出力導波路２２は、図１に示されるように単一の導波路コアからなり、ＳＯＡ１０の光入出力端面１０ｂと光学的に結合された光入出力端２２ａを有する。ＳＯＡ１０は、光入出力端面（後端面）１０ｂを介して光を光導波路構造２０に入力することができる。
　マルチコア導波路２７は、同一方向（Ｚ軸方向）に沿って延在しかつＸ軸方向に等間隔で離れて配置された３本の導波路コア２４，２５，２６で構成されている。後述するようにスーパーモードを励振させるため、導波路コア２４，２５，２６は、当該導波路コア２４，２５，２６のうち隣り合う導波路コア同士が光学的に結合するように互いに近接して配置される。
　分岐導波路２３は、入出力導波路２２と光学的に結合された単一の光入出力端と、導波路コア２４，２５，２６の端部２４ａ，２５ａ，２６ａの光入出力端と光学的に結合された３個の分岐端とを有している。分岐導波路２３は、入出力導波路２２からの伝搬光を３本の光に分岐させ、当該３本の光を導波路コア２４，２５，２６にそれぞれ伝搬させることができる。
　光反射器３１は、導波路コア２４，２５，２６の他の端部２４ｂ，２５ｂ，２６ｂの光入出力端と光学的に結合された３個のミラー２８，２９，３０で構成されている。これらミラー２８，２９，３０は、導波路コア２４，２５，２６を伝搬した光をそれぞれＳＯＡ１０の方向に反射させる機能を有する。これにより、ＳＯＡ１０及び光導波路構造２０は、全体として共振器構造を有する。ミラー２８～３０は、たとえば、ブラッググレーティングによって実現されてもよいし、あるいは、結晶の劈開面で実現されてもよい。
　なお、本実施の形態の導波路コア２４～２６のコア数は３個であり、分岐導波路２３の分岐端の数は３個であるが、コア数及び分岐端の数はそれぞれ３個に限定されるものではない。コア数及び分岐端の数がそれぞれＮ個（Ｎは２以上の整数）となるように分岐導波路２３及びマルチコア導波路２７の構成を適宜変更することが可能である。
　ＳＯＡ１０は、誘導放出を起こすゲイン媒質である。ＳＯＡ１０における光の増幅が、光導波路構造２０における光の損失を上回ると発振が生じ、レーザ光ＣＬが得られる。ＳＯＡ１０は、光導波路構造２０とは反対側の光出力端面（前端面）１０ａからレーザ光ＣＬを出力する。狭スペクトル線幅を得る１つの方法は、共振器の長さを長くすることであることが知られている。また、レーザ光ＣＬの波長は、共振器の長さと波長の関係から決定され、共振器の長さが波長に対して共振条件を満たす場合、その波長を有するレーザ光ＣＬが出力される。
　図２に示されるように、ＳＯＡ１０から光導波路構造２０に入力された光によって基本モードＦＭが励振される。マルチコア導波路２７においては、導波路コア２４～２６は、隣り合う導波路コア間でエバネッセント光が相互伝搬するように互いに近接して配置されている。このため、導波路コア２４，２５間、及び、導波路コア２５，２６間が光学的に結合されるので、図３に示されるようにスーパーモードＳＭと呼ばれる伝搬モードが励振される。分岐導波路２３を用いてスーパーモードが励振されるため、高次のスーパーモードの励振は抑制され、０次のスーパーモードのみを選択的に励振することが可能である。
　図４は、入出力導波路２２の伝搬モード（コアモード）が基本モードである場合の、ＩＩ－ＩＩ線断面における電界のｘ方向成分分布を濃度値（グレイスケール値）で示す図である。図４において、ｘ軸はＸ軸方向に対応する位置を示し、ｙ軸はＹ軸方向に対応する位置を示している。（ｘ，ｙ）＝（０，０）の位置に配置された入出力導波路２２が実線で示されている。図４のｘ方向成分分布では、濃度値が高いほど、正のｘ成分の値が大きい。この基本モードは、入出力導波路２２がシリコンで構成され、クラッド層３３がシリカガラスで構成され、入出力導波路２２のコア幅ｗ１＝２９０ｎｍ、その高さｈ＝２９０ｎｍ、入出力導波路２２の屈折率ｎｓｉ＝３．５、クラッド層３３の屈折率ｎＳｉＯ２＝１．４５、波長λ＝１．５５μｍとの条件下で得られたものである。ｘ方向成分分布の計算は、下記の非特許文献２で示されているベクトル有限要素法を用いて行われた。
　・非特許文献２：K. Saitoh and M. Koshiba, “Full-vectorial imaginary-distance beam propagation method based on a finite element scheme: Application to photonic crystal fibers,” IEEE J. Quantum Electron. 38, 927 (2002).
　図５は、図４に示した基本モードに対してマルチコア導波路２７でスーパーモードが励振された場合の、ＩＩＩ－ＩＩＩ線断面における電界のｘ方向成分分布を濃度値（グレイスケール値）で示す図である。図５では、ｘ軸方向に沿って配列された導波路コア２４，２５，２６が、それぞれ矩形状の実線で示されている。このスーパーモードは、導波路コア２４，２５，２６のコア幅ｗ１及び高さｈがすべて同一、かつコア間隔ａ１＝６００ｎｍとの条件下で計算されたものである。
　導波路コア２４，２５，２６のコア間隔ａ１は、導波路コア２４，２５間及び導波路コア２５，２６間にエバネッセント光が相互伝搬できる程度に小さいことから、図５によれば、導波路コア２４，２５同士及び導波路コア２５，２６同士は、０次のスーパーモードを励振できるほど十分に近接していることが分かる。３個の導波路コア２４，２５，２６からなる結合導波路を伝搬したスーパーモードは、後端面の光反射器３１によって反射され、その後、分岐導波路２３で基本モードに変換された後にＳＯＡ１０に入射される。このとき、ＳＯＡ１０の前端面１０ａ側のミラーと光反射器３１との間の共振条件を満足する波長が、出力レーザ光ＣＬの波長となる。
　図５に示したとおり、導波路コア２４～２６は、スーパーモードを励起励振できる程度に十分近接しているため、導波路コア２４～２６は光学的に結合しているということができる。マルチコア導波路２７でスーパーモードが励振されることにより、ＩＩＩ－ＩＩＩ線断面における実効コア断面積を拡大させることが可能である。よって、高光出力パワー時の場合、または長い共振器長が採用された場合でも、非線形光学効果を抑制することができる。また、高光出力化と狭スペクトル線幅化の両立を実現することができる。したがって、従来のレーザ光源の高出力化の方法として知られている、コヒーレントビーム結合（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ　Ｂｅａｍ　Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ，ＣＢＣ）法のように、各コアエレメントの位相調整をせずに済むという利点がある。
　ここで、ＣＢＣとは、アレイ状のファイバーレーザをコヒーレントに結合させる方法である。ＣＢＣでは、アレイ数を増やすことで出力限界値を上昇させることが可能である。また、それぞれのレーザの位相状態を制御することにより、レーザの出射方向を変えることもできる。ＣＢＣは、たとえば、下記の非特許文献３に開示されている。
　・非特許文献３：T. Y. Fan, “Laser Beam Combining for High-Power, High-Radiance Sources,” IEEE J. Select. Top. Quant. Electron. 11, 567 (2005).
　以上に説明したとおり、実施の形態１では、導波路コア２４～２６は、当該導波路コア２４～２６のうち隣り合う導波路コア同士が光学的に結合するように互いに近接して配置されているので、マルチコア導波路２７にスーパーモードを励振させることができる。このスーパーモードにより、マルチコア導波路２７の実効コア断面積が大きくなるため、非線形光学効果の発生が抑制され、出力波長の安定化を実現することができる。
　また、本実施の形態では、分岐導波路２３が用いられてるため、高次のスーパーモードの励振は抑制されることから、導波路コア２４～２６を有する結合導波路を用いても、マルチモード発振を抑制することが可能である。
　図６は、実施の形態１の変形例であるレーザ装置１Ａの概略構成を示す平面図である。この変形例のレーザ装置１Ａは、ＳＯＡ１０及び光導波路構造２０Ａを備えて構成されている。この変形例の光導波路構造２０Ａの構成は、上記分岐導波路２３に代えて図６のマルチモード干渉（ＭＭＩ）型分岐導波路２３Ｍを有する点を除いて、上記実施の形態１の光導波路構造２０の構成と同じである。本実施の形態の場合でも、上記実施の形態１の場合と同様の効果を実現することができる。
実施の形態２．
　図７は、本発明に係る実施の形態２であるレーザ装置２の概略構成を示す平面図である。図７に示されるように本実施の形態のレーザ装置２は、ＳＯＡ１０及び光導波路構造２０Ｂを備えて構成されている。この光導波路構造２０Ｂの構成は、実施の形態１の光反射器３１に代えて図７の分岐導波路（後端側分岐導波路）３８及び光反射器３９を有する点を除いて、実施の形態１の光導波路構造２０の構成と同じである。
　光導波路構造２０Ｂの製造方法は、実施の形態１の光導波路構造２０の製造方法と同様である。光反射器３９は、たとえば、ブラッググレーティングによって実現されてもよいし、あるいは、結晶の劈開面で実現されてもよい。
　本実施の形態の分岐導波路３８は、マルチコア導波路２７と光反射器３９との間に介在し、光反射器３９と光学的に結合された単一の光入出力端と、導波路コア２４，２５，２６の端部２４ｂ，２５ｂ，２６ｂの光入出力端と光学的に結合された３個の分岐端とを有している。分岐導波路３８は、導波路コア２４，２５，２６からそれぞれ伝搬した３本の光を合波して合波光を生成し、この合波光を光反射器３９に出力することができる。また、分岐導波路３８は、光反射器３９で反射された光を３本の光に分岐させ、当該３本の光を導波路コア２４，２５，２６に伝搬させることができる。
　導波路コア２４～２６を伝搬する０次のスーパーモードは、後端側に配置された分岐導波路３８によって１個の導波路コアを伝搬する基本モードに変換され、更に光反射器３９で反射される。したがって、ＳＯＡ１０と光導波路構造２０Ｂとで共振器構造が構成される。
　本実施の形態では、ミラー反射による複数の導波路コア間の位相の偏差による光損失を防ぐことができるという効果が得られる。すなわち、実施の形態１では、３個のミラー２８～２９がそれぞれ導波路コア２４～２６について設けられていたので、ミラー２８～２９の作製誤差によって伝搬光の反射時に導波路コア間で位相の偏差が生じることがある。これは、伝搬しているスーパーモードに対して光損失の要因となる。これに対し、本実施の形態では、光反射器３９とマルチコア導波路２７との間に分岐導波路３８が配置されているので、分岐導波路３８においてスーパーモードは基本モードに変換される。これにより、複数の導波路コア間の位相の偏差による光損失を防ぐことが可能となる。
　なお、本実施の形態の導波路コア２４～２６のコア数は３個、前端側に設けられた分岐導波路２３の分岐端の数は３個、後端側に設けられた分岐導波路３８の分岐端の数も３個であるが、コア数及び分岐端の数はそれぞれ３個に限定されるものではない。コア数及び分岐端の数がそれぞれＮ個（Ｎは２以上の整数）となるように分岐導波路２３，３８及びマルチコア導波路２７の構成を適宜変更することが可能である。
　図８は、実施の形態２の変形例であるレーザ装置２Ａの概略構成を示す平面図である。この変形例のレーザ装置２Ａは、ＳＯＡ１０及び光導波路構造２０Ｃを備えて構成されている。この変形例の光導波路構造２０Ｃの構成は、上記分岐導波路（後端側分岐導波路）３８に代えて図８のマルチモード干渉型分岐導波路３８Ｍを有する点を除いて、上記実施の形態２の光導波路構造２０Ｂの構成と同じである。この変形例の場合でも、上記実施の形態２の場合と同様の効果を実現することができる。図８の構成において、分岐導波路２３に代えてマルチモード干渉型分岐導波路２３Ｍ（図６）が採用されてもよい。
実施の形態３．
　図９は、本発明に係る実施の形態３であるレーザ装置３の概略構成を示す平面図である。図１０は、図９に示したマルチコア導波路４７のＩＸ－ＩＸ線における概略断面を示す図である。図９に示されるようにレーザ装置３は、ＳＯＡ１０とこのＳＯＡ１０と光学的に結合された光導波路構造４０とを備えている。図９では、説明の便宜上、導波路パターンを被覆するクラッド層の表示は省略されている。
　光導波路構造４０は、図９に示されるように半導体基板層４１上に、入出力導波路４２、分岐導波路４３、３本の導波路コア４４～４６からなるマルチコア導波路４７、３本の導波路コア５４～５６からなるバス導波路（第１のバス導波路）５７、３本の導波路コア６４～６６からなるバス導波路（第２のバス導波路）６７、３個のミラー（反射鏡）６８～７０からなる光反射器７１、リング共振器（第１及び第２のリング共振器）５０，６０、及び、これらリング共振器５０，６０の温度調整のための温度調整素子として機能するヒータ（電極）７８，７９を備えて構成されたリング共振器構造である。
　また、図１０の断面図に示されるように、光導波路構造４０は、半導体基板層４１と、この半導体基板層２１上に堆積されたクラッド層５３とを有し、このクラッド層５３は、入出力導波路４２、分岐導波路４３、マルチコア導波路４７、バス導波路５７，６７、光反射器７１及びリング共振器５０，６０を被覆する。なお、本実施の形態では、入出力導波路４２、分岐導波路４３、マルチコア導波路４７、バス導波路５７，６７、光反射器７１及びリング共振器５０，６０は、クラッド層５３によって完全に被覆されているが、これに限定されるものではない。このような光導波路構造４０の製造方法は、上記実施の形態１の光導波路構造２０の製造方法と同様である。
　入出力導波路４２は、図９に示されるように単一の導波路コアからなり、ＳＯＡ１０の光入出力端面１０ｂと光学的に結合された光入出力端４２ａを有する。ＳＯＡ１０は、光入出力端面（後端面）１０ｂを介して光を光導波路構造４０に入力することができる。
　分岐導波路４３は、入出力導波路４２と光学的に結合された単一の光入出力端と、導波路コア４４，４５，４６の端部４４ａ，４５ａ，４６ａの光入出力端と光学的に結合された３個の分岐端を有している。分岐導波路４３は、入出力導波路４２からの伝搬光を３本の光に分岐させ、当該３本の光を導波路コア４４，４５，４６に伝搬させることができる。
　マルチコア導波路４７は、同一方向（Ｚ軸方向）に沿って延在しかつＸ軸方向に等間隔で離れて配置された３本の導波路コア４４，４５，４６で構成されている。実施の形態１の場合と同様に、これら導波路コア４４，４５，４６は、スーパーモードを励振させるため、当該導波路コア４４，４５，４６のうち隣り合う導波路コア同士が光学的に結合するように互いに近接して配置される。これにより、隣り合う導波路コア間でエバネッセント光が相互伝搬することが可能となる。
　なお、本実施の形態の導波路コア４４～４６のコア数は３個であり、分岐導波路４３の分岐端の数は３個であるが、コア数及び分岐端の数はそれぞれ３個に限定されるものではない。コア数及び分岐端の数がそれぞれＮ個（Ｎは２以上の整数）となるように分岐導波路４３及びマルチコア導波路４７の構成を適宜変更することが可能である。
　リング共振器（第１のリング共振器）５０は、円環状の導波路コア（シングルコア）で構成されている。このリング共振器５０の一端部は、導波路コア４４，４５，４６の端部４４ｂ，４５ｂ，４６ｂと光学的に結合するように配置されている。この配置により、リング共振器５０の当該一端部と導波路コア４４，４５，４６の端部４４ｂ，４５ｂ，４６ｂとで方向性結合器５１が構成される。
　バス導波路（第１のバス導波路）５７は、同一方向（Ｚ軸方向）に沿って延在しかつＸ軸方向に等間隔で離れて配置された３本の導波路コア５４，５５，５６で構成されている。実施の形態１の場合と同様に、これら導波路コア５４，５５，５６は、スーパーモードを励振させるため、当該導波路コア５４，５５，５６のうち隣り合う導波路コア同士が光学的に結合するように互いに近接して配置される。これにより、隣り合う導波路コア間でエバネッセント光が相互伝搬することが可能となる。導波路コア５４，５５，５６の一方の端部５４ｂ，５５ｂ，５６ｂは、リング共振器５０の他端部と光学的に結合するように配置されている。この配置により、リング共振器５０の他端部と導波路コア５４，５５，５６の端部５４ｂ，５５ｂ，５６ｂとで方向性結合器５２が構成される。
　なお、本実施の形態のバス導波路５７における導波路コア５４～５６のコア数は３個であるが、この個数に限定されるものではない。コア数がＭ個（Ｍは２以上の整数）となるようにバス導波路５７の構成を適宜変更することが可能である。
　バス導波路５７における導波路コア５４，５５，５６の他方の端部５４ａ，５５ａ，５６ａは、他のリング共振器（第２のリング共振器）６０の一端部と光学的に結合する。このリング共振器６０は、図９に示されるように円環状の導波路コア（シングルコア）で構成されている。リング共振器５０の一端部と導波路コア５４，５５，５６の他方の端部５４ａ，５５ａ，５６ａとが光学的に結合することにより、方向性結合器６１が構成される。
　一方、バス導波路（第２のバス導波路）６７は、同一方向（Ｚ軸方向）に沿って延在しかつＸ軸方向に等間隔で離れて配置された３本の導波路コア６４，６５，６６で構成されている。実施の形態１の場合と同様に、導波路コア６４，６５，６６は、スーパーモードを励振させるため、当該導波路コア６４，６５，６６のうち隣り合う導波路コア同士が光学的に結合するように互いに近接して配置される。これにより、隣り合う導波路コア間でエバネッセント光が相互伝搬することが可能となる。導波路コア６４，６５，６６の一方の端部６４ａ，６５ａ，６６ａは、リング共振器６０の他端部と光学的に結合するように配置されている。この配置により、当該リング共振器６０の他端部と導波路コア６４，６５，６６の一方の端部６４ａ，６５ａ，６６ａとで方向性結合器６２が構成される。
　なお、本実施の形態のバス導波路６７における導波路コア６４～５６のコア数は３個であるが、この個数に限定されるものではない。コア数がＫ個（Ｋは２以上の整数）となるようにバス導波路６７の構成を適宜変更することが可能である。
　バス導波路６７における導波路コア６４，６５，６６の他方の端部６４ｂ，６５ｂ，６６ｂは、光反射器７０と光学的に結合するように配置されている。図９に示されるように光反射器７１は、導波路コア６４，６５，６６の他方の端部６４ｂ，６５ｂ，６６ｂの光入出力端と光学的に結合された３個のミラー６８，６９，７０で構成されている。これらミラー６８，６９，７０は、導波路コア６４，６５，６６を伝搬した光をそれぞれ逆方向に反射させる機能を有する。このようなミラー６８，６９，７０は、たとえば、ブラッググレーティングによって実現されてもよいし、あるいは、結晶の劈開面で実現されてもよい。
　そして、リング共振器５０上に高抵抗金属材料からなるヒータ７８が形成されており、リング共振器６０上に高抵抗金属材料からなるヒータ７９が形成されている。このようなヒータ７８，７９は、たとえば、タンタル、白金またはチタンなどの高抵抗金属材料を蒸着することにより形成することが可能である。ヒータ７８，７９に通電しこれらヒータ７８，７９の温度を個別に制御することで、２つのリング共振器５０，６０のバーニア効果（屈折率変化）によって共振波長が変化する。よって、チューナブルな波長制御を実現することが可能となる。
　リング共振器５０，６０と結合されるマルチコア導波路４７及びバス導波路５７，６７の各々は、３個の導波路コアからなる結合導波路として機能する。このため、マルチコア導波路４７及びバス導波路５７，６７を伝搬する０次のスーパーモードとリング共振器５０，６０の伝搬モードとが位相整合するように導波路パラメータを選択することによって、マルチコア導波路４７及びバス導波路５７，６７の組とリング共振器５０，６０とは光学的に結合され、全体として共振器を形成することができる。
　今、結合導波路を構成する３個の導波路コア（たとえば、導波路コア４４～４６）を「コアＡ」と呼び、リング共振器（たとえば、リング共振器５０）を形成する導波路を「コアＢ」と呼ぶこととする。コアＡは、図１０に示されるように、実施の形態１の場合と同様に、コア幅ｗ１、高さｈ、間隔ａ１を有している。一方、コアＢのコア幅ｗ２は、３個の導波路コアからなる結合導波路の伝搬モードである０次のスーパーモードと位相整合するように決定される必要がある。
　図１１は、コアＢのみが存在すると仮定して計算された伝搬モードの実効屈折率Ｉ１のコア幅ｗ２依存性を示すグラフである。参考として、コアＡの０次スーパーモード（図５）に対する実効屈折率を破線Ｉ０で示す。ｗ２＝２９９ｎｍとすると、位相整合条件を満たすことが確認可能である。ここで、一般に、１個の導波路コアに対する基本モードの実効屈折率よりも、３個の導波路コアによる０次スーパーモードのほうが実効屈折率が大きいため、ｗ２＞ｗ１の関係になっていることに注意すべきである。ただし、０次のスーパーモードでなく、高次のスーパーモードを励振するよう分岐導波路を設計した場合には、この限りではない。
　このような条件に対して、コアＡとコアＢ間のコア間隔をたとえばａ２＝８００ｎｍとした場合における２つのスーパーモードの計算結果を図１２及び図１３にそれぞれ示す。ここで、図１２では、左方に現れるコアＢのｘ方向成分の値は正の値を示し、右方に現れる３つのコアＡのｘ方向成分の値も正の値を示す。一方、図１３では、左方に現れるコアＢのｘ方向成分の値は負の値を示し、右方に現れる３つのコアＡのｘ方向成分の値は正の値を示している。図１２に示したスーパーモードの実効屈折率をｎｅ、図１３に示した実効屈折率をｎｏとすると、コアＡのスーパーモードがコアＢに完全に移行する伝搬長である結合長Ｌｃは、これらのスーパーモードのビートから以下の式（１）により計算できる。
　　　　Ｌｃ＝λ／｛２（ｎｅ－ｎｏ）｝　　　　　　　　　　　（１）
　今、実効屈折率ｎｅは約２．０５１５９７、実効屈折率ｎｏは約２．０４２８０３と計算することができるため、結合長Ｌｃは、約８８μｍと見積もることができる。このことを確かめるため、コアＡに入力した光パワーの伝搬に対する変化を計算した結果Ｐ０を図１４に示す。図１４の結果の計算には、下記の非特許文献４に示されている、ベクトル有限要素法に基づくビーム伝搬法が使用された。
　・非特許文献４：K. Saitoh, and M. Koshiba, “Full-vectorial finite element beam propagation method with perfectly matched layers for anisotropic optical waveguides,” IEEE/OSA J. Lightwave Technol. 19, 405 (2001).
　図１５，図１６及び図１７には、伝搬長Ｌについて、Ｌ＝０、Ｌ＝６６μｍ、Ｌ＝８８μｍに対する電界のｘ成分分布がそれぞれ示されている。コアＡに入力した光パワーは、伝搬に従って徐々にコアＢに移行し、結合長Ｌｃが約８８μｍのときには、当該光パワーはほぼ１００％コアＢに移行していることが確認できる。なお、結合長Ｌｃの値については、コア間隔ａ２を小さい値となるように設計すれば、ｎｅ－ｎｏの値は大きくなり、結合長Ｌｃは更に短くなる。逆にコア間隔ａ２の値を大きい値となるように設計すれば、ｎｅ－ｎｏの値は小さくなり、結合長Ｌｃは更に長くなる。
　以上に説明したように実施の形態３では、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。この効果に加え、チューナブルな波長制御が可能である。各々が３個の導波路コアからなる結合導波路４７，５７，６７とリング共振器５０，６０を構成するコアとが位相整合し、これらコア間で光パワーの移行が可能であることから、各々が３個の導波路コアからなる結合導波路４７，５７，６７を用いても、本実施の形態のレーザ装置３は、全体として共振器として動作することが可能となる。
　次に、実施の形態３の変形例について説明する。図１８は、実施の形態３の第１変形例であるレーザ装置３Ａの概略構成を示す平面図である。この変形例のレーザ装置３Ａは、ＳＯＡ１０及び光導波路構造４０Ａを備えて構成されている。この変形例の光導波路構造４０Ａの構成は、上記分岐導波路４３に代えて図１８のマルチモード干渉型分岐導波路４３Ｍを有する点を除いて、上記実施の形態３の光導波路構造４０の構成と同じである。本実施の形態の場合でも、上記実施の形態３の場合と同様の効果を実現することができる。
　図１９は、実施の形態３の第２変形例であるレーザ装置３Ｂの概略構成を示す平面図である。図１９に示されるように本実施の形態のレーザ装置３Ｂは、ＳＯＡ１０及び光導波路構造４０Ｂを備えて構成されている。この光導波路構造４０Ｂの構成は、実施の形態３のリング共振器５０，６０及びヒータ７８，７９に代えて、図１９の中間分岐導波路８１，８３，８５，８７、接続導波路８２，８４，８６，８８、リング共振器９１，９２及びヒータ９８，９９を有する点を除いて、実施の形態３の光導波路構造４０の構成と同じである。
　レーザ装置３Ｂにおいては、接続導波路８２とリング共振器９１の端部とで方向性結合器９３が形成され、接続導波路８４とリング共振器９１の他端部とで方向性結合器９４が形成されている。また、接続導波路８６とリング共振器９２の端部とで方向性結合器９５が形成され、接続導波路８８とリング共振器９２の他端部とで方向性結合器９６が形成されている。光導波路構造４０Ｂの製造方法は、実施の形態１の製造方法と同様である。
　図１９に示されるように中間分岐導波路（第１の中間分岐導波路）８１は、マルチコア導波路４７とリング共振器９１との間に介在し、導波路コア４４～４６の端部４４ｂ，４５ｂ，４６ｂの光入出力端と光学的に結合されている。中間分岐導波路（第１の接続導波路）８１は、導波路コア４４～４６から入力された３本の光を合波して合波光を生成する。方向性結合器９３において、接続導波路８２は、中間分岐導波路８１から入力された合波光をリング共振器９１の一端部に伝搬させることができる。逆に、接続導波路８２は、リング共振器９１の当該一端部から入力された光を中間分岐導波路８１に伝搬させる。中間分岐導波路８１は、接続導波路８２から入力された光を３本の光に分岐させて当該３本の光を導波路コア４４～４６にそれぞれ伝搬させることができる。
　方向性結合器９４では、接続導波路（第２の接続導波路）８４は、リング共振器９１の他端部からの伝搬光を中間分岐導波路８３に出力する。中間分岐導波路（第２の中間分岐導波路）８３は、バス導波路５７とリング共振器９１との間に介在し、導波路コア５４～５６の端部５４ｂ，５５ｂ，５６ｂの光入出力端と光学的に結合されている。中間分岐導波路８３は、リング共振器９１の他端部から接続導波路８４を介して入力された光を３本の光に分岐させて当該３本の光をそれぞれ導波路コア５４～５６に伝搬させることができる。逆に、中間分岐導波路８３は、導波路コア５４～５６の端部５４ｂ，５５ｂ，５６ｂから入力された３本の光を合波して合波光を生成し、当該合波光を、接続導波路８４を介してリング共振器９１に伝搬させることができる。
　一方、中間分岐導波路（第３の中間分岐導波路）８５は、バス導波路５７とリング共振器９２との間に介在し、導波路コア５４～５６の端部５４ａ，５５ａ，５６ａの光入出力端と光学的に結合されている。中間分岐導波路８５は、導波路コア５４～５６から入力された３本の光を合波して合波光を生成する。方向性結合器９５において、接続導波路（第３の接続導波路）８６は、中間分岐導波路８５から入力された合波光をリング共振器９２の一端部に伝搬させることができる。逆に、接続導波路８６は、リング共振器９２の当該一端部から入力された光を中間分岐導波路８５に伝搬させる。中間分岐導波路８５は、接続導波路８６から入力された光を３本の光に分岐させて当該３本の光を導波路コア５４～５６にそれぞれ伝搬させることができる。
　方向性結合器９６では、接続導波路（第４の接続導波路）８８は、リング共振器９２の他端部からの伝搬光を中間分岐導波路８７に出力する。中間分岐導波路（第４の中間分岐導波路）８７は、バス導波路６７とリング共振器９２との間に介在し、導波路コア６４～６６の端部６４ａ，６５ａ，６６ａの光入出力端と光学的に結合されている。中間分岐導波路８７は、リング共振器９２の他端部から接続導波路８８を介して入力された光を３本の光に分岐させて当該３本の光をそれぞれ導波路コア６４～６６に伝搬させることができる。逆に、中間分岐導波路８７は、導波路コア６４～６６の端部６４ａ，６５ａ，６６ａから入力された３本の光を合波して合波光を生成し、当該合波光を、接続導波路８８を介してリング共振器９２に伝搬させることができる。
実施の形態４．
　図２０は、本発明に係る実施の形態４であるレーザ装置４の概略構成を示す平面図である。図２０に示されるように本実施の形態のレーザ装置４は、ＳＯＡ１０及び光導波路構造４０Ｃを備えて構成されている。この光導波路構造４０Ｃの構成は、実施の形態３の光反射器７１に代えて図２０の分岐導波路（後端側分岐導波路）８９及び光反射器１００を有する点を除いて、実施の形態３の光導波路構造４０の構成と同じである。
　光導波路構造４０Ｃの製造方法は、実施の形態１の光導波路構造２０の製造方法と同様である。光反射器１００は、たとえば、ブラッググレーティングによって実現されてもよいし、あるいは、結晶の劈開面で実現されてもよい。
　本実施の形態の分岐導波路８９は、バス導波路６７と光反射器１００との間に介在し、光反射器１００と光学的に結合された単一の光入出力端と、導波路コア６４～６６の端部６４ｂ，６５ｂ，６６ｂの光入出力端と光学的に結合された３個の分岐端とを有している。分岐導波路８９は、導波路コア６４～６６からそれぞれ伝搬した３本の光を合波して合波光を生成し、この合波光を光反射器１００に出力することができる。また、分岐導波路８９は、光反射器１００で反射された光を３本の光に分岐させ、当該３本の光を導波路コア６４～６６に伝搬させることができる。
　このように分岐導波路８９は、上記実施の形態２の分岐導波路３８と同様の機能を有することから、実施の形態２の場合と同様に、導波路コア６４～６６を伝搬する０次のスーパーモードを、１個の導波路コアを伝搬する基本モードに変換し、当該基本モードを光反射器１００に与えることができる。したがって、実施の形態４では、実施の形態３と同様の効果に加えて、実施の形態２の場合と同様に、ミラー反射における複数の導波路コア間の位相の偏差による光損失を防ぐことができる。
　図２１は、実施の形態４の変形例であるレーザ装置４Ａの概略構成を示す平面図である。この変形例のレーザ装置４Ａは、ＳＯＡ１０及び光導波路構造４０Ｄを備えて構成されている。この変形例の光導波路構造４０Ｄの構成は、上記分岐導波路（後端側分岐導波路）８９に代えて図２１のマルチモード干渉型分岐導波路８９Ｍを有する点を除いて、上記実施の形態４の光導波路構造４０Ｃの構成と同じである。この変形例の場合でも、上記実施の形態４の場合と同様の効果を実現することができる。
実施の形態５．
　図２２は、本発明に係る実施の形態５であるレーザ装置５の概略構成を示す平面図である。図２２に示されるように本実施の形態のレーザ装置５は、ＳＯＡ１０及び光導波路構造４０Ｅを備えて構成されている。この光導波路構造４０Ｅの構成は、実施の形態３のリング共振器５０，６０及びヒータ７８，７９に代えて、図２２の多重リング共振器１１０，１２０及びヒータ１１８，１１９を有する点を除いて、実施の形態３の光導波路構造４０の構成と同じである。
　多重リング共振器（第１のリング共振器）１１０は、同心状に配置された３個のリング状導波路コア１１１，１１２，１１３からなる。リング状導波路コア１１１，１１２，１１３は、スーパーモードを励振させるため、当該リング状導波路コア１１１，１１２，１１３のうち隣り合うリング状導波路コア同士が光学的に結合するように互いに近接して配置される。これにより、隣り合うリング状導波路コア間でエバネッセント光が相互伝搬することが可能となる。また、チューナブルな波長制御を実現するために、高抵抗金属材料からなるヒータ１１８が多重リング共振器１１０上に設けられている。このような多重リング共振器１１０の一端部とマルチコア導波路４７の導波路コア４４～４６の端部４４ｂ，４５ｂ，４６ｂとで方向性結合器１１４が構成され、多重リング共振器１１０の他端部とバス導波路５７の導波路コア５４～５６の端部５４ｂ，５５ｂ，５６ｂとで方向性結合器１１５が構成される。
　なお、多重リング共振器１１０におけるリング状導波路コア１１１～１１３のコア数は３個であるが、コア数は３個に限定されるものではない。コア数がＬ個（Ｌは２以上の整数）となるように多重リング共振器１１０の構成を適宜変更することが可能である。　
　一方、多重リング共振器（第２のリング共振器）１２０は、同心状に配置された３個のリング状導波路コア１２１，１２２，１２３からなる。リング状導波路コア１２１，１２２，１２３は、スーパーモードを励振させるため、当該リング状導波路コア１２１，１２２，１２３のうち隣り合うリング状導波路コア同士が光学的に結合するように互いに近接して配置される。これにより、隣り合うリング状導波路コア間でエバネッセント光が相互伝搬することが可能となる。また、チューナブルな波長制御を実現するために、高抵抗金属材料からなるヒータ１１９が多重リング共振器１２０上に設けられている。このような多重リング共振器１２０の一端部とバス導波路５７の導波路コア５４～５６の端部５４ａ，５５ａ，５６ａとで方向性結合器１２４が構成され、多重リング共振器１２０の他端部とバス導波路６７の導波路コア６４～６６の端部６４ａ，６５ａ，６６ａとで方向性結合器１２５が構成される。
　なお、多重リング共振器１２０におけるリング状導波路コア１２１～１２３のコア数は３個であるが、コア数は３個に限定されるものではない。コア数がＰ個（Ｐは２以上の整数）となるように多重リング共振器１２０の構成を適宜変更することが可能である。　
　以上に説明したように実施の形態５では、多重リング共振器１１０，１２０は、スーパーモードを励振するように構成されている。よって、実施の形態３と同様の設計方法により、マルチコア導波路４７及びバス導波路５７，６７のスーパーモードに対する位相整合条件が満足されれば、レーザ装置５は全体として共振器として動作することができる。したがって、実施の形態３の効果に加えて、多重リング共振器１１０，１２０における結合導波路に対しても実効コア断面積を拡大させることが可能であるので、高光出力パワー時において非線形光学効果を抑制することが可能となる。したがって、出力波長の安定化を実現することができる。
　図２３は、実施の形態５の変形例であるレーザ装置５Ａの概略構成を示す平面図である。この変形例のレーザ装置５Ａは、ＳＯＡ１０及び光導波路構造４０Ｆを備えて構成されている。この変形例の光導波路構造４０Ｆの構成は、上記したバス導波路５７，６７に代えて図２３の導波路コア（シングルコア）５４，６４を有する点を除いて、上記実施の形態５の光導波路構造４０Ｅの構成と同じである。この変形例においては、多重リング共振器１１０（第１のリング共振器）の他端部と導波路コア５４の端部５４ｂとで方向性結合器１１５Ａが構成されている。また、多重リング共振器１２０（第２のリング共振器）の一端部と導波路コア５４の端部５４ａとで方向性結合器１２４Ａが構成され、多重リング共振器１２０の他端部と導波路コア６４の端部６４ａとで方向性結合器１２５Ａが構成されている。
　この変形例でも、マルチコア導波路４７及び多重リング共振器１１０，１２０でスーパーモードが励振されることから、高光出力パワー時において非線形光学効果を抑制することができる。したがって、出力波長の安定化を実現することができる。
実施の形態６．
　図２４は、本発明に係る実施の形態６であるレーザ装置６の概略構成を示す平面図である。図２４に示されるように本実施の形態のレーザ装置６は、ＳＯＡ１０及び光導波路構造４０Ｇを備えて構成されている。この光導波路構造４０Ｇの構成は、実施の形態５の入出力導波路４２及びマルチコア導波路４７に代えて図２４の入出力導波路４７Ｓを有する点を除いて、実施の形態５の光導波路構造４０Ｅの構成と同じである。
　入出力導波路４７Ｓは、図２４に示されるように単一の導波路コア（シングルコア）からなり、ＳＯＡ１０の光入出力端面１０ｂと光学的に結合された光入出力端４７Ｓａを有する。ＳＯＡ１０は、光入出力端面（後端面）１０ｂを介して光を光導波路構造４０Ｇに入力することができる。本実施の形態においては、多重リング共振器１１０（第１のリング共振器）の一端部と入出力導波路４７Ｓの端部４７Ｓｂとで方向性結合器１１４Ａが構成されている。
　本実施の形態でも、多重リング共振器１１０，１２０でスーパーモードが励振されることから、高光出力パワー時において非線形光学効果を抑制することができる。したがって、出力波長の安定化を実現することができる。
　図２５は、実施の形態６の変形例であるレーザ装置６Ａの概略構成を示す平面図である。この変形例のレーザ装置６Ａは、ＳＯＡ１０及び光導波路構造４０Ｈを備えて構成されている。この変形例の光導波路構造４０Ｈの構成は、上記したバス導波路５７，６７に代えて図２５の導波路コア（シングルコア）５４，６４を有する点を除いて、上記実施の形態６の光導波路構造４０Ｇの構成と同じである。この変形例においては、多重リング共振器１１０（第１のリング共振器）の他端部と導波路コア５４の端部５４ｂとで方向性結合器１１５Ａが構成されている。また、多重リング共振器１２０（第２のリング共振器）の一端部と導波路コア５４の端部５４ａとで方向性結合器１２４Ａが構成され、多重リング共振器１２０の他端部と導波路コア６４の端部６４ａとで方向性結合器１２５Ａが構成されている。
　この変形例でも、多重リング共振器１１０，１２０でスーパーモードが励振されることから、高光出力パワー時において非線形光学効果を抑制することができる。したがって、出力波長の安定化を実現することができる。
　以上、図面を参照して本発明に係る種々の実施の形態について述べたが、これら実施の形態は本発明の例示であり、これら実施の形態以外の様々な形態を採用することもできる。たとえば、上記実施の形態１～６の各々における結合導波路の導波路コアの数はすべて同一であるが、これに限定されるものではない。位相整合条件が満足されるのであれば、結合導波路の導波路コアの数をすべて同一にする必要はない。
　また、上記実施の形態１～６の光導波路構造は、埋め込み型の導波路を有するものであるが、これに限定されるものではない。埋め込み型の導波路に代えて、リッジ型の導波路またはハイメサ型の導波路が使用されてもよい。
　なお、本発明の範囲内において、上記実施の形態１～６の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
　本発明に係るレーザ装置は、たとえば、中距離メトロネットワークあるいはデータセンタネットワークといった通信ネットワークでの光通信技術に用いられるのに適している。
　１，１Ａ，２，２Ａ，３，３Ａ，３Ｂ，４，４Ａ，５，６，６Ａ　レーザ装置、１０　半導体光増幅器（ＳＯＡ）、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ　光導波路構造、２１　半導体基板層、２２　入出力導波路、２３　分岐導波路、２３Ｍ　ＭＭＩ（マルチモード干渉）型分岐導波路（後端側分岐導波路）、２４～２６　導波路コア、２７　マルチコア導波路（結合導波路）、２８～３０　ミラー、３１　光反射器、３３　クラッド層、３８　分岐導波路（後端側分岐導波路）、３９　光反射器、４０，４０Ａ～４０Ｈ　光導波路構造、４１　半導体基板層、４２　入出力導波路、４３　分岐導波路、４３Ｍ　ＭＭＩ型分岐導波路（後端側分岐導波路）、４４～４６　導波路コア、４７　マルチコア導波路（結合導波路）、４７Ｓ　入出力導波路すなわち導波路コア（シングルコア）　５０　リング共振器、５１，５２　方向性結合器、５３　クラッド層、５４～５６　導波路コア、５７　バス導波路（結合導波路）、６０　リング共振器、６１，６２　方向性結合器、６４～６６　導波路コア、６７　バス導波路（結合導波路）、６８～７０　ミラー、７１　光反射器、７８，７９　ヒータ、８１，８３，８５，８７　中間分岐導波路、８９　分岐導波路（後端側分岐導波路）、８９Ｍ　ＭＭＩ型分岐導波路（後端側分岐導波路）、８２，８４，８６，８８　接続導波路、９１，９２　リング共振器、９３～９６　方向性結合器、９８，９９　ヒータ、１００　光反射器、１１０，１２０　多重リング共振器（結合導波路）、１１１～１１３，１２１～１２３　リング状導波路コア、１１４，１１５　方向性結合器、１１８，１１９　ヒータ、１２４，１２５　方向性結合器。

Claims (19)

  1. 　光増幅器と、
    　前記光増幅器と光学的に結合された光入出力端及びＮ個の分岐端を有し、前記光増幅器からの伝搬光をＮ本の光（Ｎは２以上の整数）に分岐させて当該Ｎ本の光を前記Ｎ個の分岐端からそれぞれ出力する分岐導波路と、
    　前記分岐導波路の当該Ｎ個の分岐端と光学的に結合された光入出力端を有し、前記分岐導波路から入力された当該Ｎ本の光をそれぞれ伝搬させるＮ個の導波路コアを有するマルチコア導波路と、
    　前記マルチコア導波路の他の光入出力端と光学的に結合された光反射器と
    を備え、
    　前記Ｎ個の導波路コアは、当該Ｎ個の導波路コアのうち隣り合う導波路コア同士が光学的に結合するように互いに近接して配置されていることを特徴とするレーザ装置。
  2. 　請求項１記載のレーザ装置であって、前記Ｎ個の導波路コアは、当該Ｎ個の導波路コアのうち隣り合う導波路コア間でエバネッセント光が相互伝搬するように互いに近接して配置されていることを特徴とするレーザ装置。
  3. 　請求項１または２記載のレーザ装置であって、前記マルチコア導波路と前記光反射器との間に介在し、前記マルチコア導波路の当該他の光入出力端と光学的に結合された後端側分岐導波路を更に備え、
    　前記後端側分岐導波路は、前記Ｎ個の導波路コアからそれぞれ伝搬したＮ本の光を合波して合波光を生成し、当該生成された合波光を前記光反射器に出力するとともに、前記光反射器で反射された光をＮ本の反射光に分岐させ、当該Ｎ本の反射光をそれぞれ前記Ｎ個の導波路コアに入射させることを特徴とするレーザ装置。
  4. 　請求項３記載のレーザ装置であって、前記後端側分岐導波路は、マルチモード干渉型分岐導波路からなることを特徴とするレーザ装置。
  5. 　請求項１または２記載のレーザ装置であって、前記分岐導波路は、マルチモード干渉型分岐導波路からなることを特徴とするレーザ装置。
  6. 　光増幅器と、
    　前記光増幅器と光学的に結合された光入出力端及びＮ個の分岐端を有し、前記光増幅器からの伝搬光をＮ本の光（Ｎは２以上の整数）に分岐させて当該Ｎ本の光を前記Ｎ個の分岐端からそれぞれ出力する分岐導波路と、
    　前記分岐導波路の当該Ｎ個の分岐端と光学的に結合された光入出力端を有し、前記分岐導波路の当該Ｎ個の分岐端から入力されたＮ本の光をそれぞれ伝搬させるＮ個の導波路コアを有するマルチコア導波路と、
    　前記マルチコア導波路の一部分と光学的に結合された端部を有する第１のリング共振器と、
    　前記第１のリング共振器の他の端部と光学的に結合され、かつ前記第１のリング共振器の当該他の端部から入力された光を伝搬させる第１のバス導波路と、
    　前記第１のバス導波路の一部分と光学的に結合された端部を有する第２のリング共振器と、
    　前記第２のリング共振器の他の端部と光学的に結合され、かつ前記第２のリング共振器の当該他の端部から入力された光を伝搬させる第２のバス導波路と、
    　前記２のバス導波路の光入出力端と光学的に結合された光反射器と
    を備え、
    　前記Ｎ個の導波路コアは、当該Ｎ個の導波路コアのうち隣り合う導波路コア同士が光学的に結合するように互いに近接して配置されていることを特徴とするレーザ装置。
  7. 　請求項６記載のレーザ装置であって、前記分岐導波路は、マルチモード干渉型分岐導波路で構成されていることを特徴とするレーザ装置。
  8. 　請求項６または７記載のレーザ装置であって、
    　前記第１のバス導波路は、各々が前記第１のリング共振器の当該他の端部と光学的に結合され、かつ前記第１のリング共振器の当該他の端部から入力された光を伝搬させるＭ個の導波路コア（Ｍは２以上の整数）を有し、
    　前記Ｍ個の導波路コアは、当該Ｍ個の導波路コアのうち隣り合う導波路コア同士が光学的に結合するように互いに近接して配置されていることを特徴とするレーザ装置。
  9. 　請求項６または７記載のレーザ装置であって、
    　前記第２のバス導波路は、各々が前記第２のリング共振器の当該他の端部と光学的に結合され、かつ前記第２のリング共振器の当該他の端部から入力された光を伝搬させるＫ個の導波路コア（Ｋは２以上の整数）を有し、
    　前記Ｋ個の導波路コアは、当該Ｋ個の導波路コアのうち隣り合う導波路コア同士が光学的に結合するように互いに近接して配置されていることを特徴とするレーザ装置。
  10. 　請求項９記載のレーザ装置であって、前記第２のバス導波路と前記光反射器との間に介在し、前記第２のバス導波路の光入出力端と光学的に結合された後端側分岐導波路を更に備え、
    　前記後端側分岐導波路は、前記Ｋ個の導波路コアからそれぞれ伝搬したＫ本の光を合波して合波光を生成し、当該生成された合波光を前記光反射器に出力するとともに、前記光反射器で反射された光をＫ本の反射光に分岐させ、当該Ｋ本の反射光をそれぞれ前記Ｋ個の導波路コアに入射させることを特徴とするレーザ装置。
  11. 　請求項１０記載のレーザ装置であって、前記後端側分岐導波路は、マルチモード干渉型分岐導波路からなることを特徴とするレーザ装置。
  12. 　請求項６または７記載のレーザ装置であって、
    　前記第１のリング共振器は、同心状に配置されたＬ個のリング状導波路コア（Ｌは２以上の整数）からなり、
    　前記Ｌ個のリング状導波路コアは、当該Ｌ個のリング状導波路コアのうち隣り合う導波路コア同士が光学的に結合するように互いに近接して配置されていることを特徴とするレーザ装置。
  13. 　請求項６または７記載のレーザ装置であって、
    　前記第２のリング共振器は、同心状に配置されたＰ個のリング状導波路コア（Ｐは２以上の整数）からなり、
    　前記Ｐ個のリング状導波路コアは、当該Ｐ個のリング状導波路コアのうち隣り合う導波路コア同士が光学的に結合するように互いに近接して配置されていることを特徴とするレーザ装置。
  14. 　請求項８記載のレーザ装置であって、
    　前記マルチコア導波路と前記第１のリング共振器との間に介在して前記マルチコア導波路の他の光入出力端と光学的に結合され、前記Ｎ個の導波路コアから入力されたＮ本の光を合波して合波光を生成する第１の中間分岐導波路と、
    　前記第１のリング共振器の当該端部と光学的に結合され、前記第１の中間分岐導波路から入力された合波光を前記第１のリング共振器に伝搬させる第１の接続導波路と、
    　前記第１のリング共振器と前記第１のバス導波路との間に介在して前記第１のリング共振器の当該他の端部と光学的に結合された第２の接続導波路と、
    　前記第１のリング共振器の当該他の端部から前記第２の接続導波路を介して入力された光をＭ本の光に分岐させ、当該Ｍ本の光を前記Ｍ個の導波路コアにそれぞれ出力する第２の中間分岐導波路と
    を更に備えることを特徴とするレーザ装置。
  15. 　請求項９記載のレーザ装置であって、
    　前記第１のバス導波路と前記第２のリング共振器との間に介在して前記第１のバス導波路の光入出力端と光学的に結合された第３の中間分岐導波路と、
    　前記第２のリング共振器の当該端部と光学的に結合された第３の接続導波路と、
    　前記第２のリング共振器と前記第２のバス導波路との間に介在して前記第２のリング共振器の当該他の端部と光学的に結合された第４の接続導波路と、
    　前記第２のリング共振器から前記第４の接続導波路を介して入力された光をＫ本の光に分岐させ、当該Ｋ本の光を前記Ｋ個の導波路コアにそれぞれ出力する第４の中間分岐導波路と
    を更に備え、
    　前記第１のバス導波路は、各々が前記第１のリング共振器の当該他の端部と光学的に結合され、かつ前記第１のリング共振器の当該他の端部から入力された光を伝搬させるＭ個の導波路コア（Ｍは２以上の整数）を有し、
    　前記Ｍ個の導波路コアは、当該Ｍ個の導波路コアのうち隣り合う導波路コア同士が光学的に結合するように互いに近接して配置されており、
    　前記第３の中間分岐導波路は、前記Ｍ個の導波路コアから入力されたＭ本の光を合波して合波光を生成し、
    　前記第３の接続導波路は、前記第３の中間分岐導波路から入力された合波光を前記第２のリング共振器に伝搬させる、
    ことを特徴とするレーザ装置。
  16. 　請求項６または７記載のレーザ装置であって、前記第１のリング共振器及び前記第２のリング共振器にそれぞれ接続された温度調整素子を更に備えることを特徴とするレーザ装置。
  17. 　光増幅器と、
    　前記光増幅器と光学的に結合された光入出力端を有し、単一の導波路コアからなる入出力導波路と、
    　前記入出力導波路の一部分と光学的に結合された端部を有する第１のリング共振器と、
    　前記第１のリング共振器の他の端部と光学的に結合され、かつ前記第１のリング共振器の当該他の端部から入力された光を伝搬させる第１のバス導波路と、
    　前記第１のバス導波路の一部分と光学的に結合された端部を有する第２のリング共振器と、
    　前記第２のリング共振器の他の端部と光学的に結合され、かつ前記第２のリング共振器の当該他の端部から入力された光を伝搬させる第２のバス導波路と、
    　前記２のバス導波路の光入出力端と光学的に結合された光反射器と
    を備え、
    　前記第１のリング共振器は、同心状に配置されたＬ個のリング状導波路コア（Ｌは２以上の整数）からなり、
    　前記Ｌ個のリング状導波路コアは、当該Ｌ個のリング状導波路コアのうち隣り合う導波路コア同士が光学的に結合するように互いに近接して配置されていることを特徴とするレーザ装置。
  18. 　請求項１７記載のレーザ装置であって、
    　前記第２のリング共振器は、同心状に配置されたＰ個のリング状導波路コア（Ｐは２以上の整数）からなり、
    　前記Ｐ個のリング状導波路コアは、当該Ｐ個のリング状導波路コアのうち隣り合う導波路コア同士が光学的に結合するように互いに近接して配置されていることを特徴とするレーザ装置。
  19. 　光増幅器と、
    　前記光増幅器と光学的に結合された光入出力端を有し、単一の導波路コアからなる入出力導波路と、
    　前記入出力導波路の一部分と光学的に結合された端部を有する第１のリング共振器と、
    　前記第１のリング共振器の他の端部と光学的に結合され、かつ前記第１のリング共振器の当該他の端部から入力された光を伝搬させる第１のバス導波路と、
    　前記第１のバス導波路の一部分と光学的に結合された端部を有する第２のリング共振器と、
    　前記第２のリング共振器の他の端部と光学的に結合され、かつ前記第２のリング共振器の当該他の端部から入力された光を伝搬させる第２のバス導波路と、
    　前記２のバス導波路の光入出力端と光学的に結合された光反射器と
    を備え、
    　前記第２のリング共振器は、同心状に配置されたＰ個のリング状導波路コア（Ｐは２以上の整数）からなり、
    　前記Ｐ個のリング状導波路コアは、当該Ｐ個のリング状導波路コアのうち隣り合う導波路コア同士が光学的に結合するように互いに近接して配置されていることを特徴とするレーザ装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021057517A (ja) * 2019-10-01 2021-04-08 住友電気工業株式会社 波長可変レーザ素子およびその製造方法
WO2022202768A1 (ja) * 2021-03-24 2022-09-29 古河電気工業株式会社 レーザ装置および加工装置
CN116106862A (zh) * 2023-04-10 2023-05-12 深圳市速腾聚创科技有限公司 光芯片、激光雷达、自动驾驶系统及可移动设备

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006245344A (ja) * 2005-03-03 2006-09-14 Nec Corp 波長可変レーザ
JP2008060445A (ja) * 2006-09-01 2008-03-13 Nec Corp 発光素子
JP2008066318A (ja) * 2006-09-04 2008-03-21 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体波長可変レーザ
US20130016423A1 (en) * 2011-07-13 2013-01-17 Oracle International Corporation Hybrid laser source with ring-resonator reflector
JP2016102926A (ja) * 2014-11-28 2016-06-02 富士通株式会社 波長可変レーザ及び波長可変レーザモジュール
JP2016213379A (ja) * 2015-05-12 2016-12-15 富士通株式会社 多波長レーザ光源及び波長多重通信システム
JP2017021070A (ja) * 2015-07-07 2017-01-26 日本電信電話株式会社 マルチコア光ファイバ及び光増幅器

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5195151A (en) * 1990-12-17 1993-03-16 Aster Corporation Optical fiber couplers and methods of their manufacture
JPH09189817A (ja) * 1996-01-09 1997-07-22 Mitsubishi Gas Chem Co Inc 光分岐器用光導波路
JPH09265019A (ja) * 1996-03-27 1997-10-07 Mitsubishi Gas Chem Co Inc 光信号分配装置
JPH09318978A (ja) * 1996-05-27 1997-12-12 Mitsubishi Electric Corp 導波形光機能装置
US5889898A (en) * 1997-02-10 1999-03-30 Lucent Technologies Inc. Crosstalk-reduced integrated digital optical switch
WO2007029647A1 (ja) * 2005-09-06 2007-03-15 Nec Corporation 波長可変フィルタおよび波長可変レーザ
EP2174392B1 (en) * 2007-08-02 2020-04-29 EFFECT Photonics B.V. Semiconductor laser device
CN103163590A (zh) * 2011-12-11 2013-06-19 西安金和光学科技有限公司 一种双芯光分路器
JP5772989B2 (ja) * 2012-01-31 2015-09-02 富士通株式会社 レーザ素子
JP5690902B1 (ja) * 2013-10-15 2015-03-25 株式会社フジクラ 基板型光導波路素子
JP6319883B2 (ja) 2014-02-19 2018-05-09 国立大学法人東北大学 波長フィルタおよびレーザ
EP3029783B1 (en) * 2014-12-01 2020-03-04 Huawei Technologies Co., Ltd. Multi-channel tunable laser

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006245344A (ja) * 2005-03-03 2006-09-14 Nec Corp 波長可変レーザ
JP2008060445A (ja) * 2006-09-01 2008-03-13 Nec Corp 発光素子
JP2008066318A (ja) * 2006-09-04 2008-03-21 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体波長可変レーザ
US20130016423A1 (en) * 2011-07-13 2013-01-17 Oracle International Corporation Hybrid laser source with ring-resonator reflector
JP2016102926A (ja) * 2014-11-28 2016-06-02 富士通株式会社 波長可変レーザ及び波長可変レーザモジュール
JP2016213379A (ja) * 2015-05-12 2016-12-15 富士通株式会社 多波長レーザ光源及び波長多重通信システム
JP2017021070A (ja) * 2015-07-07 2017-01-26 日本電信電話株式会社 マルチコア光ファイバ及び光増幅器

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021057517A (ja) * 2019-10-01 2021-04-08 住友電気工業株式会社 波長可変レーザ素子およびその製造方法
JP7322646B2 (ja) 2019-10-01 2023-08-08 住友電気工業株式会社 波長可変レーザ素子およびその製造方法
WO2022202768A1 (ja) * 2021-03-24 2022-09-29 古河電気工業株式会社 レーザ装置および加工装置
CN116106862A (zh) * 2023-04-10 2023-05-12 深圳市速腾聚创科技有限公司 光芯片、激光雷达、自动驾驶系统及可移动设备
CN116106862B (zh) * 2023-04-10 2023-08-04 深圳市速腾聚创科技有限公司 光芯片、激光雷达、自动驾驶系统及可移动设备

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