JP6327342B2 - レーザ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、レーザ装置に関する。
幹線系の光通信システムにおいては、波長の異なる複数の光信号を１つのファイバで送信する波長多重通信システムを用いて、大容量光伝送が行われている。このような波長多重通信システムにおいては、広い波長範囲で発振波長を変化させられる波長可変レーザは、不可欠なデバイスとなっている。波長多重通信では、あらかじめ決められた波長ｃｈ（ＩＴＵ−Ｔグリッド）が設定されており、各々の波長可変レーザにおいて、各々のグリッドに合わせる波長制御が行われる。
波長多重通信システムの伝送容量は、１波長ｃｈあたりのビットレートと使用する波長ｃｈ数との積であり、波長ｃｈ数が多いほど伝送容量が増加する。波長ｃｈ数は、使用する波長範囲（例えば、Ｃ−ｂａｎｄと呼ばれる波長１５２５ｎｍ〜１５６５ｎｍの範囲）と、各々の波長ｃｈの波長間隔により定まる。従って、同じ波長範囲であっても、波長間隔を狭くすることができれば、波長ｃｈ数を増やすことができるため、伝送容量を増加させることができる。
現在の波長多重通信システムでは、各波長の変調ボーレートは、１０Ｇｂａｕｄや２５Ｇｂａｕｄであり、図１（ａ）に示されるように、波長間隔は５０ＧＨｚ（約０．４ｎｍ）に設定されている。これに対し、次世代の波長多重通信システムでは、Ｎｙｑｕｉｓｔ方式または光直交周波数分割多重（光ＯＦＤＭ）方式を用い、波長間隔を物理限界である変調ボーレートと同一まで狭くして、伝送容量を増加させることが検討されている。具体的には、図１（ｂ）に示されるように、波長間隔を物理限界である変調ボーレートと同一、即ち、（２５Ｇｂａｕｄであれば波長間隔を２５ＧＨｚ）まで狭くして、伝送容量を増加させることが検討されている。
特開２００６−２４５３４４号公報
ところで、従来の波長多重通信システムにおいては、各々の波長ｃｈのレーザ光源は、各々のレーザ光源から出射されるレーザ光の波長を個別に制御するための波長ロッカーが搭載されており、波長制御は互いに独立に行われている。波長ロッカーは、出力光の一部を、透過強度が波長に対して周期的に変化するファブリペローエタロンを通してフォトダイオード等の光検出器によりモニタすることによって、所望の波長となるように制御する装置である。このような波長ロッカーは、フォトダイオードのモニタ値の誤差や、フィードバック制御の誤差などにより数ＧＨｚ程度の誤差が生じてしまう。
具体的に、図２に示されるように、異なる波長のレーザ光を出射する第１のレーザ光源９１０と第２のレーザ光源９２０とが設けられている場合について説明する。第１のレーザ光源９１０は、第１の波長可変レーザ９１１と第１の波長ロッカー９１２とを有しており、第１の波長可変レーザ９１１より出射された第１のレーザ光の一部が部分反射ミラー９１３により反射されて、第１の波長ロッカー９１２に入射する。第１の波長ロッカー９１２には、第１の波長ロッカー９１２に入射した第１のレーザ光を分岐する部分反射ミラー９１４が設けられている。第１の波長ロッカー９１２に入射した第１のレーザ光のうち、部分反射ミラー９１４を透過したレーザ光は、光検出器９１５に入射し、部分反射ミラー９１４において反射されたレーザ光は、エタロン９１６を介し、光検出器９１７に入射する。従って、光検出器９１７では、エタロン９１６を透過したレーザ光のみが検出される。光検出器９１７と光検出器９１５により検出された光量の比率はエタロン９１６の透過率に相当する値になり、その値は波長に応じて変化する。よって、この比率を基に、第１の波長可変レーザ９１１より出射される第１のレーザ光の波長が所望の波長となるように、フィードバックをかけることができる。尚、部分反射ミラー９１３を透過した第１のレーザ光は、光通信の信号光として用いられる。
また、第２のレーザ光源９２０は、第２の波長可変レーザ９２１と第２の波長ロッカー９２２とを有しており、第２の波長可変レーザ９２１より出射された第２のレーザ光の一部が部分反射ミラー９２３により反射されて、第２の波長ロッカー９２２に入射する。第２の波長ロッカー９２２には、第２の波長ロッカー９２２に入射した第２のレーザ光を分岐する部分反射ミラー９２４が設けられている。第２の波長ロッカー９２２に入射した第２のレーザ光のうち、部分反射ミラー９２４を透過したレーザ光は、光検出器９２５に入射し、部分反射ミラー９２４において反射されたレーザ光は、エタロン９２６を介し、光検出器９２７に入射する。光検出器９２７では、エタロン９２６を透過したレーザ光のみが検出される。光検出器９２７と光検出器９２５において検出された光量の比率はエタロン９２６の透過率に相当する値になり、その値は波長によって変化する。よって、第２の波長可変レーザ９２１より出射される第２のレーザ光の波長が所望の波長となるように、フィードバックをかけることができる。尚、部分反射ミラー９２３を透過した第２のレーザ光は、光通信の信号光として用いられる。
従って、第１のレーザ光源９１０と第２のレーザ光源９２０とは独立に制御されるため、図３に示されるように、第１のレーザ光の波長と第２のレーザ光の波長が近いと、第１のレーザ光の波長範囲と第２のレーザ光の波長範囲とが重なり合ってしまう場合がある。
このように、隣り合う波長ｃｈの波長間隔が変調ボーレート以下になると、互いの光信号が混線し正常な伝送ができなくなるため、波長誤差を考慮して最低限変調ボーレート以上の波長間隔を確保する必要がある。よって、波長誤差分、即ち、数ＧＨｚ程度、波長間隔にマージンをとる必要があり、波長間隔を狭くすることに限界があることから、結果として波長多重通信システムとしての伝送容量を十分に増加させることができなかった。
本実施の形態の一観点によれば、第１の利得媒質と、前記第１の利得媒質の一方の端面側に配置された部分反射ミラーと、第２の利得媒質と、前記第２の利得媒質の一方の端面側に配置された部分反射ミラーと、第１の波長選択フィルタと、第２の波長選択フィルタと、第３の波長選択フィルタと、第１のミラーと、第２のミラーと、を有し、前記第１の利得媒質の一方の端面より出射される第１のレーザ光の波長と、前記第２の利得媒質の一方の端面より出射される第２のレーザ光の波長は、異なるものであって、前記第１の波長選択フィルタ、前記第２の波長選択フィルタ、前記第３の波長選択フィルタは、各々第１の入出力ポート、第２の入出力ポート、第３の入出力ポート、第４の入出力ポートを有しており、選択された波長である選択光に対しては、前記第１の入出力ポートと前記第２の入出力ポート、及び、前記第３の入出力ポートと前記第４の入出力ポートが接続され、非選択光に対しては、前記第１の入出力ポートと前記第３の入出力ポート、及び、前記第２の入出力ポートと前記第４の入出力ポートが接続されるものであって、前記第３の波長選択フィルタは、波長に対し周期的に選択光が存在している波長選択フィルタであって、前記第１の利得媒質の他方の端面には、前記第１の波長選択フィルタの第１の入出力ポートが接続されており、前記第２の利得媒質の他方の端面には、前記第２の波長選択フィルタの第１の入出力ポートが接続されており、前記第１の波長選択フィルタの第４の入出力ポートには、前記第１のミラーが接続されており、前記第２の波長選択フィルタの第４の入出力ポートには、前記第２のミラーが接続されており、前記第３の波長選択フィルタの第１の入出力ポートには、前記第１の波長選択フィルタの第２の入出力ポートが接続されており、前記第３の波長選択フィルタの第２の入出力ポートには、前記第２の波長選択フィルタの第２の入出力ポートが接続されていることを特徴とする。
開示のレーザ装置によれば、出射される波長の異なるレーザ光における波長間隔を狭くすることができるため、波長多重通信システムにおける伝送容量を向上させることができる。
波長多重通信システムの説明図 従来のレーザ装置の構造図 従来のレーザ装置の説明図 第１の実施の形態におけるレーザ装置の構造図（１） 第１の実施の形態におけるレーザ装置の構造図（２） 第１の実施の形態における波長選択フィルタの説明図 第１の実施の形態におけるレーザ装置の説明図（１） 第１の実施の形態におけるレーザ装置の説明図（２） 第１の実施の形態におけるレーザ装置の説明図（３） 第１の実施の形態におけるレーザ装置の説明図（４） 第２の実施の形態におけるレーザ装置の構造図 第２の実施の形態におけるレーザ装置の説明図 第３の実施の形態におけるレーザ装置の構造図 第３の実施の形態における波長選択フィルタの説明図 第４の実施の形態におけるレーザ装置の構造図 第５の実施の形態におけるレーザ装置の構造図 第６の実施の形態におけるレーザ装置の構造図 第７の実施の形態におけるレーザ装置の構造図 第７の実施の形態におけるエタロンの説明図
発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
〔第１の実施の形態〕
第１の実施の形態におけるレーザ装置について説明する。本実施の形態におけるレーザ装置は、図４に示されるように、第１のＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier：半導体光増幅器）１０、第２のＳＯＡ２０、第１のリング共振器３１、第２のリング共振器３２、第３のリング共振器３３等を有している。尚、本願においては、第１のＳＯＡ１０を第１の利得媒質と記載し、第２のＳＯＡ２０を第２の利得媒質と記載する場合がある。
本実施の形態におけるレーザ装置においては、第１のＳＯＡ１０の一方の端面１０ａから第１のレーザ光が出射され、第２のＳＯＡ２０の一方の端面２０ａから第２のレーザ光が出射される。よって、第１のＳＯＡ１０の一方の端面１０ａは、へき開面または部分反射膜により部分反射ミラー１１が形成されており、第２のＳＯＡ２０の一方の端面２０ａは、へき開面または部分反射膜により部分反射ミラー２１が形成されている。
第１のリング共振器３１、第２のリング共振器３２、第３のリング共振器３３は、シリコン基板の上に形成されたシリコン導波路により形成されている。また、このシリコン基板の上には、シリコン導波路により第１の光導波路４１、第２の光導波路４２、第３の光導波路４３及び第４の光導波路４４が形成されている。尚、第１のリング共振器３１のリング部分にはヒータ電極３１ａが形成されており、第２のリング共振器３２のリング部分にはヒータ電極３２ａが形成されており、第３のリング共振器３３のリング部分にはヒータ電極３３ａが形成されている。これらヒータ電極に電流を流し加熱することにより、各々のリング共振器における共振波長の微調整を行うことができる。
第１のＳＯＡ１０は、第１のＳＯＡ１０の他方の端面１０ｂと第１の光導波路４１の一方の端部４１ａとの間において、相互に光が入出射されるように設置されている。第１のリング共振器３１は、第１の光導波路４１と第３の光導波路４３との間に形成されており、第１のリング共振器３１と第１の光導波路４１とは近接しており、第１のリング共振器３１と第３の光導波路４３とは近接している。尚、第１の光導波路４１の一方の端部４１ａには、第１のＳＯＡ１０との光結合効率を高めるため、不図示のスポットサイズ変換器が形成されていることが好ましい。
第２のＳＯＡ２０は、第２のＳＯＡ２０の他方の端面２０ｂと第２の光導波路４２の一方の端部４２ａとの間において、相互に光が入出射されるように設置されている。第２のリング共振器３２は、第２の光導波路４２と第４の光導波路４４との間に形成されており、第２のリング共振器３２と第２の光導波路４２とは近接しており、第２のリング共振器３２と第４の光導波路４４とは近接している。尚、第２の光導波路４２の一方の端部４２ａには、第２のＳＯＡ２０との光結合効率を高めるため、不図示のスポットサイズ変換器が形成されていることが好ましい。
第３のリング共振器３３は、第３の光導波路４３と第４の光導波路４４との間に形成されており、第３のリング共振器３３と第３の光導波路４３とは近接しており、第３のリング共振器３３と第４の光導波路４４とは近接している。また、第３の光導波路４３の一方の端部４３ａには第１のループミラー６１が形成されており、第４の光導波路４４の一方の端部４４ａには第２のループミラー６２が形成されている。尚、第１のループミラー６１及び第２のループミラー６２についても、シリコン基板の上に形成されたシリコン導波路により形成されている。
本実施の形態におけるレーザ装置においては、第１のリング共振器３１と、第１のリング共振器３１に近接している第１の光導波路４１及び第３の光導波路４３により、第１の波長選択フィルタ５１が形成されている。また、第２のリング共振器３２と、第２のリング共振器３２に近接している第２の光導波路４２及び第４の光導波路４４により、第２の波長選択フィルタ５２が形成されている。また、第３のリング共振器３３と、第３のリング共振器３３に近接している第３の光導波路４３及び第４の光導波路４４により、第３の波長選択フィルタ５３が形成されている。
ところで、第１のリング共振器３１、第２のリング共振器３２、第３のリング共振器３３、第１の光導波路４１、第２の光導波路４２、第３の光導波路４３及び第４の光導波路４４は、上述のとおりシリコン導波路により形成されている。シリコン導波路は、図５（ａ）に示されるように、シリコン基板７１の上に形成された下部クラッド層７２、下部クラッド層７２の上に形成されたコア層７３、コア層７３を覆うように形成された上部クラッド層７４により形成されている。下部クラッド層７２はＳｉＯ２により形成されており、上部クラッド層７４はＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ等により形成されており、コア層７３は、Ｓｉにより、幅が０．５μｍ、高さが０．２μｍとなるように形成されており、コア層７３を中心に光が伝搬する。本実施の形態においては、このシリコン導波路は、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を加工することにより形成されている。
第１のＳＯＡ１０及び第２のＳＯＡ２０は、図５（ｂ）に示すように、ｎ−ＩｎＰにより形成された下部クラッド層８１、下部クラッド層８１の上に形成された活性層８２、活性層８２の上にｐ−ＩｎＰにより形成された上部クラッド層８３及び、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓにより形成されたｐコンタクト層８４が順に積層されている。ｐコンタクト層８４、上部クラッド層８３、活性層８２、下部クラッド層８１の一部はストライプ状に除去されており、除去された領域には半絶縁性のＩｎＰにより埋込層８５が形成されている。尚、下部クラッド層８１の裏面には、ｎ電極８６が形成されており、ｐコンタクト層８４の上には、ｐ電極８７が形成されている。
（波長選択フィルタ）
次に、本実施の形態におけるレーザ装置に用いられるリング共振器を用いた波長選択フィルタについて図６に基づき説明する。この波長選択フィルタは、図６（ａ）に示されるように、リング共振器３０とリング共振器３０に近接して配置された２本の光導波路４０ａ、４０ｂを有している。尚、便宜上、一方の光導波路４０ａの一方の側の端部をポートｐ１、他方の側の端部をポートｐ３とし、他方の光導波路４０ｂの一方の側の端部をポートｐ２、他方の側をポートｐ４として、この波長選択フィルタについて説明する。
一方の光導波路４０ａのポートｐ１より入射した光のうち、リング共振器３０の共振波長の光は、リング共振器３０を通過し、更に、リング共振器３０から他方の光導波路４０ｂに伝搬してポートｐ２より出射される。また、リング共振器３０の共振波長以外の光は、そのまま一方の光導波路４０ａを伝搬し、ポートｐ３より出射される。
同様に、一方の光導波路４０ａのポートｐ３より入射した光のうち、リング共振器３０の共振波長の光は、リング共振器３０を通過し、更に、リング共振器３０から他方の光導波路４０ｂに伝搬してポートｐ４より出射される。また、リング共振器３０の共振波長以外の光は、そのまま一方の光導波路４０ａを伝搬し、ポートｐ１より出射される。
同様に、他方の光導波路４０ｂのポートｐ２より入射した光のうち、リング共振器３０の共振波長の光は、リング共振器３０を通過し、更に、リング共振器３０から一方の光導波路４０ａに伝搬してポートｐ１より出射される。また、リング共振器３０の共振波長以外の光は、そのまま他方の光導波路４０ｂを伝搬し、ポートｐ４より出射される。
同様に、他方の光導波路４０ｂのポートｐ４より入射した光のうちリング共振器３０の共振波長の光は、リング共振器３０を通過し、更に、リング共振器３０から一方の光導波路４０ａに伝搬してポートｐ３より出射される。また、リング共振器３０の共振波長以外の光は、そのまま他方の光導波路４０ｂを伝搬し、ポートｐ２より出射される。尚、リング共振器では、いずれのポートから入射した場合でも、リング共振器を通過する共振波長は一致する。
図６（ａ）においては、一方の光導波路４０ａからリング共振器３０を介し他方の光導波路４０ｂに伝搬等する共振波長の光を選択光として破線で示す。また、リング共振器３０を通過することなく一方の光導波路４０ａ等を伝搬する共振波長以外の光を非選択光として一点鎖線で示す。本実施の形態においては、一方の光導波路４０ａからリング共振器３０を介し他方の光導波路４０ｂに伝搬等する光をドロップ光と記載し、リング共振器３０に伝搬されることなく一方の光導波路４０ａ等を伝搬する光をスルー光と記載する場合がある。
図６（ａ）に示される波長選択フィルタにおける選択光となるドロップ光のスペクトルを図６（ｂ）に示し、非選択光となるスルー光のスペクトルと図６（ｃ）に示す。図６（ｂ）に示されるように、この波長選択フィルタにおいては、周期的に出現する共振波長の光のみを選択して、一方の光導波路４０ａから他方の光導波路４０ｂに、または、他方の光導波路４０ｂから一方の光導波路４０ａに伝搬させることができる。これにより、所定の波長の光を選択光として選択することができる。本実施の形態においては、この共振波長の周期をＦＳＲ（Free Spectrum Range）と記載する場合がある。
本実施の形態におけるレーザ装置においては、第１の波長選択フィルタ５１、第２の波長選択フィルタ５２、第３の波長選択フィルタ５３は、図６（ａ）に示される波長選択フィルタと同様の構造のものにより形成されている。
（レーザ装置の動作）
次に、本実施の形態におけるレーザ装置の動作について説明する。本実施の形態においては、図７に示されるように、第１のリング共振器３１と第３のリング共振器３３のＦＳＲが相互に僅かに異なるように形成されている。具体的には、第１のリング共振器３１は、ＦＳＲが半径が５１０μｍで形成されており、第３のリング共振器３３は、第１のリング共振器３１よりもＦＳＲが約５％狭くなるように、半径が５４０μｍで形成されている。これにより第３のリング共振器３３は、ＦＳＲが２５ＧＨｚとなるように形成されている。このように、第１のリング共振器３１と第３のリング共振器３３におけるＦＳＲが僅かに異なる場合、第１のリング共振器３１における共振波長と第３のリング共振器３３における共振波長とが一致した波長λ１３においてレーザ発振する（バーニア効果）。本実施の形態においては、この波長λ１３のレーザ光が、第１のレーザ光となる。
即ち、図８（ａ）に示されるように、第１のＳＯＡ１０の一方の端面１０ａに形成されている部分反射ミラー１１と第２のループミラー６２との間において、一点鎖線で示される光路を辿り第１のレーザ光を出射する第１のレーザ共振器が形成される。具体的には、波長λ１３の光は、第１の波長選択フィルタ５１及び第３の波長選択フィルタ５３において、ドロップ光となる波長の光である。従って、部分反射ミラー１１と第２のループミラー６２との間に存在している第１のＳＯＡ１０、第１の光導波路４１、第１のリング共振器３１、第３の光導波路４３、第３のリング共振器３３、第４の光導波路４４を経由する光路においてレーザ発振する。
同様に、本実施の形態においては、図７に示されるように、第２のリング共振器３２と第３のリング共振器３３のＦＳＲが相互に僅かに異なるように形成されている。具体的には、第２のリング共振器３２は、第３のリング共振器３３よりもＦＳＲが約５％広くなるように、半径が５１０μｍで形成されている。このように、第２のリング共振器３２と第３のリング共振器３３におけるＦＳＲが僅かに異なる場合、第２のリング共振器３２における共振波長と第３のリング共振器３３における共振波長とが一致した波長λ２３においてレーザ発振する。本実施の形態においては、この波長λ２３のレーザ光が、第２のレーザ光となる。
即ち、図８（ｂ）に示されるように、第２のＳＯＡ２０の一方の端面２０ａに形成されている部分反射ミラー２１と第１のループミラー６１との間において、一点鎖線で示される光路を辿り第２のレーザ光を出射する第２のレーザ共振器が形成される。具体的には、波長λ２３の光は、第２の波長選択フィルタ５２及び第３の波長選択フィルタ５３において、ドロップ光となる波長の光である。従って、部分反射ミラー２１と第１のループミラー６１との間に存在している第２のＳＯＡ２０、第２の光導波路４２、第２のリング共振器３２、第４の光導波路４４、第３のリング共振器３３、第３の光導波路４３を経由する光路においてレーザ発振する。
尚、本実施の形態においては、波長λ１３と波長λ２３とが異なるように、リング共振器が形成される位置やヒータにより調整されている。
次に、本実施の形態におけるレーザ装置について、図７に基づきより詳細に説明する。
第１のＳＯＡ１０の一方の端面１０ａより出射される第１のレーザ光は、第１のＳＯＡ１０から出射された光を共振させてレーザ発振させたものである。具体的には、第１のＳＯＡ１０の他方の端面１０ｂより出射された光は、第１の光導波路４１に伝搬し、第１のリング共振器３１において共振波長に一致する波長の光のみドロップ光として第１のリング共振器３１を通過し、それ以外の波長の光はスルー光となる。第１のリング共振器３１を通過した光は、更に、第３の光導波路４３に伝搬し、第３のリング共振器３３において共振波長に一致する波長の光のみドロップ光として第３のリング共振器３３を通過し、それ以外の波長の光はスルー光となる。即ち、第１のリング共振器３１においてドロップ光となった共振波長の光うち、第３のリング共振器３３の共振波長と一致する波長λ１３の光のみ、ドロップ光として第３のリング共振器３３を通過し、それ以外の波長の光はスルー光となる。
第３のリング共振器３３を通過した波長λ１３の光は、更に、第４の光導波路４４を伝搬し、第２のリング共振器３２の近傍を通過する。しかしながら、第１のリング共振器３１と第３のリング共振器３３との共振波長が一致している波長λ１３は、第２のリング共振器３２の共振波長ではないため、第２のリング共振器３２を通過することなく、第２の波長選択フィルタ５２におけるスルー光となる。従って、第４の光導波路４４の一方の端部４４ａに設けられた第２のループミラー６２により反射され、同じ経路をたどって第１のＳＯＡ１０まで戻る。
同様に、第２のＳＯＡ２０の一方の端面２０ａより出射される第２のレーザ光は、第２のＳＯＡ２０から出射された光を共振させてレーザ発振させたものである。具体的には、第２のＳＯＡ２０の他方の端面２０ｂより出射された光は、第２の光導波路４２に伝搬し、第２のリング共振器３２において共振波長に一致する波長の光のみドロップ光として第２のリング共振器３２を通過し、それ以外の波長の光はスルー光となる。第２のリング共振器３２を通過した光は、更に、第４の光導波路４４に伝搬し、第３のリング共振器３３において共振波長に一致する波長の光のみドロップ光として第３のリング共振器３３を通過し、それ以外の波長の光はスルー光となる。即ち、第２のリング共振器３２においてドロップ光となった共振波長のうち、第３のリング共振器３３の共振波長と一致する波長λ ２３のみ、ドロップ光として第３のリング共振器３３を通過し、それ以外の波長の光はスルー光となる。
第３のリング共振器３３を通過した波長λ２３の光は、更に、第３の光導波路４３を伝搬し、第１のリング共振器３１の近傍を通過する。しかしながら、第２のリング共振器３２と第３のリング共振器３３との共振波長が一致している波長λ２３は、第１のリング共振器３１の共振波長ではないため、第１のリング共振器３１を通過することなく、第１の波長選択フィルタ５１におけるスルー光となる。従って、第３の光導波路４３の一方の端部４３ａに設けられた第１のループミラー６１により反射され、同じ経路をたどって第２のＳＯＡ２０まで戻る。
このように、本実施の形態におけるレーザ装置においては、第１のＳＯＡ１０から出射された光は、第２のＳＯＡ２０に到達することはなく、第２のＳＯＡ２０から出射された光は、第１のＳＯＡ１０に到達することはない。よって、第１のＳＯＡ１０から出射されるレーザ光と、第２のＳＯＡ２０から出射されるレーザ光とは、相互に波長が異なっており、独立して発振させたレーザ光である。
また、第１のＳＯＡ１０の他方の端面１０ｂから出射された光と第２のＳＯＡ２０の他方の端面２０ｂから出射された光は、ともに第３のリング共振器３３を通過する。このため、各々の発振波長λ１３、λ２３は、ともに第３のリング共振器３３の共振波長のうちのいずれかと一致する。従って、第１のＳＯＡ１０から出射されるレーザ光と第２のＳＯＡ２０から出射されるレーザ光との第２のレーザ共振器の発振波長間隔（｜λ１３−λ２ ３｜）は、常に第３のリング共振器３３のＦＳＲの整数倍となり、波長間隔を正確に設定することができる。例えば、第３のリング共振器３３のＦＳＲを２５ＧＨｚとした場合、本実施の形態におけるレーザ装置においては、波長間隔が２５ＧＨｚの整数倍となる波長の異なる２つのレーザ光が出射される。
ところで、本実施の形態におけるレーザ装置においては、第１のリング共振器３１と第３のリング共振器３３により選択された波長λ１３の光が、第２のリング共振器３２を通過しないようにすることが求められる。これは、第１のＳＯＡ１０から出射される第１のレーザ光と第２のＳＯＡ２０から出射される第２のレーザ光とを独立させるためである。具体的には、波長λ１３と波長λ２３とが異なる波長となるように、各々のリング共振器の共振波長や形成される位置を調整すればよいが、実際には、各々の共振波長の鋭さ（フィネス）についても考慮する必要がある。
ここで、最も高いフィネスが必要となる場合として、波長λ１３と波長λ２３とが第３のリング共振器３３の周期的な共振波長のうち互いに隣り合う共振波長である場合について考える。
第３のリング共振器３３におけるＦＳＲをλｓｐとし、第１のリング共振器３１及び第２のリング共振器３２におけるＦＳＲをλｓｐ＋Δλαとし、波長λ２３は波長λ１３に対して第３のリング共振器３３の共振波長における１つ長波側の波長であると仮定する。この場合、λ２３＝λ１３+λｓｐとなる。
第２のリング共振器３２の共振波長のうちの１つはλ２３に一致し、λ２３よりも１個短波側の第２のリング共振器３２の共振波長は、λ２３−（λｓｐ＋Δλα)＝λ１３−Δλαとなる。
従って、第１のリング共振器３１と第３のリング共振器３３において共振波長が重なる波長λ１３に最も近い第２のリング共振器３２の共振波長は、波長λ１３からＦＳＲの差分であるΔλαだけ離れた波長となる。各々のリング共振器のフィネスが低い場合、例えば、図９に示されるように、各共振波長の半値全幅Δλｈ（ＦＷＨＭ）がΔλαと同程度の場合について考える。この場合、波長λ１３に対して第２のリング共振器３２の共振波長のピークがΔλαずれていても、波長λ１３の波長の光のうちの１０％以上が第２のリング共振器３２のドロップ光となり、第２のＳＯＡ２０まで到達する。このため、第１のレーザ共振器と第２のレーザ共振器において独立した動作が困難となる。
従って、第１のレーザ共振器と第２のレーザ共振器において安定した独立した動作をさせるためには、図１０に示されるように、各々のリング共振器における共振波長の鋭さは、半値全幅Δλｈ（ＦＷＨＭ）がΔλα／２以下であることが好ましい。
尚、本実施の形態においては、第１のリング共振器３１、第２のリング共振器３２及び第３のリング共振器３３が、シリコン導波路により形成されている場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、第１のリング共振器３１、第２のリング共振器３２及び第３のリング共振器３３は、石英系材料を使った光導波路や、ＩｎＰ等の化合物半導体材料を用いた光導波路により形成されているものであってもよい。これらのリング共振器をＩｎＰ等の化合物半導体材料により形成した場合には、リング共振器を形成している光導波路と第１のＳＯＡ１０及び第２のＳＯＡ２０とをモノシリックに集積することができるため、レーザ装置の小型化や、実装の簡素化が可能となる。
また、本実施の形態では、第３のリング共振器３３のＦＳＲよりも、第１のリング共振器３１及び第２のリング共振器３２のＦＳＲが広く、第１のリング共振器３１と第２のリング共振器３２のＦＳＲが同じ場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、第１のリング共振器３１と第２のリング共振器３２のＦＳＲは異なっていてもよい。
尚、第１のリング共振器３１と第２のリング共振器３２のＦＳＲを一致させて、第１のリング共振器３１の共振波長と第３のリング共振器３３の共振波長をずらした場合に、他の波長領域においても、全体的に共振波長がずれる。よって、この場合においては、第１のリング共振器３１と第２のリング共振器３２との間において共振波長が一致することを考慮する必要がなくなるという利点がある。
また、第１の光導波路４１の他方の端部、第２の光導波路４２の他方の端部、第３の光導波路４３の他方の端部、第４の光導波路４４の他方の端部は、無反射処理が施されていることが好ましい。
また、各々のリング共振器は、各々のリング共振器のリング部分にヒータ電極が形成されている場合の他、共振器縦モード位置を合わせるための位相調整用ヒータ電極が形成されていてもよい。例えば、第１のＳＯＡ１０と第１のリング共振器３１との間の第１の光導波路４１に第１の位相調整用ヒータ電極が形成され、第２のＳＯＡ２０と第２のリング共振器３２との間の第２の光導波路４２に第２の位相調整用ヒータ電極が形成されていてもよい。これにより、第１のレーザ共振器と第２のレーザ共振器において、各々独立にレーザ共振器において共振器縦モード位置を調整することができる。
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態におけるレーザ装置は、図１１に示されるように、第１の実施の形態よりも、第１のリング共振器１３１及び第２のリング共振器１３２の半径が小さく形成されている構造のものである。
本実施の形態におけるレーザ装置においては、図１２に示されるように、第３のリング共振器３３のＦＳＲがλｓｐであるのに対して、第１のリング共振器１３１及び第２のリング共振器１３２のＦＳＲが２λｓｐ＋Δλβとなっている。即ち、第１の実施の形態においては、第１のリング共振器３１及び第２のリング共振器３２のＦＳＲは、第３のリング共振器３３のＦＳＲから僅かにずれているのに対し、本実施の形態においては、第１のリング共振器１３１及び第２のリング共振器１３２のＦＳＲは、第３のリング共振器３３のＦＳＲの２倍の値より僅かにずれている。尚、本実施の形態は、第１のリング共振器１３１及び第２のリング共振器１３２のＦＳＲは、第３のリング共振器３３のＦＳＲの整数倍の値より微小にずれていてもよい。例えば、第３のリング共振器３３のＦＳＲが２５ＧＨｚとなるように半径が５４０μｍで形成されており、第１のリング共振器１３１及び第２のリング共振器１３２のＦＳＲが５１．２５ＧＨｚとなるように半径が２６５μｍで形成されている。尚、ＦＳＲが５１．２５ＧＨｚは、２５ＧＨｚ×２＋１．２５ＧＨｚである。
ここで、第１の実施の形態と同様に、波長λ１３と波長λ２３は、第３のリング共振器３３の共振波長であって、互いに隣合う波長である場合について考える。波長λ２３が波長λ１３に対して、第３のリング共振器３３の共振波長の１つ長波側であるとすると、λ ２３＝λ１３＋λｓｐとなる。第２のリング共振器１３２の共振波長の１つは、波長λ２ ３と一致しており、この波長λ２３より１個短波側の第２のリング共振器１３２の共振波長は、λ２３−（２×λｓｐ＋Δλβ）＝λ１３−λｓｐ−Δλβとなる。従って、波長λ１３に最も近い第２のリング共振器１３２の共振波長は、この波長（λ１３−λｓｐ−Δλβ）か波長λ２３であり、ともに波長λ１３に対して、λｓｐ以上離れた波長となる。
第１の実施の形態においては、この波長差が僅か、例えば、Δλβであるのに対し、本実施の形態における波長差は、λｓｐ＋Δλβである。λｓｐ＞＞Δλβであるため、本実施の形態においては、波長λ１３に対する第２のリング共振器１３２の共振波長のずれ量が、
第１の実施の形態と比較して大きくなるため、各々のリング共振器のフィネスに対する要求を大幅に緩和することができる。
尚、波長λ１３と波長λ２３との波長差が、２×λｓｐ、または、その整数倍（λｓｐの偶数倍）に設定される場合には、第１の実施の形態と同様に、波長λ１３と第２のリング共振器１３２の共振波長の差分はΔλβとなる。よって、本実施の形態においては、波長λ１３と波長λ２３の波長間隔はλｓｐの奇数倍に設定されることが好ましい。
本実施の形態においては、第１のリング共振器１３１及び第２のリング共振器１３２のＦＳＲが、第３のリング共振器３３のＦＳＲの約２倍である場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、第１のリング共振器１３１及び第２のリング共振器１３２のＦＳＲが、第３のリング共振器３３のＦＳＲの約Ｎ倍、即ち、第３のリング共振器３３のＦＳＲのＮ×λｓｐ＋Δλβ（Ｎは自然数）であってもよい。Ｎの値が大きいと、波長λ１３と波長λ２３の波長差がＮ×λｓｐ以外の場合には、波長λ１３と第２のリング共振器１３２の共振波長の波長差がλｓｐ以上となるため、各々のリング共振器のフィネスに対する要求を緩和することができる。
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の波長選択フィルタ及び第２の波長選択フィルタが、ともに複数のリング共振器により形成されている構造のレーザ装置である。
本実施の形態におけるレーザ装置は、図１３に示されるように、第１のＳＯＡ１０、第２のＳＯＡ２０、第１のリング共振器２３１、第２のリング共振器２３２、第３のリング共振器３３、第４のリング共振器２３４、第５のリング共振器２３５等を有している。
本実施の形態におけるレーザ装置においては、第１のＳＯＡ１０の一方の端面１０ａから第１のレーザ光が出射され、第２のＳＯＡ２０の一方の端面２０ａから第２のレーザ光が出射される。
第１のリング共振器２３１、第２のリング共振器２３２、第３のリング共振器３３、第４のリング共振器２３４、第５のリング共振器２３５は、シリコン基板の上に形成されたシリコン導波路により形成されている。このシリコン基板の上には、シリコン導波路により第１の光導波路４１、第２の光導波路４２、第３の光導波路２４３、第４の光導波路２４４、第５の光導波路２４５、第６の光導波路２４６が形成されている。
第１のＳＯＡ１０は、第１のＳＯＡ１０の他方の端面１０ｂと第１の光導波路４１の一方の端部４１ａとの間において、相互に光が入出射されるように設置されている。尚、第１の光導波路４１の一方の端部４１ａには、第１のＳＯＡ１０との光結合効率を高めるため、不図示のスポットサイズ変換器が形成されていることが好ましい。
第２のＳＯＡ２０は、第２のＳＯＡ２０の他方の端面２０ｂと第２の光導波路４２の一方の端部４２ａとの間において、相互に光が入出射されるように設置されている。尚、第２の光導波路４２の一方の端部４２ａには、第２のＳＯＡ２０との光結合効率を高めるため、不図示のスポットサイズ変換器が形成されていることが好ましい。
第４のリング共振器２３４は、第１の光導波路４１と第３の光導波路２４３との間に形成されており、第４のリング共振器２３４と第１の光導波路４１とは近接しており、第４のリング共振器２３４と第３の光導波路２４３とは近接している。
第１のリング共振器２３１は、第３の光導波路２４３と第５の光導波路２４５との間に形成されており、第１のリング共振器２３１と第３の光導波路２４３とは近接しており、第１のリング共振器２３１と第５の光導波路２４５とは近接している。
第５のリング共振器２３５は、第２の光導波路４２と第４の光導波路２４４との間に形成されており、第５のリング共振器２３５と第２の光導波路４２とは近接しており、第５のリング共振器２３５と第４の光導波路２４４とは近接している。
第２のリング共振器２３２は、第４の光導波路２４４と第６の光導波路２４６との間に形成されており、第２のリング共振器２３２と第４の光導波路２４４とは近接しており、第２のリング共振器２３２と第６の光導波路２４６とは近接している。
第３のリング共振器３３は、第５の光導波路２４５と第６の光導波路２４６との間に形成されており、第３のリング共振器３３と第５の光導波路２４５とは近接しており、第３のリング共振器３３と第６の光導波路２４６とは近接している。
また、第５の光導波路２４５の一方の端部２４５ａには第１のループミラー６１が形成されており、第６の光導波路２４６の一方の端部２４６ａには第２のループミラー６２が形成されている。尚、第１のループミラー６１及び第２のループミラー６２についても、シリコン基板の上に形成されたシリコン導波路により形成されている。
本実施の形態においては、第１のリング共振器２３１、第４のリング共振器２３４、各々のリング共振器に近接している第１の光導波路４１、第３の光導波路２４３、第５の光導波路２４５により、第１の波長選択フィルタ２５１が形成されている。また、第２のリング共振器２３２、第５のリング共振器２３５、各々のリング共振器に近接している第２の光導波路４２、第４の光導波路２４４、第６の光導波路２４６により、第２の波長選択フィルタ２５２が形成されている。また、第３のリング共振器３３と、第３のリング共振器３３に近接している第５の光導波路２４５及び第６の光導波路２４６により、第３の波長選択フィルタ５３が形成されている。
本実施の形態においては、第３のリング共振器３３のＦＳＲに対して、第１のリング共振器２３１及び第２のリング共振器２３２のＦＳＲは僅かにずれている。また、第４のリング共振器２３４における共振波長は、第１のリング共振器２３１における共振波長と僅かにずれており、第５のリング共振器２３５における共振波長は、第２のリング共振器２３２における共振波長と僅かにずれている。
本実施の形態においては、第１の波長選択フィルタ２５１を第１の実施の形態における第１の波長選択フィルタ５１とみなし、第２の波長選択フィルタ２５２を第１の実施の形態における第２の波長選択フィルタ５２とみなすことができる。即ち、本実施の形態におけるレーザ装置は、第１の波長選択フィルタ２５１は複数のリング共振器により形成されており、第２の波長選択フィルタ２５２は複数のリング共振器により形成されている構造のものである。
（波長選択フィルタ）
次に、本実施の形態におけるレーザ装置に用いられるリング共振器を用いた波長選択フィルタについて図１４に基づき説明する。この波長選択フィルタは、図１４（ａ）に示されるように、リング共振器２３０ａ、リング共振器２３０ｂ、リング共振器２３０ａまたはリング共振器２３０ｂに近接して配置された光導波路２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃを有している。具体的には、リング共振器２３０ａは、光導波路２４０ａと光導波路２４０ｂとの間に形成されており、光導波路２４０ａ及び光導波路２４０ｂと近接している。また、リング共振器２３０ｂは、光導波路２４０ｂと光導波路２４０ｃとの間に形成されており、光導波路２４０ｂ及び光導波路２４０ｃと近接している。尚、便宜上、光導波路２４０ａの一方の側の端部をポートｐ１、他方の側の端部をポートｐ３とし、光導波路２４０ｃの一方の側の端部をポートｐ４、他方の側をポートｐ２として、この波長選択フィルタについて説明する。
光導波路２４０ａのポートｐ１より入射した光のうち、リング共振器２３０ａの共振波長の光は、リング共振器２３０ａを介し光導波路２４０ｂに伝搬する。更に、光導波路２４０ｂに伝搬した光のうち、リング共振器２３０ｂの共振波長の光は、リング共振器２３０ｂを介し、光導波路２４０ｃに伝搬しポートｐ２より出射される。また、リング共振器２３０ａの共振波長以外の光は、そのまま一方の光導波路２４０ａを伝搬し、ポートｐ３より出射される。
同様に、光導波路２４０ｂのポートｐ２より入射した光のうち、リング共振器２３０ｂの共振波長の光は、リング共振器２３０ｂを介し光導波路２４０ｂに伝搬する。更に、光導波路２４０ｂに伝搬した光のうち、リング共振器２３０ａの共振波長の光は、リング共振器２３０ａを介し、光導波路２４０ａに伝搬しポートｐ１より出射される。また、リング共振器２３０ｂの共振波長以外の光は、そのまま一方の光導波路２４０ｂを伝搬し、ポートｐ４より出射される。
図１４（ａ）においては、光導波路２４０ａからリング共振器２３０ａ、光導波路２４０ｂ、リング共振器２３０ｂを介し光導波路２４０ｃに伝搬等する共振波長の光を選択光として破線で示す。また、リング共振器２３０ａに伝搬されることなく光導波路２４０ａ等を伝搬する共振波長以外の光を非選択光として一点鎖線で示す。
図１４（ａ）に示される波長選択フィルタにおける選択光となる光のスペクトルを図１４（ｂ）に示し、非選択光となるスルー光のスペクトルを図１４（ｃ）に示す。図１４（ｂ）に示されるように、図１４（ａ）に示される波長選択フィルタにおいては、リング共振器２３０ａにおける共振波長とリング共振器２３０ｂにおける共振波長とが一致した波長のみを選択することができる。
本実施の形態におけるレーザ装置においては、第１の波長選択フィルタ２５１、第２の波長選択フィルタ２５２は、図１４（ａ）に示される波長選択フィルタと同様の構造のものが用いられている。
また、本実施の形態においても、第１のＳＯＡ１０を第１の利得媒質とし、第１のＳＯＡ１０の一方の端面１０ａに形成されている部分反射ミラー１１と第２のループミラー６２との間で第１のレーザ光を出射する第１のレーザ共振器が形成される。また、第２のＳＯＡ２０を第２の利得媒質とし、第２のＳＯＡ２０の一方の端面２０ａに形成されている部分反射ミラー２１と第１のループミラー６１との間で第２のレーザ光を出射する第２のレーザ共振器が形成される。これにより、相互に波長の異なるレーザ光を独立して出射させることができる。
第１のレーザ共振器の光路には、ＦＳＲが相互に僅かにずれている第４のリング共振器２３４、第１のリング共振器２３１、第３のリング共振器３３が設置されており、バーニア効果により、この３つのリング共振波長が一致する波長λ１３４においてレーザ発振する。第２のレーザ共振器の光路には、ＦＳＲが相互に僅かにずれている第５のリング共振器２３５、第２のリング共振器２３２、第３のリング共振器３３が設置されており、バーニア効果により、この３つのリング共振波長が一致する波長λ２３５においてレーザ発振する。
本実施の形態は、第１の実施の形態のように、２つのリング共振器により発振波長を選択する場合と比べて、３つのリング共振器により発振波長を選択するため、より急峻に１つの波長を選択することができ、単一モード発振が容易になる。即ち、第４のリング共振器２３４と第１のリング共振器２３１とを含んでいる第１の波長選択フィルタ２５１は、２つのリング共振器のバーニア効果により略１つの波長が選択波長として選択される波長選択フィルタである。更に、第１の波長選択フィルタ２５１における選択波長のうち、第３のリング共振器３３の周期的な共振波長と重なる波長が選択されるため、より急峻に１つの波長を選択することができる。同様に、第５のリング共振器２３５と第２のリング共振器２３２とを含んでいる第２の波長選択フィルタ２５２は、２つのリング共振器のバーニア効果により略１つの波長が選択波長として選択される波長選択フィルタである。更に、第２の波長選択フィルタ２５２における選択波長のうち、第３のリング共振器３３の周期的な共振波長と重なる波長が選択されるため、より急峻に１つの波長を選択することができる。
また、第１のレーザ共振器の発振波長であるλ１３４は、第２のリング共振器２３２の共振波長とは異なるため、第２のリング共振器２３２においてドロップ光とはならず、第２のＳＯＡ２０まで到達しない。更に、本実施の形態においては、第２のリング共振器２３２と第２のＳＯＡ２０との間にある第５のリング共振器２３５によってもう１段階、波長選択がなされるため、より一層第１のＳＯＡ１０より出射される光が第２のＳＯＡ２０まで到達しにくくなる。
同様に、第２のレーザ共振器の発振波長であるλ２３５は、第１のリング共振器２３１の共振波長とは異なるため、第１のリング共振器２３１においてドロップ光とはならず、第１のＳＯＡ１０まで到達しない。更に、本実施の形態においては、第１のリング共振器２３１と第１のＳＯＡ１０との間にある第４のリング共振器２３４によってもう１段階、波長選択がなされるため、より一層第２のＳＯＡ２０より出射される光が第１のＳＯＡ１０まで到達しにくくなる。これにより、より一層、第１のレーザ共振器と第２のレーザ共振器との間において、レーザ発振を独立させることができる。
本実施の形態における説明では、第１の波長選択フィルタ２５１及び第２の波長選択フィルタ２５２は、各々２つのリング共振器を組み合わせて一つの波長を選択する波長選択フィルタとなっているが、これに限定されるものではない。
例えば、ポートｐ１〜ｐ４の入出力ポートが存在し、選択される１つの波長の光はｐ１−ｐ２間を伝搬し、それ以外の非選択光の一部が、ｐ１−ｐ３間、または、ｐ２−ｐ４間を伝搬する特性を有する波長選択フィルタであれば同様の効果を得ることができる。
本実施の形態におけるレーザ装置においては、第１の波長選択フィルタ２５１及び第２の波長選択フィルタ２５２は、単一の波長を選択するフィルタが用いられている。よって、第１の波長選択フィルタ２５１における選択波長は第１のレーザ発振器における発振波長のみであり、第２の波長選択フィルタ２５２における選択波長は第２のレーザ発振器における発振波長のみである。よって、複数の共振波長を有する波長選択フィルタを用いた場合と比較して、選択波長以外の余分な波長の光が伝搬しないため、第１のレーザ共振器及び第２のレーザ共振器において相互に独立して動作しやすくなる。
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、図１５に示されるように、第１の実施の形態におけるレーザ装置において、更に、第４のリング共振器３３４、第５のリング共振器３３５、第５の光導波路３４５、第６の光導波路３４６が設けられている。
第４のリング共振器３３４は、第３の光導波路４３と第５の光導波路３４５との間に形成されており、第４のリング共振器３３４と第３の光導波路４３とは近接しており、第４のリング共振器３３４と第５の光導波路３４５とは近接している。第４のリング共振器３３４は、第３の光導波路４３の一方の端部４３ａの近傍に形成されており、第５の光導波路３４５の一方の端部３４５ａには第１のループミラー６１が形成されている。
第５のリング共振器３３５は、第４の光導波路４４と第６の光導波路３４６との間に形成されており、第５のリング共振器３３５と第４の光導波路４４とは近接しており、第５のリング共振器３３５と第６の光導波路３４６とは近接している。第５のリング共振器３３５は、第４の光導波路４４の一方の端部４４ａの近傍に形成されており、第６の光導波路３４６の一方の端部３４６ａには第２のループミラー６２が形成されている。
即ち、第１のレーザ共振器において、第３のリング共振器３３と第２のループミラー６２との間には、第５のリング共振器３３５が設けられている。また、第２のレーザ共振器において、第３のリング共振器３３と第１のループミラー６１との間に、第４のリング共振器３３４が設けられている。
従って、本実施の形態においても、第１のＳＯＡ１０を第１の利得媒質とし、第１のＳＯＡ１０の一方の端面１０ａに形成されている部分反射ミラー１１と第２のループミラー６２との間で第１のレーザ光を出射する第１のレーザ共振器が形成される。また、第２のＳＯＡ２０を第２の利得媒質とし、第２のＳＯＡ２０の一方の端面２０ａに形成されている部分反射ミラー２１と第１のループミラー６１との間で第２のレーザ光を出射する第２のレーザ共振器が形成される。これにより、波長の異なるレーザ光を独立して出射させることができる。
本実施の形態におけるレーザ装置においては、第４のリング共振器３３４と第１のループミラー６１により第１の波長選択ミラー３６１が形成されており、第５のリング共振器３３５と第２のループミラー６２により第２の波長選択ミラー３６２が形成されている。
本実施の形態においては、第１のリング共振器３１、第２のリング共振器３２、第３のリング共振器３３における共振波長は、第１の実施の形態と同様に設定されている。よって、第１のリング共振器３１と第３のリング共振器３３の共振波長が重なる波長は波長λ １３となり、第２のリング共振器３２と第３のリング共振器３３の共振波長が重なる波長は波長λ２３となる。
本実施の形態においては、第２の波長選択ミラー３６２における第５のリング共振器３３５の共振波長には、波長λ１３が含まれるが、波長λ２３が含まれないように形成されている。また、第１の波長選択ミラー３６１における第４のリング共振器３３４の共振波長には、波長λ２３が含まれるが、波長λ１３が含まれないように形成されている。例えば、第４のリング共振器３３４の共振波長と第２のリング共振器３２の共振波長とが同じとなるように形成し、第５のリング共振器３３５の共振波長と第１のリング共振器３１の共振波長とが同じとなるように形成してもよい。
本実施の形態においては、第１のレーザ共振器より出射されるレーザ光の波長は、第１のリング共振器３１、第３のリング共振器３３、第５のリング共振器３３５における共振波長が重なり合う波長である。また、第２のレーザ共振器より出射されるレーザ光の波長は、第２のリング共振器３２、第３のリング共振器３３、第４のリング共振器３３４における共振波長が重なり合う波長である。本実施の形態においては、第１のレーザ共振器及び第２のレーザ共振器は、ともに３つのリング共振器により波長選択がなされているため、第１の実施の形態と比較して、波長選択性が鋭くなり、単一モード発振が容易になる。
また、第１のレーザ共振器を形成している第２の波長選択ミラー３６２は、第２のレーザ共振器の発振波長となる波長λ２３の光を反射しないため、第１のレーザ共振器の内部において、波長λ２３の光が不要な共振を起こすことを抑制することができる。同様に、第２のレーザ共振器を形成している第１の波長選択ミラー３６１は、第１のレーザ共振器の発振波長となる波長λ１３の光を反射しないため、第２のレーザ共振器の内部において、波長λ１３の光が不要な共振を起こすことを抑制することができる。よって、本実施の形態におけるレーザ装置においては、第１のレーザ光と第２のレーザ光との独立性をより一層向上させることができる。
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
〔第５の実施の形態〕
次に、第５の実施の形態について説明する。本実施の形態におけるレーザ装置は、図１６に示されるように、第１の実施の形態におけるレーザ装置における第１のループミラー６１及び第２のループミラー６２に代えて、端面に高反射ミラー４６０を形成した構造のものである。高反射ミラー４６０は、第３の光導波路４３の一方の端部４３ａ及び第４の光導波路４４の一方の端部４４ａに形成されている。高反射ミラー４６０は、第３の光導波路４３の一方の端部４３ａ及び第４の光導波路４４の一方の端部４４ａとなる端面に、誘電体多層膜等を成膜することにより形成してもよい。
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
〔第６の実施の形態〕
次に、第６の実施の形態について説明する。本実施の形態におけるレーザモジュールは、波長可変レーザモジュールであり、第１の実施の形態におけるレーザ装置を有している。具体的には、図１７に示されるように、第１の実施の形態におけるレーザ装置、第１のＳＯＡ電源５０１、第２のＳＯＡ電源５０２、第１のヒータ電源５１１、第２のヒータ電源５１２、第３のヒータ電源５１３、コントローラ５２０等を有している。
第１のＳＯＡ電源５０１は、第１の実施の形態におけるレーザ装置における第１のＳＯＡ１０を駆動するための電源であり、第２のＳＯＡ電源５０２は、第２のＳＯＡ２０を駆動するための電源である。
第１のヒータ電源５１１は、第１のリング共振器３１のヒータ電極３１ａに接続されており、ヒータ電極３１ａに電流を流し加熱することにより第１のリング共振器３１における共振波長を微小に変化させて調整することができる。第２のヒータ電源５１２は、第２のリング共振器３２のヒータ電極３２ａに接続されており、ヒータ電極３２ａに電流を流し加熱することにより第２のリング共振器３２における共振波長を微小に変化させて調整することができる。第３のヒータ電源５１３は、第３のリング共振器３３のヒータ電極３３ａに接続されており、ヒータ電極３３ａに電流を流し加熱することにより第３のリング共振器３３における共振波長を微小に変化させて調整することができる。
制御部となるコントローラ５２０は、第１のＳＯＡ電源５０１、第２のＳＯＡ電源５０２、第１のヒータ電源５１１、第２のヒータ電源５１２、第３のヒータ電源５１３に接続されており、これらを制御する。
また、本実施の形態におけるレーザモジュールは、レンズ５３１、５３２、５３３、５３４、第１のビームスプリッタ５４１、第２のビームスプリッタ５４２、第３のビームスプリッタ５４３、エタロン５５０等を有している。更に、本実施の形態におけるレーザモジュールは、第１の光検出器５５１、第２の光検出器５５２、第３の光検出器５５３を有している。尚、第１の光検出器５５１、第２の光検出器５５２、第３の光検出器５５３は、フォトダイオードにより形成されている。
第１のＳＯＡ１０の一方の端面１０ａより出射される第１のレーザ共振器において発振した第１のレーザ光は、レンズ５３１を介し、第１のビームスプリッタ５４１において、透過するレーザ光と反射されるレーザ光に、例えば、１０：１の割合で分岐される。第１のビームスプリッタ５４１において反射されたレーザ光は、第２のビームスプリッタ５４２に入射し、第２のビームスプリッタ５４２において、透過するレーザ光と反射されるレーザ光に、例えば、１：１の割合で分岐される。第２のビームスプリッタ５４２を透過したレーザ光は、第１の光検出器５５１に入射し光量が検出され、第２のビームスプリッタ５４２において反射されたレーザ光のうち、エタロン５５０を透過したレーザ光は、第２の光検出器５５２に入射し光量が検出される。
尚、エタロン５５０はＦＳＲが５０ＧＨｚの波長ロッカー用エタロンであり、所定の波長の光に対して正弦波に近い透過特性を持っており、エタロン５５０を透過する光のピーク波長が２５ＧＨｚ間隔のＩＴＵ−Ｔグリッドの２つのグリッドの中心に合わせられている。つまり、２５ＧＨｚのＩＴＵ−Ｔグリッドがエタロン５５０の透過光のピークとボトムの中点にくるように形成されている。
本実施の形態におけるレーザ装置では、第１の光検出器５５１において検出された値に基づき、第１のＳＯＡ１０の電流を制御することにより、所望の強度の第１のレーザ光を出射させることができる。また、第２の光検出器５５２と第１の光検出器５５１とにおいて検出された値の比（エタロン５５０の透過率に相当）が所望の値になるように第１のリング共振器３１のヒータ電極３１ａと第３のリング共振器３３のヒータ電極３３ａに流れる電流を制御する。これにより、第１のリング共振器３１と第３のリング共振器３３の共振波長が重なる波長λ１３が所望の波長となるように制御することができ、第１のレーザ光の発振波長を所望の波長にすることができる。尚、第１のビームスプリッタ５４１を透過した第１のレーザ光は、レンズ５３２を介し、光ファイバ等に向けて出射される。
第２のＳＯＡ２０の一方の端面２０ａより出射される第１のレーザ共振器において発振した第２のレーザ光は、レンズ５３３を介し、第３のビームスプリッタ５４３において、透過するレーザ光と反射されるレーザ光に、例えば、１０：１の割合で分岐される。第３のビームスプリッタ５４３において反射されたレーザ光は、第３の光検出器５５３に入射し光量が検出される。尚、第３のビームスプリッタ５４３を透過した第２のレーザ光は、レンズ５３４を介し、光ファイバ等に向けて出射される。
本実施の形態におけるレーザ装置では、第３の光検出器５５３において検出された値等に基づき、第２のＳＯＡ２０の電流を制御することにより、所望の強度の第２のレーザ光を出射させることができる。また、第１のレーザ光の場合と同様に、第２のレーザ光の発振波長は、第３のリング共振器３３の共振波長のいずれかに一致している。従って、第３のリング共振器３３のＦＳＲが２５ＧＨｚであれば、第１のレーザ光の発振波長を２５ＧＨｚ間隔のＩＴＵ−Ｔグリッドに合わせると、自動的に第２のレーザ光の発振波長も２５ＧＨｚ間隔のＩＴＵ−Ｔグリッドに一致させることができる。
第２のレーザ光の発振波長は、第２のリング共振器３２におけるヒータ電極３２ａに流れる電流を制御することにより、第２のリング共振器３２と第３のリング共振器３３における共振波長が重なる波長を変化させることができる。例えば、第２のレーザ光の発振波長は、第１のレーザ光の発振波長に対して、２５ＧＨｚ、５０ＧＨｚ、７５ＧＨｚ、１００ＧＨｚ等の２５ＧＨｚの整数倍だけ離れた任意の波長に設定することができる。
〔第７の実施の形態〕
次に、第７の実施の形態について図１８に基づき説明する。本実施の形態におけるレーザ装置は、第１のＳＯＡ１０、第２のＳＯＡ２０、第１のエタロン６１１、第２のエタロン６１２、第３のエタロン６１３、第１のミラー６２１、第２のミラー６２２、第３のミラー６２３、第４のミラー６２４等を有している。
第１のエタロン６１１、第２のエタロン６１２及び第３のエタロン６１３は、ファブリペローエタロンであり、リング共振器と同様に周期的な波長選択特性を持つフィルタである。具体的には、第１のエタロン６１１、第２のエタロン６１２及び第３のエタロン６１３は、エタロンの厚さで定まる所定の共振波長の光を選択的に透過し、それ以外の波長の光を反射する特性を有している。
図１９（ａ）に示されるように、エタロン６１０を入射光に対し傾けて設置した場合について考える。エタロン６１０の一方の面６１０ａから入射する方向をポートｐ１、エタロン６１０の他方の面６１０ｂから入射する方向をポートｐ２とする。また、エタロン６１０の一方の面６１０ａからエタロン６１０に入射し反射される方向をポートｐ３、エタロン６１０の他方の面６１０ｂからエタロン６１０に入射し反射される方向をポートｐ４とする。このエタロン６１０による波長選択フィルタは、選択光となる共振波長の光はエタロン６１０を透過し、ｐ１−ｐ２間、ｐ３−ｐ４p間において伝搬し、非選択光となる共振波長以外の光は反射され、ｐ１−ｐ３間、ｐ２−ｐ４間において伝搬する。よって、エタロン６１０は、リング共振器により形成される波長選択フィルタと同様の特性を有する波長選択フィルタである。
図１９（ａ）に示されるエタロン６１０における選択光となる透過光のスペクトルを図１９（ｂ）に示し、非選択光となる反射光のスペクトルを図１９（ｃ）に示す。図１９（ｂ）に示されるように、このエタロン６１０においては、周期的に出現する共振波長の光のみを選択することができる。
本実施の形態においては、第１のエタロン６１１、第２のエタロン６１２及び第３のエタロン６１３は、図１９（ａ）に示される構造のエタロン６１０と同様の構造のものが用いられている。
従って、本実施の形態においては、第１のＳＯＡ１０の一方の端面１０ａに形成された部分反射ミラー１１と第２のミラー６２２とにより形成される第１のレーザ共振器により第１のレーザ光が出射される。よって、第１のレーザ共振器では、第１のＳＯＡ１０を第１の利得媒質とし、第１のエタロン６１１を透過、第３のミラー６２３で反射、第３のエタロン６１３を透過、第４のミラー６２４で反射、第２のエタロン６１２で反射される光路を経てレーザ発振する。
また、第２のＳＯＡ２０の一方の端面２０ａに形成された部分反射ミラー２１と第１のミラー６２１とにより形成される第２のレーザ共振器により第２のレーザ光が出射される。よって、第２のレーザ共振器では、第２のＳＯＡ２０を第２の利得媒質とし、第２のエタロン６１２を透過、第４のミラー６２４で反射、第３のエタロン６１３を透過、第３のミラー６２３で反射、第１のエタロン６１１で反射される光路を経てレーザ発振する。
よって、第１のレーザ光と第２のレーザ光とを独立して出射させることができる。
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
１０ 第１のＳＯＡ
１０ａ 一方の端面
１０ｂ 他方の端面
１１ 部分反射ミラー
２０ 第２のＳＯＡ
２０ａ 一方の端面
２０ｂ 他方の端面
２１ 部分反射ミラー
３１ 第１のリング共振器
３１ａ ヒータ電極
３２ 第２のリング共振器
３２ａ ヒータ電極
３３ 第３のリング共振器
３３ａ ヒータ電極
４１ 第１の光導波路
４１ａ 一方の端部
４２ 第２の光導波路
４２ａ 一方の端部
４３ 第３の光導波路
４３ａ 一方の端部
４４ 第４の光導波路
４４ａ 一方の端部
５１ 第１の波長選択フィルタ
５２ 第２の波長選択フィルタ
５３ 第３の波長選択フィルタ
６１ 第１のループミラー
６２ 第２のループミラー

Claims (15)

  1. 第１の利得媒質と、
    前記第１の利得媒質の一方の端面側に配置された部分反射ミラーと、
    第２の利得媒質と、
    前記第２の利得媒質の一方の端面側に配置された部分反射ミラーと、
    第１の波長選択フィルタと、
    第２の波長選択フィルタと、
    第３の波長選択フィルタと、
    第１のミラーと、
    第２のミラーと、
    を有し、
    前記第１の利得媒質の一方の端面より出射される第１のレーザ光の波長と、前記第２の利得媒質の一方の端面より出射される第２のレーザ光の波長は、異なるものであって、
    前記第１の波長選択フィルタ、前記第２の波長選択フィルタ、前記第３の波長選択フィルタは、各々第１の入出力ポート、第２の入出力ポート、第３の入出力ポート、第４の入出力ポートを有しており、
    選択された波長である選択光に対しては、前記第１の入出力ポートと前記第２の入出力ポート、及び、前記第３の入出力ポートと前記第４の入出力ポートが接続され、非選択光に対しては、前記第１の入出力ポートと前記第３の入出力ポート、及び、前記第２の入出力ポートと前記第４の入出力ポートが接続されるものであって、
    前記第３の波長選択フィルタは、波長に対し周期的に選択光が存在している波長選択フィルタであって、
    前記第１の利得媒質の他方の端面には、前記第１の波長選択フィルタの第１の入出力ポートが接続されており、
    前記第２の利得媒質の他方の端面には、前記第２の波長選択フィルタの第１の入出力ポートが接続されており、
    前記第１の波長選択フィルタの第４の入出力ポートには、前記第１のミラーが接続されており、
    前記第２の波長選択フィルタの第４の入出力ポートには、前記第２のミラーが接続されており、
    前記第３の波長選択フィルタの第１の入出力ポートには、前記第１の波長選択フィルタの第２の入出力ポートが接続されており、
    前記第３の波長選択フィルタの第２の入出力ポートには、前記第２の波長選択フィルタの第２の入出力ポートが接続されていることを特徴とするレーザ装置。
  2. 第１の利得媒質と、
    前記第１の利得媒質の一方の端面側に配置された部分反射ミラーと、
    第２の利得媒質と、
    前記第２の利得媒質の一方の端面側に配置された部分反射ミラーと、
    第１の波長選択フィルタと、
    第２の波長選択フィルタと、
    第３の波長選択フィルタと、
    第１のミラーと、
    第２のミラーと、
    を有し、
    前記第１の利得媒質の一方の端面側に配置された部分反射ミラーと前記第２のミラーとの間で、光路に、第１の利得媒質、第１の波長選択フィルタ、第３の波長選択フィルタが設置された共振器が形成されており、前記第１の利得媒質の他方の端面より出射された光のうち、第１の波長選択フィルタ及び前記第３の波長選択フィルタにおいて選択された波長の光を第１のレーザ光として、第１の利得媒質の一方の端面より出射し、
    前記第２の利得媒質の一方の端面側に配置された部分反射ミラーと前記第１のミラーとの間で、光路に、第２の利得媒質、第２の波長選択フィルタ、第３の波長選択フィルタが設置された共振器が形成されており、前記第２の利得媒質の他方の端面より出射された光のうち、第２の波長選択フィルタ及び前記第３の波長選択フィルタにおいて選択された波長の光を第２のレーザ光として、第２の利得媒質の一方の端面より出射し、
    前記第１のレーザ光の波長と前記第２のレーザ光の波長は異なるものであることを特徴とするレーザ装置。
  3. 前記第１の波長選択フィルタは第１のリング共振器を含んでおり、前記第１のリング共振器における共振波長の光が選択されるものであり、
    前記第２の波長選択フィルタは第２のリング共振器を含んでおり、前記第２のリング共振器における共振波長の光が選択されるものであり、
    前記第３の波長選択フィルタは第３のリング共振器を含んでおり、前記第３のリング共振器における共振波長の光が選択されるものであることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ装置。
  4. 前記第１のリング共振器における共振波長の周期及び前記第２のリング共振器における共振波長の周期は、前記第３のリング共振器における共振波長の周期と異なるものであることを特徴とする請求項３に記載のレーザ装置。
  5. 前記第１の波長選択フィルタは、前記第１のリング共振器の他に第４のリング共振器を含んでおり、前記第１のリング共振器における共振波長の周期と前記第４のリング共振器における共振波長の周期とは異なっており、前記第１のリング共振器と前記第４のリング共振器との共振波長が一致した波長を選択するものであって、
    前記第２の波長選択フィルタは、前記第２のリング共振器の他に第５のリング共振器を含んでおり、前記第２のリング共振器における共振波長の周期と前記第５のリング共振器における共振波長の周期とは異なっており、前記第２のリング共振器と前記第５のリング共振器との共振波長が一致した波長を選択するものであることを特徴とする請求項３または４に記載のレーザ装置。
  6. 第１の利得媒質と、
    前記第１の利得媒質の一方の端面側に配置された部分反射ミラーと、
    第２の利得媒質と、
    前記第２の利得媒質の一方の端面側に配置された部分反射ミラーと、
    第１のリング共振器を含む第１の波長選択フィルタと、
    第２のリング共振器を含む第２の波長選択フィルタと、
    第３のリング共振器を含む第３の波長選択フィルタと、
    前記第１の利得媒質の他方の端面からの光が入射する第１の光導波路と、
    前記第２の利得媒質の他方の端面からの光が入射する第２の光導波路と、
    一方の端部に第１のミラーが形成されている第３の光導波路と、
    一方の端部に第２のミラーが形成されている第４の光導波路と、
    を有し、
    前記第１の利得媒質の一方の端面より出射される第１のレーザ光の波長と、前記第２の利得媒質の一方の端面より出射される第２のレーザ光の波長は、異なるものであって、
    前記第１の波長選択フィルタ、前記第２の波長選択フィルタ、前記第３の波長選択フィルタは、各々第１の入出力ポート、第２の入出力ポート、第３の入出力ポート、第４の入出力ポートを有しており、
    選択された波長である選択光に対しては、前記第１の入出力ポートと前記第２の入出力ポート、及び、前記第３の入出力ポートと前記第４の入出力ポートが接続され、非選択光に対しては、前記第１の入出力ポートと前記第３の入出力ポート、及び、前記第２の入出力ポートと前記第４の入出力ポートが接続されるものであって、
    前記第３の波長選択フィルタは、波長に対し周期的に選択光が存在している波長選択フィルタであって、
    前記第１の利得媒質の他方の端面には、第１の光導波路を介して前記第１の波長選択フィルタの第１の入出力ポートが接続されており、
    前記第２の利得媒質の他方の端面には、第２の光導波路を介して前記第２の波長選択フィルタの第１の入出力ポートが接続されており、
    前記第１の波長選択フィルタの第４の入出力ポートには、第３の光導波路を介して前記第１のミラーが接続されており、
    前記第２の波長選択フィルタの第４の入出力ポートには、第４の光導波路を介して前記第２のミラーが接続されており、
    前記第３の波長選択フィルタの第１の入出力ポートには、第３の光導波路を介して前記第１の波長選択フィルタの第２の入出力ポートが接続されており、
    前記第３の波長選択フィルタの第２の入出力ポートには、第４の光導波路を介して前記第２の波長選択フィルタの第２の入出力ポートが接続されていることを特徴とするレーザ装置。
  7. 第１の利得媒質と、
    前記第１の利得媒質の一方の端面側に配置された部分反射ミラーと、
    第２の利得媒質と、
    前記第２の利得媒質の一方の端面側に配置された部分反射ミラーと、
    第１のリング共振器を含む第１の波長選択フィルタと、
    第２のリング共振器を含む第２の波長選択フィルタと、
    第３のリング共振器を含む第３の波長選択フィルタと、
    前記第１の利得媒質の他方の端面からの光が入射する第１の光導波路と、
    前記第２の利得媒質の他方の端面からの光が入射する第２の光導波路と、
    一方の端部に第１のミラーが形成されている第３の光導波路と、
    一方の端部に第２のミラーが形成されている第４の光導波路と、
    を有し、
    前記第１のリング共振器は、前記第１の光導波路と前記第３の光導波路との間に形成されており、前記第１のリング共振器における共振波長の光を前記第１の光導波路から前記第３の光導波路に、または、前記第３の光導波路から前記第１の光導波路にドロップするものであって、
    前記第２のリング共振器は、前記第２の光導波路と前記第４の光導波路との間に形成されており、前記第２のリング共振器における共振波長の光を前記第２の光導波路から前記第４の光導波路に、または、前記第４の光導波路から前記第２の光導波路にドロップするものであって、
    前記第３のリング共振器は、前記第３の光導波路と前記第４の光導波路との間に形成されており、前記第３のリング共振器における共振波長の光を前記第３の光導波路から前記第４の光導波路に、または、前記第４の光導波路から前記第３の光導波路にドロップするものであって、
    前記第１の利得媒質の一方の端面に形成された部分反射ミラーと前記第２のミラーとの間には、光路に、第１の利得媒質、第１の波長選択フィルタ、第３の波長選択フィルタが設置された共振器が形成されており、前記第１の利得媒質の他方の端面より出射された光のうち、第１の波長選択フィルタ及び前記第３の波長選択フィルタにおいて選択された波長の光を第１のレーザ光として、第１の利得媒質の一方の端面より出射し、
    前記第２の利得媒質の一方の端面に形成された部分反射ミラーと前記第１のミラーとの間には、光路に、第２の利得媒質、第２の波長選択フィルタ、第３の波長選択フィルタが設置された共振器が形成されており、前記第２の利得媒質の他方の端面より出射された光のうち、第２の波長選択フィルタ及び前記第３の波長選択フィルタにおいて選択された波長の光を第２のレーザ光として、第２の利得媒質の一方の端面より出射し、
    前記第１のレーザ光の波長と前記第２のレーザ光の波長は異なるものであることを特徴とするレーザ装置。
  8. 前記第１のリング共振器における共振波長の半値全幅は、前記第１のリング共振器における共振波長の周期と前記第３のリング共振器の共振波長の周期との差の１／２以下であり、
    前記第２のリング共振器における共振波長の半値全幅は、前記第２のリング共振器における共振波長の周期と前記第３のリング共振器の共振波長の周期との差の１／２以下であることを特徴とする請求項３から７のいずれかに記載のレーザ装置。
  9. 前記第１の波長選択フィルタ及び前記第２の波長選択フィルタにおける共振波長の周期は、前記第３の波長選択フィルタにおける共振波長の周期の整数倍から微小にずれていることを特徴とする請求項３から８のいずれかに記載のレーザ装置。
  10. 前記第１のミラー及び前記第２のミラーは、選択された波長の光を反射するミラーであることを特徴とする請求項３から９のいずれかに記載のレーザ装置。
  11. 前記第１のリング共振器、前記第２のリング共振器及び前記第３のリング共振器は、シリコン導波路により形成されていることを特徴とする請求項３から１０のいずれかに記載のレーザ装置。
  12. 前記第１のミラー及び前記第２のミラーは、相互に選択される波長が異なる波長選択ミラーであることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のレーザ装置。
  13. 前記第１の波長選択フィルタは第１のエタロンを含んでおり、前記第１のエタロンを透過した光が選択されるものであり、
    前記第２の波長選択フィルタは第２のエタロンを含んでおり、前記第２のエタロンを透過した光が選択されるものであり、
    前記第３の波長選択フィルタは第３のエタロンを含んでおり、前記第３のエタロンを透過した光が選択されるものであることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ装置。
  14. 前記第１の利得媒質は、第１の半導体光増幅器であり、
    前記第２の利得媒質は、第２の半導体光増幅器であることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載のレーザ装置。
  15. 前記第１のレーザ光の一部の光量を検出する第１の光検出器と、
    前記第１のレーザ光の一部の光がエタロンを通過した後の光量を検出する第２の光検出器と、
    前記第２のレーザ光の光量を検出する第３の光検出器と、
    前記第１の光検出器、前記第２の光検出器及び前記第３の光検出器において検出された光量に基づき、前記第１のレーザ光の発振波長及び前記第２のレーザ光の発振波長を制御する制御部と、
    を有することを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載のレーザ装置。
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