JP7119116B2 - 波長可変レーザ - Google Patents

Description

本願は、光学デバイスの分野に係り、特にレーザに関する。

波長可変レーザは、光通信システムにおいて最も重要な光電子（オプトエレクトロニクス）デバイスの一つである。現在では、波長可変レーザは、基幹光ネットワークと都市規模光ネットワークにおいて広く用いられている。最も広く用いられている波長可変レーザとして、ＩＩＩ‐Ｖ族物質系に基づいたモノリシックに集積された分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ，Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザ、分布帰還型ブラッグ（ＤＦＢ，Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｂｒａｇｇ）レーザアレイ、空間光結合に基づいた外部キャビティレーザが挙げられる。レーザのキャビティ長と物質損失によって制限されるので、現状の１００Ｇｂｐｓの四位相偏移変調（ＱＰＳＫ，Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）システムで用いられているＤＢＲレーザとＤＦＢレーザの線幅の典型的な値は３００ｋＨｚ未満である。従って、これらのレーザを、狭線幅（例えば、１００ｋＨｚ未満の線幅）用の高次のコヒーレント変調システム（例えば、直角位相振幅変調（ＱＡＭ，Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ））の要求を満たすようにすることは難しい。また、外部キャビティ可変レーザは非常に狭い線幅を有するが、変調器や受信器等のデバイスと外部キャビティ可変レーザを集積することは簡単ではなく、光モジュールの小型化の開発に繋がらない。

高次コヒーレントシステム用の狭線幅可変レーザの現在の研究の中心は、ハイブリッド集積技術に基づいた可変レーザである。図１は、従来技術の波長可変レーザの概略的構造図である。図１に示されるように、波長可変レーザは、半導体光増幅器１０１と、第一マルチモード干渉計結合器１０２と、第二マルチモード干渉計結合器１０５と、二つのマイクロリング共振器（１０３ａと１０３ｂ）と、非対称マッハ・ツェンダー干渉計（ＭＺＩ，Ｍａｃｈ‐Ｚｅｈｎｄｅｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）１０４を含む。半導体光増幅器１０１は、自然放出光を発生させ、光信号を増幅するように構成される。第一マルチモード干渉計結合器１０２と、第二マルチモード干渉計結合器１０５と、二つのマイクロリング共振器（１０３ａと１０３ｂ）がフィルタを形成する。フィルタは、自然放出光に対するフィルタリングと波長調整（つまり、選択）を行うのに用いられる。波長可変レーザは、ＭＺＩ１０４を用いて、出力ポート１０６の光パワーを調整することができる。しかしながら、光信号がマイクロリング共振器１０３ｂから第二マルチモード干渉計結合器１０５に入射する際に、或る程度のエネルギー損失（例えば、３ｄＢ）がある。従って、この追加的な損失がレーザの出力効率を下げてしまう。

本願の実施形態は、出力効率を改善する波長可変レーザを提供する。

第一態様によると、本開示の実施形態は波長可変レーザを提供する。波長可変レーザは、反射性半導体光増幅器と、三つの結合器と、少なくとも二つのマイクロリング共振器を含む。三つの結合器は第一結合器と第二結合器と第三結合器を含み、これら三つの結合器はそれぞれ三つのポート、四つのポート、三つのポートを含む。これら部品同士の間の接続関係は以下のとおりである。即ち、反射性半導体光増幅器は第一結合器の第一ポートに接続され、少なくとも二つのマイクロリング共振器のうちいくつかのマイクロリング共振器が第一結合器の第二ポートと第二結合器の第一ポートとの間に配置され且つ少なくとも二つのマイクロリング共振器のうち他のマイクロリング共振器が第一結合器の第三ポートと第二結合器の第二ポートとの間に配置され、第二結合器の第三ポートと第四ポートは第三結合器の二つのポートに接続される。

特定の設計では、第一結合器の結合係数は第三結合器の結合係数と同じであり、第三結合器の光信号の出力効率を最大限改善する。

少なくとも二つのマイクロリング共振器は、具体的には二つマイクロリング共振器、又は二つよりも多くのマイクロリング共振器（例えば、四つのマイクロリング共振器）であり得る。

可能な一実施形態では、上記の少なくとも二つのマイクロリング共振器のうちいくつかのマイクロリング共振器が第一結合器の第二ポートと第二結合器の第一ポートとの間に配置され且つ少なくとも二つのマイクロリング共振器のうち他のマイクロリング共振器が第一結合器の第三ポートと第二結合器の第二ポートとの間に配置されることは、具体的には以下のことを含む。即ち、少なくとも二つのマイクロリング共振器が第一マイクロリング共振器と第二マイクロリング共振器を含み、第一結合器の第二ポートが第一マイクロリング共振器の一つの導波路に接続され、第二結合器の第一ポートが第一マイクロリング共振器の他の導波路に接続され、第一結合器の第三ポートが第二マイクロリング共振器の一つの導波路に接続され、第二結合器の第二ポートが第二マイクロリング共振器の他の導波路に接続されることである。

特定の設計では、第一マイクロリング共振器と第二マイクロリング共振器のいずれかは一つ以上のマイクロリングを含む。

可能な他の実施形態では、上記の少なくとも二つのマイクロリング共振器のうちいくつかのマイクロリング共振器が第一結合器の第二ポートと第二結合器の第一ポートとの間に配置され且つ少なくとも二つのマイクロリング共振器のうち他のマイクロリング共振器が第一結合器の第三ポートと第二結合器の第二ポートとの間に配置されることは、具体的には以下のことを含む。即ち、少なくとも二つのマイクロリング共振器が第一マイクロリング共振器と第二マイクロリング共振器と第三マイクロリング共振器と第四マイクロリング共振器を含み、第一結合器の第二ポートが第一マイクロリング共振器の一つの導波路に接続され、第二結合器の第一ポートが第二マイクロリング共振器の一つの導波路に接続され、第一結合器の第三ポートが第三マイクロリング共振器の一つの導波路に接続され、第二結合器の第二ポートが第四マイクロリング共振器の一つの導波路に接続されることである。

可能な一設計では、第一マイクロリング共振器は第二マイクロリング共振器に接続され、第三マイクロリング共振器は第四マイクロリング共振器に接続される。

可能な他の設計では、一つ以上のマイクロリング共振器が第一マイクロリング共振器と第二マイクロリング共振器との間に、又は第三マイクロリング共振器と第四マイクロリング共振器との間に配置される。

可能な一設計では、第一マイクロリング共振器と第二マイクロリング共振器と第三マイクロリング共振器と第四マイクロリング共振器のうちいずれかは、一つ以上のマイクロリングを含む。

可能な一設計では、反射性半導体光増幅器が第一結合器に接続される方の端面は反射防止コーティングでメッキされ、反射性半導体光増幅器の他方の端面は高反射性コーティングでメッキされる。このようにすることの利点は光信号出力パワーを増大させることができる点である。

可能な一設計では、第三結合器の他のポートは他の半導体光増幅器に接続される。このようにして、第三結合器から出力される光信号を更に増幅して、レーザの光信号出力パワーを増大させることができる。

可能な一設計では、他の半導体光増幅器の両端面は反射防止コーティングでメッキされる。

可能な一設計では、少なくとも二つのマイクロリング共振器は複数の光検出器に接続され、光検出器は、マイクロリングの光パワー情報を得て、波長可変レーザによって出力される目標波長とマイクロリングの共振波長を合わせるように構成される。

可能な一設計では、波長可変レーザは一つの屈折率調整部を更に含み、少なくとも二つのマイクロリング共振器の各々には他の屈折率調整部が設けられる。具体的には、一つの屈折率調整部と他の屈折率調整部の調整方法は、熱による調整、キャリア注入による調整、ピエゾ光学効果による調整のうちのいずれかである。

三つの結合器と少なくとも二つのマイクロリング共振器と出力導波路は、以下の四種の物質のうちのいずれかを含む。即ち、シリコン、窒化シリコン、二酸化シリコン、ポリマー材である。第一結合器と第三結合器の両方はＹ字形構造又はマルチモード干渉計構造のものであり、第二結合器は方向性結合器構造又はマルチモード干渉計構造のものである。

第二態様によると、本願の実施形態はシステムを提供する。本システムは第一態様のいずれかの実施形態に係る波長可変レーザと制御回路を含む。制御回路は、波長可変レーザに対する波長制御を行う。

本願で提供される波長可変レーザ又はその波長可変レーザを含むシステムによると、フィルタ領域と出力構造の巧みな設計を用いることで、フィルタ領域によって出力される光信号を効果的に集めて出力することができる。その構造は単純であり、光信号の出力効率を改善することができる。

以下、添付図面を参照して、本願の実施形態をより詳細に説明する。

従来技術の波長可変レーザの概略的構造図である。 本願に係る波長可変レーザの概略的構造図である。 本願の第一実施形態に係る波長可変レーザの概略的構造図である。 本願の第二実施形態に係る波長可変レーザの概略的構造図である。 本願の第三実施形態に係る波長可変レーザの概略的構造図である。 摂動信号と、直線状ポートの透過率と、ＰＤによって検出される電流との間の関係性の概略図である。 本願の第四実施形態に係る波長可変レーザの概略的構造図である。 本願の第四実施形態に係る他の波長可変レーザの概略的構造図である。 本願の第五実施形態に係る波長可変レーザの概略的構造図である。

波長可変レーザは、特定の波長範囲内で出力波長を変更することができるレーザである。波長可変レーザは、医療、半導体加工、光通信システム等の分野における多様な応用を有する。例えば、光通信システムに応用される場合、波長可変レーザは、一般的には、光通信デバイスの一部となり、光信号を送受信するように構成される。多種多様な波長可変レーザが存在しており、例えば、ＩＩＩ‐Ｖ族物質系に基づいたモノリシック集積ＤＢＲレーザ、ＤＦＢレーザアレイ、空間光結合に基づいた外部キャビティレーザ、ハイブリッド集積技術に基づいたレーザ等がある。レーザは、利得領域と、波長調整領域を含む。ハイブリッド集積技術とは、ＩＩＩ‐Ｖ族物質を利得領域に用い、フォトニック集積回路（ＰＩＣ，Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を製造するのに使用可能なパッシブで低損失の他の物質を波長調整領域に用いる可変レーザの製造技術のことを称する。本願では、ハイブリッド集積技術に基づいたレーザを主に検討する。波長調整領域は、フィルタ領域と称されることもある。簡潔にするため、以下では、波長調整領域を、フィルタ領域と統一して称する。

図２は、本願に係る波長可変レーザの概略的構造図である。図２に示される波長可変レーザ２００は、反射性の半導体光増幅器（ＳＯＡ，Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）２０１と、三つの結合器（２０２、２０４、２０５）と、少なくとも二つのマイクロリング共振器（２０３ａ、２０３ｂ）を含む。結合器２０２は三つのポートを含み、結合器２０４は四つのポートを含み、結合器２０５は三つのポートを含む。図２は、これら部品同士の間の関係性を示す。具体的には、結合器２０２の一つのポートが反射性ＳＯＡ２０１に接続される。結合器２０２の他の二つのポートは、マイクロリング共振器２０３ａの一方のポートと、マイクロリング共振器２０３ｂの一方のポートに接続される。マイクロリング共振器２０３ａの他方のポートと、マイクロリング共振器２０３ｂの他方のポートとは、結合器２０４の二つのポートに接続される。結合器２０４の他の二つのポートは、結合器２０５の二つのポートに接続される。結合器２０５の他のポートはレーザ光を出力するように構成される。反射性ＳＯＡは、その一つの端面が光信号を反射することができるＳＯＡのことであり、三つの結合器と二つのマイクロリング共振器がパッシブ導波路材製であることに留意されたい。また、結合器２０２と反射性ＳＯＡ２０１は、突き合わせ結合や格子結合等の当業者が一般的に用いる結合方法で接続可能である。結合器２０２及び２０５とマイクロリング共振器は導波路を用いて直接接続される。また、上記結合器のポート数は単にポート数の最小値に対する限定である点にも留意されたい。実際の使用時には、上記三つの結合器はより多くのポートを用いて実現され得るものであり、この点は本願において限定されない。

図２に示されるレーザの部品は、二つの主要機能部に分けられ得る。反射性ＳＯＡ２０１は利得領域を形成し、自然放出光を発生させ、光信号を増幅するように構成される。結合器２０２と、少なくとも二つのマイクロリング共振器（２０３ａと２０３ｂ）と、結合器２０４はフィルタ領域を形成し、フィルタ領域に入力された光信号をフィルタリングして、異なる波長のレーザ出力を得るように構成される。また、結合器２０４は、結合器２０５に接続されたポートを用いて、結合器２０５に特定の波長の出力信号を出力する。利得領域とフィルタ領域は、光信号を何度も処理して、最終的にレーザ光を出力するように協働することに留意されたい。。つまり、利得領域は、自然放出光を発生させ、光信号を増幅し、フィルタ領域は、光信号をフィルタリングして、増幅のために光信号を利得領域に入力する。発生したレーザ光は、フィルタ領域の右側部品（つまり、図２の結合器２０５の右側ポート）を通して出力される。実際の応用では、代わりに、発生したレーザ光は、反射性ＳＯＡ２０１の左側端面を通して出力されてもよい。つまり、本開示のレーザが反射性ＳＯＡ２０１の代わりにフィルタ領域を通してレーザ光を出力することは、レーザ光がパッシブ導波路材を通して出力される際に変調器やコヒーレント受信器等の物質に基づいた他の機能性部品を良好に集積して結合効率を改善することができるという利点をもたらす。

図２に示されるマイクロリング共振器２０３ａと２０３ｂは、シングルマイクロリング共振器の構造を示すものであることに留意されたい。例えば、マイクロリング共振器２０３ａは、リング導波路と、リング導波路の両側の二つの平行な導波路とを含む。マイクロリング共振器（ＭＲＲ，Ｍｉｃｒｏ‐Ｒｉｎｇ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）の両側の導波路は、バス（ｂｕｓ）導波路とも称される。実際の応用では、リング導波路は、他の形状のもの、例えば、レーストラック形状や丸みを帯びた四角形等の形状ともなり得る。また、マイクロリング共振器２０３ａと２０３ｂは、二つの直線導波路の間に配置された複数のリング導波路の列（以下では、マルチマイクロリング共振器と称する）や、複数のカスケード型シングルマイクロリング共振器等の構造ともなり得る。これらの詳細については。図７ａから図７ｂに関して説明することとし、ここで再び詳細を説明することはしない。マイクロリング共振器の具体的な構造は、マイクロリング共振器がフィルタ機能をサポートしている限りは、本願において特に限定されない。比較的広範な波長調整範囲を実現するために、本願の複数のマイクロリング共振器のうち少なくとも二つが異なる自由スペクトル領域（ＦＳＲ，Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ）を有し得ることを当業者は理解しているものであることに留意されたい。また、マイクロリング共振器の構造や具体的な数にかかわらず、本願の波長可変レーザのマイクロリング共振器を単純に二つの部分（又は二つのグループ）に分け得ることにも留意されたい。マイクロリング共振器の一方の部分は、二つの結合器の二つのポートの間（つまり、一つの結合器の一つのポートと他の結合器の一つのポートとの間）に配置され、マイクロリング共振器の他方の部分は、二つの結合器の他の二つのポートの間に配置される。通常、マイクロリング共振器の二つのグループは、種類と数が同じものである。このようにすることの利点は、光信号の結合と出力の効率を増大させることができる点である。例えば、マイクロリング共振器の二つのグループの各々は、一つのシングルマイクロリング共振器である。他の例では、マイクロリング共振器の二つのグループの各々は、Ｎ個のシングルマイクロリング共振器を含む。マイクロリング共振器の二つのグループのマイクロリングの半径は同じでなくてもよいことに留意されたい。

以下、本願の波長を合わせる技術の上述の共通の態様に基づいて、更に添付図面を参照して、本願の実施形態を更に詳細に説明する。以下の本願の実施形態における「第一」、「第二」等の用語は、同様の対象を区別するために用いられるものであって、必ずしも特定の順序や順番を説明するために用いられるものではないことに留意されたい。このように用いられる用語は適切な状況において相互可換であり、本願記載の実施形態が、本願に記載されたいない順序で実施可能であることを理解されたい。また、特に断らない限り、一実施形態における或る技術的特徴についての具体的な説明が、他の実施形態に記載されている対応する技術的特徴を説明するために更に使用され得ることにも留意されたい。例えば、一実施形態における結合器の特定の部品の一例は、他の全ての実施形態における結合器の説明にも当てはまり得る。また、異なる実施形態における部品同士の間の関係性をより明確に反映するため、本願では、同じ参照番号を用いて、異なる実施形態において同じ又は同様の機能を有する部品を表す。

図３は、本願の第一実施形態に係る波長可変レーザ３００の構造的概略図である。図３に示される波長可変レーザ３００は、反射性ＳＯＡ２０１と、三つの結合器（２０２、２０４、２０５）と、二つのマイクロリング共振器（３０３ａ、３０３ｂ）を含む。これら部品の機能と接続関係については、図２の関連する部品の説明を参照することとし、ここで再び詳細を説明することはしない。マイクロリング共振器の構造が限定されない図２とは異なり、本実施形態では、一つのシングルマイクロリング共振器（つまり、３０３ａ）が結合器２０２の一つのポートと結合器２０４の一つのポートとの間に配置され、また、一つのシングルマイクロリング共振器（つまり、３０３ｂ）が、結合器２０２の他のポートと結合器２０４の他のポートとの間に配置される点に留意されたい。また、本実施形態の波長可変レーザ３００は、第一屈折率調整部３０１と、第二屈折率調整部３０２ａと、第三屈折率調整部３０２ｂを更に含む。第一屈折率調整部３０１は位相調整領域とも称され得て、その領域は、外部制御モジュール３０４を用いてその部分を通過する光信号の位相を変更することによって、調整され得る。また、第二屈折率調整部３０２ａと第三屈折率調整部３０２ｂはそれぞれ第一波長調整領域と第二波長調整領域とも称され得る。制御モジュール３０４は、これら二つの領域を調整し、対応するマイクロリング共振器の共振波長を制御して、特定の波長の光信号をマイクロリングを通して所定の出力ポートに出力することができるようにする。具体的には、上記の調整を以下の方法のうちいずれかによって行うことができる：熱による調整、キャリア注入による調整、ピエゾ光学効果による調整。上記三つの調整部の具体的な調整方法は同じであっても異なってもよく、この点は本願において限定されない点に留意されたい。具体的な一実施形態では、同じ調整方法を用いて、三つの調整部を調整し、製造と制御の複雑さを低減し得る。図３に示される位相調整領域は単に一例であることに留意されたい。具体的な一実施形態では、その位相調整領域は、フィルタ領域のマイクロリング以外の箇所に配置され得る。また、制御モジュール３０４は、特定の波長を有するレーザ光を出力するように波長可変レーザに対する波長調整を行うように構成される点にも留意されたい。モジュールが、プロセッサ、デジタルアナログ変換器、アナログデジタル変換器、メモリ等のデバイスを通常含むことを当業者は理解できるものである。また、モジュールは、回路を用いて、波長可変レーザ３００の調整部に接続される。任意選択的に、制御モジュール３０４は、波長可変レーザ３００の一部としても用いられて、その全体を成す。簡潔にするため、屈折率調整部のことを、以下の実施形態では、単純に調整部や機能名（つまり、位相調整領域、波長調整領域）と称する。

任意選択的に、図３において、反射性ＳＯＡ２０１の左側端面が高反射性コーティングでメッキされ、反射性ＳＯＡ２０１の右側端面が反射防止コーティングでメッキされる。このようにすることの利点は、より多くの光信号がフィルタ領域に入射して、最終的な出力光信号の出力効率を改善することができる点である。

特に、本実施形態における三つの結合器と二つのマイクロリング共振器の具体的な物質は、以下の物質のいずれか一つであり得る：シリコン、窒化シリコン、二酸化シリコン、ポリマー材。物質技術の発展に伴い、将来開発される新規物質や、現在研究されているが市販されていない物質を用いても上記部品が製造可能になることを当業者は理解できるものである。

具体的には、結合器２０２と結合器２０５の両方が、Ｙ字形構造又はマルチモード干渉計（ＭＭＩ，Ｍｕｌｔｉ‐Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）構造のものであり得る。結合器２０４は、方向性結合器構造又はマルチモード干渉計（ＭＭＩ）構造のものであり得る。また、出力効率を可能な限り改善するため、結合器２０２と結合器２０５の結合係数を同じ又は同様に設定する。例えば、結合器２０２と結合器２０５の結合係数は３ｄＢ（つまり、５０％：５０％）に設定され得る。結合器２０４の結合係数は、レーザの出力効率の要求に基づいて設計され得る。実際の応用では、結合器２０４の結合係数は、他のシステム設計要求（例えば、レーザの閾値電流や出力パワー）を参照して更に設定され得るが、この点は本願において特に限定されない。

本実施形態で提供される波長可変レーザの構造によると、対称な設計（例えば、結合器２０２と結合器２０５）を用いて、フィルタ領域によって出力される光信号を効果的に集めて出力することができる。その構造は単純であり、光信号の出力効率を改善することができる。

図４は、本願の第二実施形態に係る波長可変レーザ４００の概略的構造図である。図４に示される波長可変レーザ４００は、反射性ＳＯＡ２０１と、三つの結合器（２０２、２０４、２０５）と、二つのマイクロリング共振器（３０３ａ、３０３ｂ）と、三つの調整部（３０１、３０２ａ、３０２ｂ）と、他のＳＯＡ４０１とを含む。反射性ＳＯＡ２０１と、三つの結合器（２０２、２０４、２０５）と、二つのマイクロリング共振器（３０３ａ、３０３ｂ）と、三つの調整部（３０１、３０２ａ、３０２ｂ）の機能と位置関係は、図２及び図３において説明しているので、ここで再び詳細を説明することはしない。第一実施形態で提供される波長可変レーザの構造と異なり、本実施形態において提供される波長可変レーザ４００においては、他のＳＯＡ４０１が結合器２０５の出力ポートに更に接続される。その増幅器の機能は、結合器２０５から出力された光信号を更に増幅して、光信号の出力パワーを改善することである。任意選択的に、ＳＯＡ４０１の二つの端面のいずれかが、反射防止コーティングでメッキされて、レーザの安定性に対するＳＯＡ４０４の端面から反射された光の影響を低減し得る。

本実施形態で提供される波長可変レーザの構造によると、対称な設計を用いて、フィルタ領域によって出力された光信号を効果的に集めて出力することができる。その構造は単純であり、光信号の出力効率を改善することができる。また、ＳＯＡを用いることによって、光信号の出力パワーを更に増大させることができる。

図５は、本願の第三実施形態に係る波長可変レーザ５００の概略的構造図である。図５に示される波長可変レーザ５００は、反射性ＳＯＡ２０１と、三つの結合器（２０２、２０４、２０５）と、二つのマイクロリング共振器（３０３ａ、３０３ｂ）と、三つの調整部（３０１、３０２ａ、３０２ｂ）と、二つの光検出器（ＰＤ，Ｐｈｏｔｏ‐Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）（５０１ａ、５０１ｂ）を含む。反射性ＳＯＡ２０１と、三つの結合器（２０２、２０４、２０５）と、二つのマイクロリング共振器（３０３ａ、３０３ｂ）と、三つの調整部（３０１、３０２ａ、３０２ｂ）の機能と位置関係は、図２及び図３において説明しているので、ここで再び詳細を説明することはしない。第一実施形態で提供される波長可変レーザの構造と異なり、本実施形態で提供される波長可変レーザ５００では、二つのマイクロリング共振器の各々の一つのポートが一つのＰＤに接続される。具体的には、マイクロリング共振器３０３ａの左側バス導波路の上側ポートがＰＤ５０１ａに接続され、マイクロリング共振器３０３ｂの左側バス導波路の下側ポートがＰＤ５０１ｂに接続される。また、二つのＰＤの出力端は、回路を用いて制御モジュール５０２に更に接続される。二つのＰＤは、二つのＰＤに接続されたマイクロリングの監視用光パワー情報を得て、波長可変レーザによって出力される目標波長とマイクロリングの共振波長を合わせるように構成される。これは、レーザの出力パワーを改善し、レーザをより安定に動作させる。以下、ＰＤを用いて出力波長を調整するプロセスを説明する。以下の例では、ＰＤが監視用電流を取得する例を用いて更に説明する。

本実施形態では、ＰＤ５０１ａとＰＤ５０１ｂに接続されたマイクロリング共振器のポートは、単に、直線状ポートと称される。マイクロリング共振器３０３ａを例として用いいると、マイクロリング共振器の左側バス導波路の下側ポートからマイクロリング共振器に入射する光信号が、マイクロリングの電流共振波長と合わせられた際に、直線状ポートにおける光信号の透過率が最小になる。従って、直線状ポートにおいてＰＤによって検出可能な電流が最小になる。制御モジュールが、特定の調整方法、例えば熱による調整で第二調整部３０２ａに少量の変化（以下では、「摂動信号」と称する）を適用すると、マイクロリングの共振波長にも比較的小さな変化が生じる。これに応じて、直線状ポートにおいてＰＤによって検出可能な電流も、摂動信号の変化と共に変化する。従って、制御モジュールは、この対応関係に基づいて各マイクロリング共振器の共振波長を正確に調整し、光信号とマイクロリングの共振波長を合わせ、レーザの出力パワーを改善し、レーザをより安定して動作させることができる。

制御モジュールによって用いられる調整方法が異なると、マイクロリングの共振波長の変化の向きが異なり得ることに留意されたい。例えば、熱による調整において電圧調整を用いてマイクロリングが加熱されると、対応するマイクロリングの共振波長値が、電圧が増大するにつれて増大する。他の例として、キャリア注入による調整を用いる場合、対応する波長値は、キャリア注入濃度が増大するにつれて減少する。以下の例では、熱による調整を例に用いて更に説明する。以下の例では、シングルマイクロリング共振器が用いられている点に留意されたい。以下の分析が他の種類のマイクロリング共振器やマイクロリング共振器グループにも当てはまることを当業者は理解するものである。図６は、摂動信号と、直線状ポートの透過率と、ＰＤの電流との間の変化の関係性の概略図である。図面から、直線状ポートの透過率が、制御モジュールによって印加される電圧が変化するにつれて変化することが見て取れる。第二曲線が、制御モジュールが一定電圧値を印加する際の直線状ポートの透過率に対応するものとする。この場合、第一曲線と第三曲線は、制御モジュールがその一定電圧値未満の電圧値とその一定電圧値超の電圧値を印加する際の直線状ポートの光信号透過率に対応する。図６から、ＰＤによって出力される電流が、摂動信号の振幅が変化するにつれて変化することも見て取れる。図６に示されるように、レーザの電流出力波長はマイクロリングの共振波長からの小さな逸脱を有し、つまり、レーザの出力波長はマイクロリングの共振波長よりも僅かに大きいものとする。この場合、ＰＤによって検出される電流振幅は、摂動信号の振幅の変化とは逆に変化する。従って、制御モジュールが、ＰＤから得られた電流信号を、マイクロリングに印加された摂動信号と混合して、高周波信号をフィルタリング除去した後においては、ＰＤの電流信号と摂動信号が逆位相にあるので、得られたエラー信号は負の値になる。同様に、レーザの出力波長がマイクロリングの共振波長よりも僅かに小さいと、制御モジュール５０２によって得られるエラー信号は正の値になる。上記説明から、レーザの電流出力波長とマイクロリングの共振波長との間の相対的関係性が、制御モジュールによって得られるエラー信号の正又は負の値に基づいて決定可能であることが分かる。従って、制御モジュール５０２は、マイクロリングに印加された一定電圧を調整し、レーザの出力波長をマイクロリングの共振波長に合わせるようにする。例えば、図６において、制御モジュール５０２が、得られたエラー信号が負の値であると決定する場合、レーザの電流出力波長がマイクロリング共振器の共振波長よりも大きいと決定することができる。この場合、印加される一定電圧を増大させることによって、これら二つの波長を合わせることができる。具体的な実施形態では、二分法や他の方法を用いることによって、各マイクロリング共振器を調整することができるが、具体的な方法は本願において特に限定されない。

任意選択的に、第二実施形態と同様に、本実施形態においても他のＳＯＡを追加して、光信号の出力パワーを増大させることができる。

本実施形態で提供される波長可変レーザの構造によると、対称な設計を用いて、フィルタ領域によって出力される光信号を効果的に集めて出力することができる。その構造は単純であり、光信号の出力効率を改善することができる。また、光検出器を追加することによって、レーザの出力波長とマイクロリング共振器の共振波長との間のより正確で動的な調整という目的が達成され、光信号の出力パワーを更に増大させ、レーザをより安定して動作させることができる。

図７ａと図７ｂは、本願の第四実施形態に係る二つの波長可変レーザ６００と７００の概略的構造図である。図７ａに示される波長可変レーザ６００は、反射性ＳＯＡ２０１と、三つの結合器（２０２、２０４、２０５）と、二つのマイクロリング共振器（６０１ａ、６０１ｂ）と、複数の調整部（３０１、６０２ａ、６０２ｂ）と、制御モジュール６０３を含む。反射性ＳＯＡ２０１と、三つの結合器（２０２、２０４、２０５）と、複数の調整部と、制御モジュール６０３の機能と位置関係は図２及び図３のものと同様であり、関連する説明を参照することとして、ここで再び詳細を説明することはしない。第一実施形態と比較して、本実施形態で提供される第一波長可変レーザは複数の相違点を有する。第一に、本波長可変レーザは制御モジュールを含むが、任意選択的に、波長可変レーザの制御モジュールと他の部分が、二つの異なる製造業者によって製造され得て、その後、組み合わせられて実際に使用され得ることを当業者は理解するものである。第二に、波長チューナのマイクロリング共振器はマルチマイクロリング共振器である。つまり、一つの共振器が複数のマイクロリングを含む。第三に、マイクロリング共振器の種類が異なるので、制御モジュール６０３が制御する必要があるマイクロリングの数も異なる。例えば、一つのマルチマイクロリング共振がＮ個のマイクロリングを含む場合、制御モジュール６０３は２Ｎ個のマイクロリングを制御する必要がある。図面は、マイクロリングの全ての調整部の個数を示すものではなく、二つの例として６０２ａと６０２ｂのみが与えられていることに留意されたい。

図７ｂに示される波長可変レーザ７００は、反射性ＳＯＡ２０１と、三つの結合器（２０２、２０４、２０５）と、複数のマイクロリング共振器（７０１ａ、７０１ｂ）と、複数の調整部（３０１、３０２ａ、３０２ｂ）を含む。反射性ＳＯＡ２０１と、三つの結合器（２０２、２０４、２０５）と、複数の調整部の機能と位置関係は図３のものと同様であり、関連する説明を参照することとして、ここで再び詳細を説明することはしない。第一実施形態からの主な相違点は、本実施形態で提供される第二波長可変レーザが二つよりも多くのマイクロリング共振器を含む点である。具体的には、７０１ａはマイクロリング共振器グループを表す。マイクロリング共振器グループは、二つ以上のカスケード型シングルマイクロリング共振器を含む。具体的には、二つのマイクロリング共振器のバス導波路同士が、図７ｂに示される導波路を用いて接続され得る。７０１ｂは７０１ａと同様のものであり、ここで再び詳細を説明することはしない。任意選択的に、マイクロリング共振器グループは以下のうちのいずれか一つであり得る：複数のカスケード型マイクロリング共振器、ハイブリッド方式でカスケード接続された複数のシングルマイクロリング共振器又はマルチマイクロリング共振器等。具体的に含まれるマイクロリング共振器の種類は本願において特に限定されない。これに応じて、制御モジュール７０２は複数のマイクロリングを制御する必要がある。カスケード型マイクロリング共振器のうち二つのマイクロリング共振器の調整部、つまり３０２ａと３０２ｂのみが図示されている。

任意選択的に、図７に示される波長可変レーザは、図５に示されるＰＤ構造を更に含んで、レーザの出力波長とマイクロリング共振波長を合わせ得る。具体的には、図７ａの構造の場合、ＰＤは、二つのマルチマイクロリング共振器の左側バス導波路の上側ポートに直接接続され得る。任意選択的に、図７ｂの構造の場合、ＰＤは、第一共振器グループの複数のマイクロリング共振器のうちの各マイクロリング共振器の左側バス導波路の上側ポートと、第二共振器グループの複数のマイクロリング共振器のうちの各マイクロリング共振器の左側導波路の下側ポートに直接接続され得る。波長合わせの原理は図５で説明したものと同様であるので、ここで再び詳細を説明することはしない。

任意選択的に、第二実施形態と同様に、一つのＳＯＡを本実施形態の二つの波長可変レーザにそれぞれ追加して、出力光パワーを増大させ得る。

本実施形態で提供される波長可変レーザの構造によると、対称な設計を用いて、フィルタ領域によって出力される光信号を効果的に集めて出力することができる。その構造は単純であり、光信号の出力効率を改善することができる。

図８は、本願の第五実施形態に係る波長可変レーザ８００の概略的構造図である。図８に示される波長可変レーザ８００は、反射性ＳＯＡ２０１と、三つの結合器（２０２、２０４、２０５）と、二つのマイクロリング共振器（３０３ａ、３０３ｂ）を含む。これら部品の機能と接続関係については、図２及び図３の関連する部品の説明を参照することとして、ここで再び詳細を説明することはしない。本実施形態のマイクロリング構造は、他の実施形態で説明したマイクロリング構造と置換可能であることに留意されたい。本実施形態の波長可変レーザ８００は、第一屈折率調整部３０１と、第二屈折率調整部３０２ａと、第三屈折率調整部３０２ｂと、第四屈折率調整部８０１とを更に含む。最初の三つの調整部の説明については、第一実施形態の関連する説明を参照することとして、ここで再び詳細を説明することはしない。本実施形態と第一実施形態との間の主な相違点は、本実施形態が第四屈折率調整部８０１を更に含む点である。この調整部は、その部分を通過する光信号の光場位相を調整するように構成される。実際のレーザ製造プロセスでは、マイクロリング共振器３０３ａによって結合器２０４に出力される光信号の位相は、マイクロリング共振器３０３ｂによって結合器２０４に出力される光信号の位相と異なるものとなり得る。その後、異なる位相の光信号が結合されると、エネルギー損失が起こり得る。この問題を解決するため、位相調整領域（つまり、第四屈折率調整部８０１）を追加して、結合器２０５に入力される光信号の位相を同じにすることによって、出力パワーを増大させ得る。第四屈折率調整部８０１の位置は図８に示される例に限定されず、代わりに、第四屈折率調整部８０１を、結合器２０５に接続される結合器２０４の他のポートに配置してもよいことに留意されたい。

任意選択的に、第二実施形態と同様に、一つのＳＯＡを本実施形態の波長可変レーザに追加して、出力光パワーを増大させ得る。

任意選択的に、図８に示される波長可変レーザは、図５に示されるＰＤ構造を更に含み、レーザの出力波長とマイクロリング共振波長を合わせ得る。

本実施形態で提供される波長可変レーザの構造によると、対称な設計を用いて、フィルタ領域によって出力される光信号を効果的に集めて出力することができる。その構造は単純であり、光信号の出力効率を改善することができる。また、位相調整領域を追加することによって、プロセスデザインによって引き起こされるエラーが回避され、光信号の出力パワーが更に増大する。

上記実施形態の制御モジュールが、ハードウェア、又は関連ハードウェアに命令するプログラムによって実現可能であることを当業者は理解するものである。プログラムはコンピュータ可読記憶媒体に記憶され得る。記憶媒体はリードオンリメモリ、ランダムアクセスメモリ等であり得る。具体的には、例えば、ハードウェア（プロセッサ）は、中央処理ユニット、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ，Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ，Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、他のプログラマブル論理デバイス、トランジスタ論理デバイス、ハードウェア部品、又はこれらの組み合わせであり得る。制御モジュールの機能がハードウェアによって行われるかソフトウェアによって行われるのかは、具体的な応用と、技術的解決策の設計制約条件に依存する。当業者は、具体的な各応用について記載の機能を実現するための多様な方法を用いることができるものであり、その実現は本願の範囲を超えるものではない。

制御モジュールがソフトウェアによって実現される場合、上記実施形態の方法ステップは、コンピュータプログラムプロダクトとして完全に又は部分的に行われ得る。コンピュータプログラムプロダクトは一つ以上のコンピュータ命令を含む。コンピュータプログラム命令がコンピュータにロードされて実行されると、本願の実施形態に係る手順又は機能が全て又は部分的に生成される。コンピュータは汎用コンピュータ、専用コンピュータ、コンピュータネットワーク、又は他のプログラマブル装置であり得る。コンピュータ命令は、コンピュータ可読記憶媒体に記憶されるか、又は、或るコンピュータ可読記憶媒体から他のコンピュータ可読記憶媒体に送信されるものであり得る。例えば、コンピュータ命令は、ウェブサイト、コンピュータ、サーバ、データセンターから、他のウェブサイト、コンピュータ、サーバ、データセンタに有線（例えば、同軸ケーブル、光ファイバ、デジタル加入者回線（ＤＳＬ，Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ））又は無線（例えば、赤外線、ラジオ、マイクロ波）で送信され得る。コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータ、データ記憶デバイス、例えば、サーバ、データセンターによってアクセス可用媒体であり、一つ以上の可用媒体を統合し得る。可用媒体は、磁気媒体（例えば、フロッピーディスク、ハードディスク、磁気テープ）、光媒体（例えば、ＤＶＤ）、半導体媒体（例えば、固体ドライブ、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ，Ｓｏｌｉｄ‐Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ））等であり得る。

最後に、上記説明は、単に本願の特定の実施形態に過ぎず、本願の保護範囲を限定するものではないことに留意されたい。多様は修正や置換が当業者には容易に理解できるものであり、本願の保護範囲内に落とし込まれるものである。従って、本願の保護範囲は特許請求の範囲の記載の保護範囲とされるものである。

２００ 波長可変レーザ
２０１ 半導体光増幅器（ＳＯＡ）
２０２ 結合器
２０３ マイクロリング共振器
２０４ 結合器
２０５ 結合器
３００ 波長可変レーザ
３０１ 屈折率調整部
３０２ 屈折率調整部
３０３ マイクロリング共振器
３０４ 制御モジュール
４００ 波長可変レーザ
４０１ 半導体光増幅器（ＳＯＡ）
５００ 波長可変レーザ
５０１ 光検出器（ＰＤ）
５０２ 制御モジュール
６００ 波長可変レーザ
６０１ マルチマイクロリング共振器
６０２ 屈折率調整部
６０３ 制御モジュール
７００ 波長可変レーザ
７０１ マイクロリング共振器グループ
７０２ 制御モジュール
８００ 波長可変レーザ
８０１ 屈折率調整部

Claims (15)

1. 反射性半導体光増幅器と、三つの結合器と、少なくとも二つのマイクロリング共振器とを備える波長可変レーザであって、
   前記三つの結合器が第一結合器と第二結合器と第三結合器を備え、前記第一結合器が第一ポートと第二ポートと第三ポートを備え、前記第二結合器が第一ポートと第二ポートと第三ポートと第四ポートを備え、前記第三結合器が三つのポートを備え、
   前記反射性半導体光増幅器が前記第一結合器の第一ポートに接続され、前記少なくとも二つのマイクロリング共振器のうちいくつかのマイクロリング共振器が前記第一結合器の第二ポートと前記第二結合器の第一ポートとの間に配置され且つ前記少なくとも二つのマイクロリング共振器のうち他のマイクロリング共振器が前記第一結合器の第三ポートと前記第二結合器の第二ポートとの間に配置され、前記第二結合器の第三ポートと第四ポートが前記第三結合器の二つのポートに接続されていて、
   前記少なくとも二つのマイクロリング共振器の各々の一つのポートが一つの光検出器に接続され、前記光検出器が、各マイクロリング共振器の光パワー情報を得て、前記波長可変レーザによって出力される目標波長と該マイクロリング共振器の共振波長とを合わせるように構成されている、波長可変レーザ。
2. 前記第一結合器の結合係数が前記第三結合器の結合係数と同じである、請求項１に記載の波長可変レーザ。
3. 前記少なくとも二つのマイクロリング共振器のうちいくつかのマイクロリング共振器が、前記第一結合器の第二ポートと前記第二結合器の第一ポートとの間に配置され且つ前記少なくとも二つのマイクロリング共振器のうち他のマイクロリング共振器が前記第一結合器の第三ポートと前記第二結合器の第二ポートとの間に配置されることが、
   前記少なくとも二つのマイクロリング共振器が第一マイクロリング共振器と第二マイクロリング共振器を備えることと、
   前記第一結合器の第二ポートが前記第一マイクロリング共振器の一つの導波路に接続され、前記第二結合器の第一ポートが前記第一マイクロリング共振器の他の導波路に接続されることと、
   前記第一結合器の第三ポートが前記第二マイクロリング共振器の一つの導波路に接続され、前記第二結合器の第二ポートが前記第二マイクロリング共振器の他の導波路に接続されることと、を含む、請求項１又は２に記載の波長可変レーザ。
4. 前記第一マイクロリング共振器と前記第二マイクロリング共振器のいずれかが一つ以上のマイクロリングを備える、請求項３に記載の波長可変レーザ。
5. 前記少なくとも二つのマイクロリング共振器のうちいくつかのマイクロリング共振器が、前記第一結合器の第二ポートと前記第二結合器の第一ポートとの間に配置され且つ前記少なくとも二つのマイクロリング共振器のうち他のマイクロリング共振器が前記第一結合器の第三ポートと前記第二結合器の第二ポートとの間に配置されることが、
   前記少なくとも二つのマイクロリング共振器が第一マイクロリング共振器と第二マイクロリング共振器と第三マイクロリング共振器と第四マイクロリング共振器を備えることと、
   前記第一結合器の第二ポートが第一マイクロリング共振器の一つの導波路に接続され、前記第二結合器の第一ポートが前記第二マイクロリング共振器の一つの導波路に接続されることと、
   前記第一結合器の第三ポートが前記第三マイクロリング共振器の一つの導波路に接続され、前記第二結合器の第二ポートが第四マイクロリング共振器の一つの導波路に接続されることと、を含む、請求項１又は２に記載の波長可変レーザ。
6. 前記第一マイクロリング共振器が前記第二マイクロリング共振器に接続され、前記第三マイクロリング共振器が前記第四マイクロリング共振器に接続されている、請求項５に記載の波長可変レーザ。
7. 一つ以上のマイクロリング共振器が、前記第一マイクロリング共振器と前記第二マイクロリング共振器との間に、又は、前記第三マイクロリング共振器と前記第四マイクロリング共振器との間に配置されている、請求項５に記載の波長可変レーザ。
8. 前記第一マイクロリング共振器と前記第二マイクロリング共振器と前記第三マイクロリング共振器と前記第四マイクロリング共振器のいずれかが一つ以上のマイクロリングを備える、請求項５から７のいずれか一項に記載の波長可変レーザ。
9. 前記第三結合器の他のポートが他の半導体光増幅器に接続されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の波長可変レーザ。
10. 前記他の半導体光増幅器の両端面が反射防止コーティングでメッキされている、請求項９に記載の波長可変レーザ。
11. 前記波長可変レーザが一つの屈折率調整部を更に備え、前記少なくとも二つのマイクロリング共振器の各々に他の屈折率調整部が設けられている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の波長可変レーザ。
12. 前記一つの屈折率調整部と前記他の屈折率調整部の調整方法が、熱的による調整方法と、キャリア注入による調整方法と、ピエゾ光学効果による調整方法とのうちのいずれかである、請求項１１に記載の波長可変レーザ。
13. 前記波長可変レーザが波長調整制御回路を更に備え、前記波長調整制御回路が、前記反射性半導体光増幅器と、前記一つの屈折率調整部と、前記他の屈折率調整部との電流を制御するように構成されている、請求項１１又は１２に記載の波長可変レーザ。
14. 前記三つの結合器と前記少なくとも二つのマイクロリング共振器と導波路が、シリコンと窒化シリコンと二酸化シリコンとポリマー材のうちいずれかを備える、請求項１から１３のいずれか一項に記載の波長可変レーザ。
15. 前記第一結合器と前記第三結合器の両方がＹ字形構造又はマルチモード干渉計構造の結合器であり、前記第二結合器が方向性結合器構造又はマルチモード干渉計構造の結合器である、請求項１から１４のいずれか一項に波長可変レーザ。

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