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JP2015060944A - Wavelength control filter and wavelength variable laser - Google Patents

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JP2015060944A
JP2015060944A JP2013193596A JP2013193596A JP2015060944A JP 2015060944 A JP2015060944 A JP 2015060944A JP 2013193596 A JP2013193596 A JP 2013193596A JP 2013193596 A JP2013193596 A JP 2013193596A JP 2015060944 A JP2015060944 A JP 2015060944A
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wavelength
light
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laser
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JP2013193596A
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Japanese (ja)
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佐藤 健二
Kenji Sato
健二 佐藤
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To stably output high-quality light by suppressing fluctuations of an internal loss that accompanies an operation of controlling wavelength.SOLUTION: A wavelength control filter 10 includes: filter means 20 that has a flat-top light transmittance characteristic with respect to wavelengths and transmits light at a predetermined mode interval; phase adjustment means 30 that adjusts a phase of light by changing an optical length; reflection means 40 that totally reflects light input via the filter means and the phase adjustment means; and phase control means 50 that detects a phase of the light output from the filter means 20 and controls the phase adjustment means 30 based on the detection result.

Description

本発明は、所望の波長光を出力できる波長制御フィルタおよび所望のレーザ発振波長を選択できる波長可変レーザに関する。   The present invention relates to a wavelength control filter capable of outputting light having a desired wavelength and a wavelength tunable laser capable of selecting a desired laser oscillation wavelength.

光通信システムの大容量化に対応する技術の一つに、光波長分割多重(WDM:Wavelength Division Multiplexing)システムがある。WDMシステムにおいては、搬送波長の異なる複数の光信号を1つの光ファイバに乗せて同時に伝送する。例えば、1チャンネル当たり10ギガビット/秒で変調し、100チャンネル分を1つの共通な光ファイバによって伝送すれば、通信容量は1テラビット/秒に達する。しかし、WDMシステムにおいては、搬送波長ごとにレーザ装置を準備する必要があり、100チャンネルに対して100種類のレーザ装置を準備する場合、コストが高くなる。   One of the technologies for increasing the capacity of an optical communication system is an optical wavelength division multiplexing (WDM) system. In the WDM system, a plurality of optical signals having different carrier wavelengths are transmitted simultaneously on one optical fiber. For example, if modulation is performed at 10 gigabits / second per channel and 100 channels are transmitted by one common optical fiber, the communication capacity reaches 1 terabit / second. However, in the WDM system, it is necessary to prepare laser devices for each carrier wavelength, and when 100 types of laser devices are prepared for 100 channels, the cost increases.

一方、近年の中長距離光通信においては、EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifiers)によって増幅できるC帯(1530〜1570nm)の通信帯域が広く用いられる。また、使用される光ファイバの種類によっては、L帯(1570〜1610nm)の通信帯域が用いられる。従って、一般的な中長距離光通信用のWDMシステムにおいては、C帯(またはL帯)の波長全体を1台のレーザで対応できる波長可変レーザが用いられる。   On the other hand, in the medium and long distance optical communication in recent years, a communication band of C band (1530 to 1570 nm) that can be amplified by EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifiers) is widely used. Depending on the type of optical fiber used, a communication band of L band (1570 to 1610 nm) is used. Therefore, in a general WDM system for medium and long distance optical communication, a wavelength tunable laser that can handle the entire wavelength in the C band (or L band) with a single laser is used.

一般的な中長距離光通信用のWDMシステムに適用される波長可変レーザの一つに、外部共振器型の波長可変レーザがある。外部共振器型波長可変レーザは、半導体光増幅器(SOA:Semiconductor Optical Amplifier)と外部反射鏡とを用いて共振器を形成し、共振器内に波長可変フィルタを挿入することによって波長を選択する。外部共振器型波長可変レーザは、例えば、特許文献1、2に開示されており、比較的容易にC帯(またはL帯)の波長全域に対応できる。   One of tunable lasers applied to a general WDM system for medium and long distance optical communication is an external resonator type tunable laser. An external resonator type tunable laser forms a resonator using a semiconductor optical amplifier (SOA) and an external reflecting mirror, and selects a wavelength by inserting a tunable filter in the resonator. The external resonator type wavelength tunable laser is disclosed in, for example, Patent Documents 1 and 2, and can handle the entire wavelength band of the C band (or L band) relatively easily.

特許文献1の波長可変レーザの概略構成図を図8に示す。特許文献1の波長可変レーザ900は、半導体光増幅器910、波長可変フィルタ920、および、波長可変フィルタ920の一端に貼り付けられた高反射コーティング膜930によって構成される。波長可変フィルタ920には、互いに異なる光路長を有するリングフィルタ922、923が光学的結合手段を介して連結された多重リングフィルタ921が配置されている。波長可変フィルタ920の第1のポート924は、端面に無反射コーティング926が施され、外部に配置された半導体光増幅器910と光学的に結合されている。一方、波長可変フィルタ920の第2のポート925の端面には高反射コーティング膜930が施され、波長可変フィルタ920からの光を全反射する。   FIG. 8 shows a schematic configuration diagram of the wavelength tunable laser disclosed in Patent Document 1. In FIG. A wavelength tunable laser 900 disclosed in Patent Document 1 includes a semiconductor optical amplifier 910, a wavelength tunable filter 920, and a highly reflective coating film 930 attached to one end of the wavelength tunable filter 920. The tunable filter 920 is provided with a multiple ring filter 921 in which ring filters 922 and 923 having different optical path lengths are connected via an optical coupling means. The first port 924 of the wavelength tunable filter 920 has an antireflection coating 926 on its end surface, and is optically coupled to a semiconductor optical amplifier 910 disposed outside. On the other hand, a highly reflective coating film 930 is applied to the end face of the second port 925 of the wavelength tunable filter 920 to totally reflect light from the wavelength tunable filter 920.

図8に示した特許文献1の波長可変レーザ900は、熱変化等のチューニングによってリングフィルタ922、923を共振させ、共振波長の光を合波および分波することによって波長制御する。さらに波長可変レーザ900は、ある程度の範囲で位相を変化させて局所的な最大出力が得られる位相に制御することにより、リングフィルタ922、923のピーク波長と一致させる。   The wavelength tunable laser 900 of Patent Document 1 shown in FIG. 8 resonates the ring filters 922 and 923 by tuning such as thermal change, and performs wavelength control by multiplexing and demultiplexing light having resonance wavelengths. Further, the wavelength tunable laser 900 is made to coincide with the peak wavelengths of the ring filters 922 and 923 by changing the phase within a certain range and controlling the phase to obtain a local maximum output.

上述のように構成された図8の波長可変レーザ900は、バーニア効果によって大きな自由スペクトル間隔(FSR:Free Spectral Range)を得ることができる。ここで、バーニア効果とは、光路長が異なる複数の共振器を組み合わせた時に、共振周波数が各共振器の最小公倍数の周波数になる現象である。複数の共振器を組み合わせた多重光共振器は、このバーニア効果を利用することにより、FSRが見かけ上共振周波数(各共振器の共振周波数の最小公倍数)となり、単一の共振器を用いる場合と比較して、わずかな屈折率変化で広い範囲の周波数特性制御を行うことができる。   The wavelength tunable laser 900 of FIG. 8 configured as described above can obtain a large free spectral range (FSR) due to the vernier effect. Here, the vernier effect is a phenomenon in which when a plurality of resonators having different optical path lengths are combined, the resonance frequency becomes the frequency of the least common multiple of each resonator. Multiple optical resonators combining a plurality of resonators use this vernier effect to make the FSR appear to have a resonant frequency (the least common multiple of the resonant frequency of each resonator) and use a single resonator. In comparison, a wide range of frequency characteristic control can be performed with a slight change in refractive index.

なお、このタイプの波長可変レーザは、基本特性の大部分が波長可変フィルタによって決まるため、優れた特性を有する様々な波長可変フィルタが開発されている。例えば、特許文献3にはエタロンを回転させるフィルタが、特許文献4には回折格子を回転させるフィルタが、特許文献5には音響工学フィルタや誘電体フィルタが、特許文献6にはマッハツェンダーMZ構造のフィルタが、特許文献7には複数のリングフィルタを組み合わせたリング共振器付きフィルタが、開示されている。   In addition, since most of the basic characteristics of this type of wavelength tunable laser are determined by the wavelength tunable filter, various wavelength tunable filters having excellent characteristics have been developed. For example, Patent Document 3 discloses a filter for rotating an etalon, Patent Document 4 discloses a filter for rotating a diffraction grating, Patent Document 5 discloses an acoustic engineering filter and a dielectric filter, and Patent Document 6 describes a Mach-Zehnder MZ structure. Patent Document 7 discloses a filter with a ring resonator in which a plurality of ring filters are combined.

特開2006−245344号公報JP 2006-245344 A WO2009/119284WO2009 / 119284 特開平04−069987号公報Japanese Patent Laid-Open No. 04-069987 特開平05−48220号公報JP 05-48220 A 特開2000−261086号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2000-261086 特表2009−545016号公報Special table 2009-545016 gazette 特開2000−298215号公報JP 2000-298215 A

図8に示した波長可変レーザ900においては、多重リングフィルタ921を用いて所望の波長の光を選択することに加えて、一定範囲内で位相を変化させることによって、選択した光がレーザの発振条件を満足するように波長を微調している。しかし、波長可変レーザ900においては、多重リングフィルタ921を構成するリングフィルタ922、923がローレンツィアン型の光透過特性を有することから、位相を変化させることによってレーザの内部損失が変動する。   In the tunable laser 900 shown in FIG. 8, in addition to selecting light of a desired wavelength using the multiple ring filter 921, the selected light is oscillated by changing the phase within a certain range. The wavelength is fine tuned to satisfy the conditions. However, in the wavelength tunable laser 900, since the ring filters 922 and 923 constituting the multiple ring filter 921 have a Lorentzian light transmission characteristic, the internal loss of the laser fluctuates by changing the phase.

レーザの内部損失が変動すると、レーザのしきい値キャリア密度が変動し、波長可変レーザ900から出力される光出力が変動して基本特性が悪化する。さらに、レーザのしきい値キャリア密度の上昇は、レーザの基本特性である微分利得の低下につながり、反射戻り光への耐性が弱まる。波長の微調は頻繁に行う必要があることから、図8に示した波長可変レーザ900は、一定出力の高品質のレーザ光を安定的に出力することが困難である。   When the internal loss of the laser fluctuates, the threshold carrier density of the laser fluctuates, the light output output from the wavelength tunable laser 900 fluctuates, and the basic characteristics deteriorate. Furthermore, an increase in the threshold carrier density of the laser leads to a decrease in differential gain, which is a basic characteristic of the laser, and the resistance to reflected return light is weakened. Since it is necessary to finely adjust the wavelength frequently, it is difficult for the tunable laser 900 shown in FIG. 8 to stably output a high-quality laser beam with a constant output.

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、波長制御動作に伴う内部損失の変動を抑制して、高品質な光を安定的に出力できる、波長制御フィルタおよび波長可変レーザを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides a wavelength control filter and a wavelength tunable laser capable of stably outputting high-quality light by suppressing fluctuations in internal loss associated with wavelength control operation. For the purpose.

上記目的を達成するために本発明に係る波長制御フィルタは、波長に対しフラットトップな光透過特性を有し、所定のモード間隔の光を透過するフィルタ手段と、光学長を変化させることによって、光の位相を調整する位相調整手段と、フィルタ手段および位相調整手段を介して入力された光を全反射する反射手段と、フィルタ手段から出力された光の位相を検出し、検出結果に基づいて位相調整手段を制御する位相制御手段と、を備える。   In order to achieve the above object, the wavelength control filter according to the present invention has a light transmission characteristic that is flat-topped with respect to the wavelength, and by changing the optical length by filter means that transmits light of a predetermined mode interval, A phase adjusting means for adjusting the phase of the light, a reflecting means for totally reflecting the light input through the filter means and the phase adjusting means, and a phase of the light output from the filter means, and based on the detection result Phase control means for controlling the phase adjustment means.

上記目的を達成するために本発明に係る波長可変レーザは、入力された光を増幅する光増幅手段と、増幅された光が入力し、所定のモード間隔の光を透過する上記の波長制御フィルタと、を備える。   In order to achieve the above object, a wavelength tunable laser according to the present invention includes an optical amplifying unit that amplifies input light, and the wavelength control filter that receives the amplified light and transmits light having a predetermined mode interval. And comprising.

上述した本発明の態様によれば、波長制御動作に伴う内部損失の変動を抑制して、高品質な光を安定的に出力できる波長制御フィルタおよび波長可変レーザを提供する。   According to the above-described aspect of the present invention, it is possible to provide a wavelength control filter and a wavelength tunable laser capable of stably outputting high-quality light by suppressing fluctuations in internal loss accompanying the wavelength control operation.

第1の実施形態に係る(a)波長制御フィルタ10のブロック構成図、(b)波長可変レーザ60のブロック構成図である。1A is a block configuration diagram of a wavelength control filter 10 according to the first embodiment, and FIG. 2B is a block configuration diagram of a wavelength tunable laser 60. 第2の実施形態に係る波長可変レーザ100の構成図である。It is a block diagram of the wavelength tunable laser 100 which concerns on 2nd Embodiment. (a)第2の実施形態に係る多段リングフィルタの光透過特性、(b)特許文献1のリングフィルタの光透過特性である。(A) The light transmission characteristic of the multistage ring filter which concerns on 2nd Embodiment, (b) The light transmission characteristic of the ring filter of patent document 1. FIG. (a)1dB透過帯域にレーザモードが1つだけ存在する状態、(b)1dB透過帯域にレーザモードが複数存在する状態を示した図ある。(A) A state in which only one laser mode exists in the 1 dB transmission band, and (b) a state in which a plurality of laser modes exist in the 1 dB transmission band. 第3の実施形態に係る波長可変レーザ100Bのブロック構成図である。It is a block block diagram of the wavelength tunable laser 100B which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係る波長可変レーザ100Cの構成図である。It is a block diagram of the wavelength variable laser 100C which concerns on 4th Embodiment. 第5の実施形態に係る波長可変レーザ100Dの構成図である。It is a block diagram of wavelength variable laser 100D which concerns on 5th Embodiment. 特許文献1の波長可変レーザ900の構成図である。1 is a configuration diagram of a wavelength tunable laser 900 disclosed in Patent Document 1. FIG.

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態について説明する。本実施形態に係る波長制御フィルタのブロック構成図を図1(a)に示す。図1(a)において、波長制御フィルタ10は、フィルタ手段20、位相調整手段30、反射手段40および位相制御手段50を備える。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described. A block diagram of the wavelength control filter according to the present embodiment is shown in FIG. In FIG. 1A, the wavelength control filter 10 includes a filter unit 20, a phase adjustment unit 30, a reflection unit 40, and a phase control unit 50.

フィルタ手段20は、波長に対してフラットトップな光透過特性を有し、所定の波長を有する光を透過する。本実施形態に係る波長制御フィルタ10はさらに、図1(a)には図示されない波長変更手段を備える。波長変更手段は、フィルタ手段20の温度を変化させることによって、フィルタ手段20を透過する光の波長を変更する。   The filter means 20 has a light transmission characteristic that is flat-topped with respect to the wavelength, and transmits light having a predetermined wavelength. The wavelength control filter 10 according to the present embodiment further includes wavelength changing means not shown in FIG. The wavelength changing unit changes the wavelength of light transmitted through the filter unit 20 by changing the temperature of the filter unit 20.

フィルタ手段20は、例えば、波長に対してフラットトップな光透過特性を有し、互いに特性が異なる2つの多段フィルタを多重配置して光結合器で接続することにより、形成することができる。この場合、2つの多段フィルタはそれぞれ、透過帯の周期が等しいリングフィルタを多段に配置することによって構成される。フィルタ手段20がフラットトップな光透過特性を有することにより、波長制御動作を行っている場合においても損失が一定範囲内に維持される。   The filter means 20 can be formed, for example, by arranging two multistage filters having light transmission characteristics that are flat-topped with respect to the wavelength and having characteristics different from each other and connecting them with an optical coupler. In this case, each of the two multistage filters is configured by arranging the ring filters having the same transmission band period in multiple stages. Since the filter means 20 has a flat-top light transmission characteristic, the loss is maintained within a certain range even when the wavelength control operation is performed.

ここで、フラットトップ性は、リングフィルタの段数やリング間の光結合係数を適切に設計することにより、所望の特性に制御できる。また、リングフィルタのリング長や光路の群屈折率を適切に設計することにより、励起されるモードの間隔を所望の値に制御することができる。本実施形態においては、シングルモード発振を安定的に維持するために、フラットトップである周波数帯域内に一つの励起モードしか存在しないように、フラットトップ性およびモード間隔を設計した。   Here, the flat top property can be controlled to a desired characteristic by appropriately designing the number of stages of the ring filter and the optical coupling coefficient between the rings. Further, by appropriately designing the ring length of the ring filter and the group refractive index of the optical path, the interval between the excited modes can be controlled to a desired value. In the present embodiment, in order to stably maintain the single mode oscillation, the flat top property and the mode interval are designed so that there is only one excitation mode in the frequency band that is a flat top.

位相調整手段30は、波長制御フィルタ10の光学長を変化させることによって、フィルタ手段20を透過した光の位相を調整する。本実施形態に係る位相調整手段30は、光が通過する光路の近傍に配置されたヒータ電極に電流注入または電圧印加して導波路の屈折率(光学長)を変化させることにより、位相を調整する。   The phase adjusting unit 30 adjusts the phase of the light transmitted through the filter unit 20 by changing the optical length of the wavelength control filter 10. The phase adjusting means 30 according to this embodiment adjusts the phase by changing the refractive index (optical length) of the waveguide by injecting current or applying a voltage to the heater electrode arranged in the vicinity of the optical path through which the light passes. To do.

反射手段40は、フィルタ手段20および位相調整手段30を介して入力された光を、フィルタ手段20および位相調整手段30側へ全反射する。反射手段40によって光の反射を繰り返すことにより、波長制御フィルタ10が共振器として機能する。   The reflection unit 40 totally reflects the light input through the filter unit 20 and the phase adjustment unit 30 toward the filter unit 20 and the phase adjustment unit 30. By repeating the reflection of light by the reflection means 40, the wavelength control filter 10 functions as a resonator.

位相制御手段50は、フィルタ手段20または位相調整手段30から出力された光の位相を検出し、位相の検出結果に基づいて位相調整手段30をフィードバック制御する。本実施形態に係る位相制御手段50は、フィルタ手段20から出力された光の位相を検出する。フィルタ手段20からの透過光の位相が波長制御フィルタ10のレーザ出力光の位相と一致することにより、波長制御フィルタ10から最大出力のレーザ光が出力される。ここで、位相制御手段50としては、リングフィルタやエタロンフィルタ等を適用することができる。   The phase control unit 50 detects the phase of the light output from the filter unit 20 or the phase adjustment unit 30 and feedback-controls the phase adjustment unit 30 based on the phase detection result. The phase control unit 50 according to the present embodiment detects the phase of the light output from the filter unit 20. When the phase of the transmitted light from the filter unit 20 coincides with the phase of the laser output light of the wavelength control filter 10, the maximum output laser light is output from the wavelength control filter 10. Here, as the phase control means 50, a ring filter, an etalon filter, or the like can be applied.

上記のように構成された波長制御フィルタ10は、フィルタ手段20が波長に対してフラットトップな光透過特性を有することから、波長制御フィルタ10においてなんらかの位相調整を行った場合でも、フラットトップの範囲内であれば光の透過パワーはほぼ一定に維持される。従って、安定的な光出力を得ることができる。   The wavelength control filter 10 configured as described above has a flat top range even if any phase adjustment is performed in the wavelength control filter 10 because the filter means 20 has a flat top light transmission characteristic with respect to the wavelength. If it is within, the light transmission power is maintained almost constant. Therefore, a stable light output can be obtained.

なお、波長に対してフラットトップな光透過特性を有するフィルタ手段20を適用する場合、フィルタ手段20から出力される光のパワーに基づいて位相を微調することができない。本実施形態では、位相制御手段50を配置し、位相制御手段50においてフィルタ手段20または位相調整手段30から出力された光の位相を検出することによって、位相を微調する。   When applying the filter means 20 having a flat top light transmission characteristic with respect to the wavelength, the phase cannot be finely adjusted based on the power of the light output from the filter means 20. In the present embodiment, the phase control means 50 is arranged, and the phase is finely adjusted by detecting the phase of the light output from the filter means 20 or the phase adjustment means 30 in the phase control means 50.

従って、本実施形態に係る波長制御フィルタ10は、波長制御動作に伴う内部損失の変動を抑制して、高品質な光を安定的に出力することができる。   Therefore, the wavelength control filter 10 according to the present embodiment can stably output high-quality light while suppressing fluctuations in internal loss accompanying the wavelength control operation.

なお、図1(a)の波長制御フィルタ10を用いて波長可変レーザを構成することもできる。この場合の波長可変レーザのブロック構成図を図1(b)に示す。図1(b)に示した波長可変レーザ60は、入力された光を増幅する光増幅手段70および増幅された光が入力し、所定のモード間隔の光を透過する図1(a)の波長制御フィルタ10から成る。   In addition, a wavelength tunable laser can also be comprised using the wavelength control filter 10 of Fig.1 (a). A block diagram of the wavelength tunable laser in this case is shown in FIG. The wavelength tunable laser 60 shown in FIG. 1 (b) has an optical amplification means 70 for amplifying input light and the wavelength of FIG. 1 (a) through which the amplified light is input and transmits light of a predetermined mode interval. It consists of a control filter 10.

図1(b)に示した波長可変レーザ60は、波長に対しフラットトップな光透過特性を有するフィルタ手段20を備えると共にフラットトップ性および励起モード間隔が適切に設計された波長制御フィルタ10が適用されている。従って、波長可変レーザ60は、波長制御動作時にレーザ光出力が変動せず、且つ、シングルモード発振が安定的に維持される。   A wavelength tunable laser 60 shown in FIG. 1B includes a filter means 20 having a flat-top light transmission characteristic with respect to the wavelength, and a wavelength control filter 10 in which the flat-top property and the excitation mode interval are appropriately designed. Has been. Therefore, in the wavelength tunable laser 60, the laser light output does not fluctuate during the wavelength control operation, and the single mode oscillation is stably maintained.

(第2の実施形態)
第2の実施形態について説明する。本実施形態に係る外部共振器型波長可変レーザの構成図を図2に示す。図2において、本実施形態に係る波長可変レーザ100は、半導体光増幅器200、波長可変フィルタ基板300、2つの光モニタ用PD(Photodiode:フォトダイオード)410、420、および、図2に図示されないDSP(Digital Signal Processor)500を備える。
(Second Embodiment)
A second embodiment will be described. FIG. 2 shows a configuration diagram of the external resonator type wavelength tunable laser according to the present embodiment. 2, the wavelength tunable laser 100 according to the present embodiment includes a semiconductor optical amplifier 200, a wavelength tunable filter substrate 300, two optical monitor PDs (Photodiodes) 410 and 420, and a DSP not illustrated in FIG. (Digital Signal Processor) 500 is provided.

半導体光増幅器200は、例えば、多重量子井戸(MQW)で構成され、電流が注入されることによって光を発生し、光を増幅する。半導体光増幅器200の外部共振器側には、波長可変フィルタ基板300がつき合わされて結合配置されている。通常、半導体光増幅器200と波長可変フィルタ基板300との間の間隔は、数μmから数十μmである。半導体光増幅器200の光出力側の端面には、低反射コーティング210(1%から10%の反射率)が施されている。一方、半導体光増幅器200の外部共振器側の端面には無反射コーティング220(1%以下)が施されている。   The semiconductor optical amplifier 200 is composed of, for example, a multiple quantum well (MQW), and generates light when current is injected, and amplifies the light. On the side of the external resonator of the semiconductor optical amplifier 200, a wavelength tunable filter substrate 300 is attached and coupled. Usually, the distance between the semiconductor optical amplifier 200 and the wavelength tunable filter substrate 300 is several μm to several tens of μm. The end face on the light output side of the semiconductor optical amplifier 200 is provided with a low reflection coating 210 (1% to 10% reflectivity). On the other hand, an antireflection coating 220 (1% or less) is applied to the end face of the semiconductor optical amplifier 200 on the external resonator side.

波長可変フィルタ基板300は、所定の波長の光を透過する。本実施形態に係る波長可変フィルタ基板300はシリカ導波路(屈折率n=1.5)で構成され、3つのポート311、312、313、多重フィルタ320、位相調整領域330、反射鏡340、光分波器350およびリング型波長ロッカ360を備える。   The wavelength tunable filter substrate 300 transmits light having a predetermined wavelength. The wavelength tunable filter substrate 300 according to the present embodiment includes a silica waveguide (refractive index n = 1.5), and includes three ports 311, 312, 313, a multiple filter 320, a phase adjustment region 330, a reflecting mirror 340, and light. A duplexer 350 and a ring-type wavelength locker 360 are provided.

ポート311、312、313は、波長可変フィルタ基板300の外部との間で光を入出力する。本実施形態において、第1のポート311は半導体光増幅器200の外部共振器側端面との間で、第2のポート312は第1の光モニタ用PD410の入射側端面との間で、第3のポート313は第2の光モニタ用PD420の入射側端面との間で、光を入出力する。第1のポート311に入力された光は、多重フィルタ320、位相調整領域330および反射鏡340へ順次入力される。そして、多重フィルタ320から出力された光の一部は、光分波器350を介してリング型波長ロッカ360側に入力され、一部が第2のポート312から第1の光モニタ用PD410へ出射され、残りがリング型波長ロッカ360を介して第3のポート313から第2の光モニタ用PD420へ出射される。   The ports 311, 312, and 313 input and output light to and from the outside of the wavelength tunable filter substrate 300. In the present embodiment, the first port 311 is between the external resonator side end face of the semiconductor optical amplifier 200, and the second port 312 is between the incident side end face of the first optical monitor PD 410 and the third port. The port 313 inputs / outputs light to / from the incident side end face of the second optical monitor PD 420. The light input to the first port 311 is sequentially input to the multiple filter 320, the phase adjustment region 330, and the reflecting mirror 340. A part of the light output from the multiplex filter 320 is input to the ring-type wavelength locker 360 side via the optical demultiplexer 350, and a part thereof is sent from the second port 312 to the first optical monitoring PD 410. The remaining light is emitted from the third port 313 to the second optical monitor PD 420 via the ring-type wavelength locker 360.

多重フィルタ320は、それぞれ異なるフラットトップ特性を有する2つの多段リングフィルタ321、322を多重化することによって構成され、波長可変フィルタとして機能する。   The multiplex filter 320 is configured by multiplexing two multistage ring filters 321 and 322 having different flat top characteristics, and functions as a wavelength tunable filter.

多段リングフィルタ321、322はそれぞれ、透過帯の周期(FSR:フリー・スペクトラル・レンジ)が等しいリングフィルタを多段に配置し、各リングフィルタ間を光がある割合で結合する光結合器で接続することによって構成される。なお、リングフィルタのフィネス(FSRに対する透過ピーク帯域の比)については、通常用いられている2または3から数十の範囲の値であればよく、本実施形態では特に規定しない。   In each of the multistage ring filters 321, 322, ring filters having the same transmission band period (FSR: Free Spectral Range) are arranged in multiple stages, and the ring filters are connected by an optical coupler that couples light at a certain ratio. Consists of. Note that the finesse of the ring filter (ratio of the transmission peak band to the FSR) may be a value in the range of 2 or 3 to several tens that is normally used, and is not particularly defined in the present embodiment.

ここで、リングフィルタのFSRはリングの周回長によって決定され、導波路の群屈折率をn、光の速度をCとすると式(1)で表される。   Here, the FSR of the ring filter is determined by the circumference of the ring, and is expressed by Expression (1) where n is the group index of the waveguide and C is the speed of light.

FSR=C/(n×L) …式(1)
本実施形態において、屈折率n=1.5とすると、第1の多段リングフィルタ321は、2つのリングフィルタの周回長をそれぞれ4mmに形成することによって、FSR1を50.0GHzに設定した。一方、第2の多段リングフィルタ322は、2つのリングフィルタの周回長をそれぞれ3.96mmに形成することによって、FSR2を50.5GHzに設定した。この場合、2つの多段リングフィルタ321、322により構成された多重フィルタ320のFSRは、バーニア効果により、その最小公倍数の5050GHz(約40nm)となる。FSR1とFSR2との最大公倍数が大きくなるように周回長をそれぞれ設計することにより、多重フィルタ320のFSRを十分大きな値に設定することができる。
FSR = C / (n × L) (1)
In the present embodiment, assuming that the refractive index n = 1.5, the first multistage ring filter 321 sets FSR1 to 50.0 GHz by forming the circumferences of the two ring filters to 4 mm. On the other hand, in the second multistage ring filter 322, FSR2 was set to 50.5 GHz by forming the circumferences of the two ring filters to be 3.96 mm, respectively. In this case, the FSR of the multiple filter 320 configured by the two multistage ring filters 321 and 322 becomes the lowest common multiple of 5050 GHz (about 40 nm) due to the vernier effect. By designing each loop length so that the greatest common multiple of FSR1 and FSR2 is increased, the FSR of the multiple filter 320 can be set to a sufficiently large value.

また、リングフィルタを多段化することによって構成された多段リングフィルタ321、322は、波長に対してフラットトップの光透過特性を有する。本実施形態に係る多段リングフィルタ321、322の光透過特性を図3(a)に、比較として、背景技術で説明した図8の波長可変レーザ900に配置されている1段のリングフィルタ931、932の透過特性を図3(b)に示す。図3(a)に示した多段リングフィルタ321、322は、フラットトップの光透過特性を有するのに対して、図3(b)に示した1段のリングフィルタ931、932は、ローレンツィアン型の光透過特性を有する。   Moreover, the multistage ring filters 321 and 322 configured by multistage ring filters have a flat top light transmission characteristic with respect to the wavelength. The light transmission characteristics of the multistage ring filters 321 and 322 according to this embodiment are shown in FIG. 3A, and as a comparison, a single stage ring filter 931 disposed in the wavelength tunable laser 900 of FIG. 8 described in the background art. The transmission characteristics of 932 are shown in FIG. The multistage ring filters 321 and 322 shown in FIG. 3A have flat top light transmission characteristics, whereas the single stage ring filters 931 and 932 shown in FIG. 3B are Lorentzian type. Light transmission characteristics.

ローレンツィアン型の光透過特性を有する場合、図8の波長可変レーザ900においてなんらかの位相調整を行うことにより、図3(b)からわかるように、リングフィルタ930を透過する光のパワーはフィルタの光透過特性に沿って上下し、それに伴いレーザ内部の損失が変化してレーザ光出力そのものが上下する。   In the case of having a Lorentzian light transmission characteristic, as shown in FIG. 3B, by performing some phase adjustment in the wavelength tunable laser 900 of FIG. 8, the power of the light transmitted through the ring filter 930 is the light of the filter. Along with the transmission characteristics, the laser internal loss changes accordingly, and the laser light output itself rises and falls.

一方、光透過特性がフラットトップである場合、図3(a)に示すように、図2の波長可変レーザ100においてなんらかの位相調整を行っても、フラットトップの範囲であれば光の透過パワーの変化は1デシベル以内(ほぼ一定)に維持される。1デシベルの変化がレーザ光出力の変動に与える影響は、その約半分の0.5デシベル程度である。つまり、本実施形態に係る波長可変レーザ100は、安定したレーザ光出力を得ることができる。なお、段数やリング間の光結合係数を適切に設計することにより、フラットトップ性を高くすることができる。   On the other hand, when the light transmission characteristic is a flat top, as shown in FIG. 3A, even if any phase adjustment is performed in the wavelength tunable laser 100 of FIG. The change is maintained within 1 dB (almost constant). The influence of the change of 1 dB on the fluctuation of the laser beam output is about 0.5 dB, which is about half of that. That is, the wavelength tunable laser 100 according to the present embodiment can obtain a stable laser light output. In addition, flat top property can be made high by designing appropriately the number of steps and the optical coupling coefficient between rings.

位相調整領域330は、導波路近傍に配置された図2に図示しないヒータ電極を備え、入力した光の位相を調整する。位相調整領域330は、ヒータ電極に電流注入または電圧印加を行うことによって導波路を加熱し、熱による導波路の屈折率変化を利用して光の位相を調整する。   The phase adjustment region 330 includes a heater electrode (not shown in FIG. 2) disposed in the vicinity of the waveguide, and adjusts the phase of the input light. The phase adjustment region 330 heats the waveguide by injecting current or applying a voltage to the heater electrode, and adjusts the phase of light using the refractive index change of the waveguide due to heat.

反射鏡340は、位相調整領域330から入力された光を全反射する。すなわち、半導体光増幅器200−反射鏡340間で光を共振させる。   The reflecting mirror 340 totally reflects the light input from the phase adjustment region 330. That is, light is resonated between the semiconductor optical amplifier 200 and the reflecting mirror 340.

光分波器350は、多重フィルタ320と位相調整領域330との間に配置され、第2の多段リングフィルタ322からの光の一部をリング型波長ロッカ360側へ分岐する。光分波器350からリング型波長ロッカ360側に分岐された光の一部はそのまま第2のポート312から出射され、第1の光モニタ用PD(フォトダイオード)410において光強度がモニタされる。一方、光分波器350からリング型波長ロッカ360側に分岐された残りの光は、リング型波長ロッカ360を介して第3のポート313から出射され、第2の光モニタ用PD420において光強度がモニタされる。   The optical demultiplexer 350 is disposed between the multiple filter 320 and the phase adjustment region 330 and branches a part of the light from the second multistage ring filter 322 to the ring-type wavelength locker 360 side. A part of the light branched from the optical demultiplexer 350 to the ring-type wavelength locker 360 side is emitted as it is from the second port 312, and the light intensity is monitored by the first light monitoring PD (photodiode) 410. . On the other hand, the remaining light branched from the optical demultiplexer 350 to the ring-type wavelength locker 360 side is emitted from the third port 313 via the ring-type wavelength locker 360, and the light intensity is output in the second optical monitor PD 420. Is monitored.

リング型波長ロッカ360は、周期的な波長(周波数)依存性を有する。リング型波長ロッカ360としては、リングまたはエタロンのような光が周回するフィルタを適用することができる。   The ring wavelength locker 360 has a periodic wavelength (frequency) dependency. As the ring-type wavelength locker 360, a filter that circulates light such as a ring or an etalon can be applied.

光モニタ用PD410は、多重フィルタ320から出力され、リング型波長ロッカ360を介さないで外部に出射された光の強度をモニタする。一方、光モニタ用PD420は、多重フィルタ320から出力され、リング型波長ロッカ360を介して外部に出射された光の強度をモニタする。   The light monitoring PD 410 monitors the intensity of light output from the multiple filter 320 and emitted outside without passing through the ring-type wavelength locker 360. On the other hand, the optical monitor PD 420 monitors the intensity of light output from the multiple filter 320 and emitted to the outside via the ring-type wavelength locker 360.

DSP500(不図示)は、光モニタ用PD410、420がモニタした光強度の比に基づいて多重フィルタ320から出力された光の波長を取得する。DSP500は、例えば、リング型波長ロッカ360を通過した光と通過しない光との光強度比を演算し、予め計測したリング型波長ロッカ360の波長依存性と比較することによって、多重フィルタ320から出力された光の波長を取得する。   The DSP 500 (not shown) acquires the wavelength of the light output from the multiple filter 320 based on the ratio of the light intensity monitored by the light monitoring PDs 410 and 420. For example, the DSP 500 calculates the light intensity ratio between the light that has passed through the ring-type wavelength locker 360 and the light that has not passed through, and compares it with the wavelength dependence of the ring-type wavelength locker 360 that has been measured in advance. Get the wavelength of the emitted light.

ここで、背景技術で説明した図8の波長可変レーザ900は、第2のポート940において多重リングフィルタ930から出力された光の強度をそのままモニタし、モニタ値が最大となるように波長を微調することにより、式(2)を満足することができる。これに対して本実施形態に係る図2の波長可変レーザ100は、多重フィルタ320からの出力がフラットトップ特性を有するため、光の強度変化に基づいては波長を微調することができない。そこで、本実施形態においては、DSP500において多重フィルタ320から出力された光の波長を取得し、取得した波長に基づいて、多重フィルタ320から出力された光の波長を微調する。   Here, the wavelength tunable laser 900 in FIG. 8 described in the background art monitors the intensity of light output from the multiple ring filter 930 at the second port 940 as it is, and finely adjusts the wavelength so that the monitor value becomes maximum. By doing so, Formula (2) can be satisfied. On the other hand, in the wavelength tunable laser 100 of FIG. 2 according to the present embodiment, the output from the multiple filter 320 has a flat top characteristic, so that the wavelength cannot be finely adjusted based on a change in light intensity. Therefore, in the present embodiment, the DSP 500 acquires the wavelength of the light output from the multiple filter 320 and finely adjusts the wavelength of the light output from the multiple filter 320 based on the acquired wavelength.

光が1波長分の距離を進むと2πの位相が回転するが、その整数倍がレーザ共振器一往復分の距離と一致している必要がある。すなわち、波長可変レーザ100においてレーザ発振を行う場合、レーザの片道分の光路長をL、実効屈折率をn、光波長をλとすると、式(2)を満足する必要がある。   As the light travels a distance of one wavelength, the phase of 2π rotates, but an integral multiple thereof needs to match the distance of one round trip of the laser resonator. That is, when laser oscillation is performed in the wavelength tunable laser 100, if the optical path length for one way of the laser is L, the effective refractive index is n, and the optical wavelength is λ, the formula (2) needs to be satisfied.

2L=m×2πn/λ(mは整数) …式(2)
DSP500は、取得した波長に基づいて、基板の実効屈折率nを所望の値に変化させるための電流値を演算して位相調整領域330をフィードバック制御する。本実施形態に係る波長可変レーザ100は、波長を微調して、リングフィルタの透過ピーク波長と一致させることで、所望のモード(λ)以外のレーザモードを抑圧し、所望のモードのみを透過させる。
2L = m × 2πn / λ (m is an integer) Formula (2)
The DSP 500 performs feedback control of the phase adjustment region 330 by calculating a current value for changing the effective refractive index n of the substrate to a desired value based on the acquired wavelength. The wavelength tunable laser 100 according to the present embodiment finely adjusts the wavelength to match the transmission peak wavelength of the ring filter, thereby suppressing laser modes other than the desired mode (λ) and transmitting only the desired mode. .

上記のように構成された波長可変レーザ100の動作について説明する。波長可変レーザ100において、半導体光増幅器200および波長可変フィルタ基板300の構成部品は、同一の温度コントローラ(TEC、Thermo−Electric Cooler)上に搭載され、図示されない温度モニタ用のサーミスタ等によって同一の温度に制御されている。   The operation of the wavelength tunable laser 100 configured as described above will be described. In the wavelength tunable laser 100, the components of the semiconductor optical amplifier 200 and the wavelength tunable filter substrate 300 are mounted on the same temperature controller (TEC, Thermo-Electric Cooler), and the same temperature is provided by a temperature monitor thermistor (not shown). Is controlled.

そして、多重フィルタ320を波長可変レーザとして動作させる場合、少なくとも一方の多段リングフィルタの温度を、リングフィルタ単位で変化させて透過スペクトルを変化させる。本実施形態においては、第2の多段リングフィルタ322の近傍にマイクロヒータを配置し、第2の多段のリングフィルタ322を1単位として温度変化させる。   When the multiplex filter 320 is operated as a wavelength tunable laser, the transmission spectrum is changed by changing the temperature of at least one multistage ring filter for each ring filter. In the present embodiment, a micro heater is disposed in the vicinity of the second multistage ring filter 322, and the temperature is changed with the second multistage ring filter 322 as one unit.

第2の多段リングフィルタ322の温度が変化することによって多段リングフィルタ321、322の周波数の最小公倍数が変化し、多重フィルタ320が波長可変レーザとして機能する。すなわち、FSR1=50.0GHzである第1の多段リングフィルタ321を基準として、第2の多段リングフィルタ322の波長帯域を変化させることにより、多重フィルタ320が波長可変フィルタとして機能する。なお、各リングを個別に温度モニタするのが、高精度の制御をする上で望ましい。   When the temperature of the second multistage ring filter 322 changes, the least common multiple of the frequencies of the multistage ring filters 321 and 322 changes, and the multiple filter 320 functions as a wavelength tunable laser. That is, the multiple filter 320 functions as a wavelength tunable filter by changing the wavelength band of the second multistage ring filter 322 using the first multistage ring filter 321 with FSR1 = 50.0 GHz as a reference. It is desirable to monitor the temperature of each ring individually for highly accurate control.

そして、DSP500が、リング型波長ロッカ360を用いた計測結果に基づいて、透過ピーク波長がレーザ発振波長に一致するように位相調整領域330をフィードバック制御することにより、最大出力のレーザ光が出力される。   Then, the DSP 500 feedback-controls the phase adjustment region 330 so that the transmission peak wavelength matches the laser oscillation wavelength based on the measurement result using the ring-type wavelength locker 360, so that the maximum output laser beam is output. The

ここで、上記の構成だけでは、リングの透過波長ピークに隣接した波長ピークにおいて、不要なレーザ発振がされてしまう場合がある。不要なレーザ発振を抑制するために、フィルタのフラットトップである波長範囲内に1つのレーザモードだけが存在するように設計することが望ましい。以下、モード間隔の設計について説明する。   Here, with the above configuration alone, unnecessary laser oscillation may occur at the wavelength peak adjacent to the transmission wavelength peak of the ring. In order to suppress unnecessary laser oscillation, it is desirable to design so that only one laser mode exists within the wavelength range that is the flat top of the filter. The mode interval design will be described below.

光が周回するリング構造を有する多段リングフィルタ321、322を用いる場合、レーザモード間隔(ファブリーペローモード間隔)Δfは、Cを光速度、nを導波路の群屈折率、Lをレーザ共振器長とした時、式(3)で表される。   When multistage ring filters 321 and 322 having a ring structure in which light circulates are used, the laser mode interval (Fabry-Perot mode interval) Δf is C for the velocity of light, n for the group refractive index of the waveguide, and L for the laser resonator length. Is expressed by equation (3).

Δf=C/(2nL) …式(3)
例えば、背景技術で説明した図8の波長可変レーザ900の場合、多重リングフィルタ930の導波路長は15ミリメートル以上あることから、Δfは4〜5ギガヘルツ程度になり、隣接モードが近接する。隣接モードが近接すると、容易にレーザがマルチモードで発振してしまい、レーザ発振安定性が劣化する。フラットトップ特性を有する多段リングフィルタ321、322を適用する場合はこの特徴がさらに顕著に表れる。
Δf = C / (2 nL) (3)
For example, in the case of the wavelength tunable laser 900 shown in FIG. 8 described in the background art, the waveguide length of the multiple ring filter 930 is 15 millimeters or more, so Δf is about 4 to 5 gigahertz and adjacent modes are close to each other. When adjacent modes are close to each other, the laser easily oscillates in a multimode, and the laser oscillation stability deteriorates. When the multistage ring filters 321 and 322 having flat top characteristics are applied, this feature appears more remarkably.

フラットトップである波長範囲内にレーザモードが1つだけ存在する場合を図4(a)に、複数存在する場合を図4(b)に示す。ここで、図4(a)に挿入したように、透過帯域のピークから1デシベル(dB)下がったところまでをフラットトップと定義し、トップから1デシベル下がったところまでの帯域幅をフラットトップ帯域と定義して「1dB透過帯域」と記載する。   FIG. 4A shows a case where only one laser mode exists within the wavelength range of the flat top, and FIG. 4B shows a case where a plurality of laser modes exist. Here, as inserted in FIG. 4 (a), the portion from the peak of the transmission band to 1 decibel (dB) lower is defined as the flat top, and the bandwidth from the top to 1 decibel is defined as the flat top band. And is described as “1 dB transmission band”.

図4(a)の1dB透過帯域は、周波数にして8GHz相当の範囲であり、レーザのモード間隔Δfは10GHz相当である。すなわち、フラットトップの範囲内にはレーザモードが0または1つだけ存在する。一方、図4(b)の1dB透過帯域は、同じく8GHz相当の範囲であるにもかかわらず、レーザのモード間隔Δfは4GHz程度であるため、フラットトップの範囲内に複数のレーザモードが存在してしまう。   The 1 dB transmission band in FIG. 4A is in a frequency range corresponding to 8 GHz, and the laser mode interval Δf is equivalent to 10 GHz. That is, only zero or one laser mode exists within the flat top range. On the other hand, although the 1 dB transmission band in FIG. 4B is also in the range corresponding to 8 GHz, the laser mode interval Δf is about 4 GHz, so that there are a plurality of laser modes in the flat top range. End up.

つまり、レーザモード間隔Δfを広くすることにより、1dB透過帯域内に存在するレーザモードの数を制限することができる。本実施形態では、フラットトップである波長範囲内に、レーザモードだけが1つだけ存在するように、式(3)に基づいてレーザモード間隔Δfを設計した。   That is, by increasing the laser mode interval Δf, the number of laser modes existing in the 1 dB transmission band can be limited. In the present embodiment, the laser mode interval Δf is designed based on the equation (3) so that only one laser mode exists within the wavelength range that is a flat top.

以上のように、本実施形態に係る波長可変レーザ100は、フラットトップ特性を有する多段リングフィルタ321、322を多重化して多重フィルタ320を構成することによって、光パワーの変動を抑制したまま波長制御することができる。また、本実施形態に係る波長可変レーザ100は、リング型波長ロッカ360を用いて透過波長を取得することによって、光の位相制御を高精度に行うことができる。さらに、本実施形態に係る波長可変レーザ100においては、フラットトップである波長範囲内に、レーザモードだけが1つだけ存在するようにレーザモード間隔Δfを設計した。この場合、レーザモード間隔Δfが、レーザがマルチモード化しない程度に大きくなり、波長制御動作時にシングルモード発振が安定的に維持される。   As described above, the wavelength tunable laser 100 according to the present embodiment multiplexes the multistage ring filters 321 and 322 having flat top characteristics to form the multiplex filter 320, so that wavelength control is performed while suppressing fluctuations in optical power. can do. In addition, the wavelength tunable laser 100 according to the present embodiment can perform the phase control of light with high accuracy by acquiring the transmission wavelength using the ring-type wavelength locker 360. Further, in the wavelength tunable laser 100 according to the present embodiment, the laser mode interval Δf is designed so that only one laser mode exists within the flat top wavelength range. In this case, the laser mode interval Δf increases to such an extent that the laser does not become multimode, and single mode oscillation is stably maintained during the wavelength control operation.

従って、本実施形態に係る波長可変レーザ100は、波長制御動作に伴う内部損失の変動を抑制して、高品質な光を安定的に出力できる。   Therefore, the wavelength tunable laser 100 according to the present embodiment can stably output high-quality light by suppressing fluctuations in internal loss associated with the wavelength control operation.

ここで、上述の実施形態においては、多段リングフィルタ321、322のリングフィルタの周回長をそれぞれ4mm、3.96mmに形成することによって、FSR1=50.0GHz、FSR2=50.5GHzに設定したが、これに限定されない。例えば、多段リングフィルタ321、322のリングフィルタの周回長をそれぞれ0.4mm、0.396mmに形成することによって、FSR1=500GHz、FSR2=505GHzに設定することもできる。   Here, in the above-described embodiment, the ring lengths of the multistage ring filters 321 and 322 are set to 4 mm and 3.96 mm, respectively, so that FSR1 = 50.0 GHz and FSR2 = 50.5 GHz are set. However, the present invention is not limited to this. For example, it is possible to set FSR1 = 500 GHz and FSR2 = 505 GHz by forming the circumferences of the ring filters of the multistage ring filters 321 and 322 to be 0.4 mm and 0.396 mm, respectively.

このような小さなリングを用いる場合、シリカ導波路では導波コア層とクラッド層の屈折率差が小さく光閉じこめが弱いため、曲がり損失が大きくなってしまう。従って、波長可変フィルタ基板300として、光閉じこめ率を大きくできるSOI(Silicon on Insulator)上のシリコン導波路を用いることが望ましい。SOI上のシリコン導波路を用いることにより、リングフィルタの周回長を0.2ミリメートル以下のサイズにでき、波長可変フィルタを小型化できる。   When such a small ring is used, the bending loss increases because the difference in refractive index between the waveguide core layer and the cladding layer is small and the optical confinement is weak in the silica waveguide. Accordingly, it is desirable to use a silicon waveguide on an SOI (Silicon on Insulator) that can increase the optical confinement ratio as the wavelength tunable filter substrate 300. By using the silicon waveguide on the SOI, the circumference of the ring filter can be reduced to 0.2 mm or less, and the wavelength tunable filter can be reduced in size.

なお、FSR1=500GHz、FSR2=505GHzに設定した状態でチャンネル間隔50GHzのシステムに適用する場合、両方のリングの温度を調整する。   When applied to a system with a channel spacing of 50 GHz with FSR1 = 500 GHz and FSR2 = 505 GHz, the temperatures of both rings are adjusted.

(第3の実施形態)
第2の実施形態では、多重フィルタ320と位相調整領域330との間に光分波器350を配置し、多重フィルタ320からの光の波長をリング型波長ロッカ360によって取得して位相調整領域330をフィードバック制御したが、これに限定されない。例えば、位相調整領域330と反射鏡340との間に光分波器350を配置し、位相調整領域330からの光の波長(位相情報)を取得して位相調整領域330をフィードバック制御することもできる。この場合の波長可変レーザのブロック構成図を図5に示す。
(Third embodiment)
In the second embodiment, an optical demultiplexer 350 is disposed between the multiplex filter 320 and the phase adjustment region 330, and the wavelength of light from the multiplex filter 320 is acquired by the ring-type wavelength locker 360 to obtain the phase adjustment region 330. However, the present invention is not limited to this. For example, an optical demultiplexer 350 may be disposed between the phase adjustment region 330 and the reflecting mirror 340, and the wavelength (phase information) of light from the phase adjustment region 330 may be acquired to feedback control the phase adjustment region 330. it can. FIG. 5 shows a block diagram of the wavelength tunable laser in this case.

図5の波長可変レーザ100Bにおいて、半導体光増幅器200Bは第2の実施形態で説明した図2の半導体光増幅器200と同様に機能する。多重フィルタ320Bは、図2の多重フィルタ320と同様に構成され、波長可変フィルタとして機能する。すなわち、多重フィルタ320Bは、それぞれ異なるフラットトップ特性を有する2つの多段リングフィルタを多重化することによって構成される。なお、本実施形態では、多重フィルタ320Bと位相調整領域330Bとによってレーザ共振器370Bを構成する。   In the wavelength tunable laser 100B of FIG. 5, the semiconductor optical amplifier 200B functions in the same manner as the semiconductor optical amplifier 200 of FIG. 2 described in the second embodiment. The multiple filter 320B is configured in the same manner as the multiple filter 320 in FIG. 2, and functions as a wavelength tunable filter. That is, the multiplex filter 320B is configured by multiplexing two multistage ring filters each having different flat top characteristics. In the present embodiment, the laser resonator 370B is configured by the multiple filter 320B and the phase adjustment region 330B.

図5の波長可変レーザ100Bは、レーザ共振器370Bから出力された光の位相を位相検出器600Bによりモニタする。DSP500Bは、位相検出器600Bのモニタ結果に基づいてレーザ共振器370Bの位相調整量を演算し、位相調整領域330Bをフィードバック制御する。   The wavelength tunable laser 100B in FIG. 5 monitors the phase of the light output from the laser resonator 370B by the phase detector 600B. The DSP 500B calculates the phase adjustment amount of the laser resonator 370B based on the monitoring result of the phase detector 600B, and feedback-controls the phase adjustment region 330B.

図5の波長可変レーザ100Bも、フラットトップ特性を有する多段リングフィルタによって多重フィルタ320Bを構成することによって光出力の変動を抑制できると共に、位相検出器600Bを用いてレーザ共振器370Bからの出力光の位相を検出することによって、出力光が励振条件を満足するように、位相調整領域330Bをフィードバック制御することができる。   The wavelength tunable laser 100B of FIG. 5 can also suppress fluctuations in optical output by configuring the multiple filter 320B with a multi-stage ring filter having flat top characteristics, and output light from the laser resonator 370B using the phase detector 600B. By detecting this phase, the phase adjustment region 330B can be feedback-controlled so that the output light satisfies the excitation condition.

(第4の実施形態)
第2の実施形態では波長取得用に、波長可変フィルタ基板300上に形成されたリング型波長ロッカ360を用いたが、これに限定されない。例えば、波長可変フィルタ基板300の外部に波長取得用の手段を配置することもできる。この場合の波長可変レーザのブロック構成図を図6に示す。
(Fourth embodiment)
In the second embodiment, the ring-type wavelength locker 360 formed on the wavelength tunable filter substrate 300 is used for wavelength acquisition. However, the present invention is not limited to this. For example, wavelength acquisition means can be disposed outside the wavelength tunable filter substrate 300. FIG. 6 shows a block configuration diagram of the wavelength tunable laser in this case.

図6の外部共振器型波長可変レーザ100Cにおいては、波長可変フィルタ基板300Cの外部に、波長取得用のエタロン型波長ロッカ700Cが配置されている。エタロン型波長ロッカ700Cは、波長可変フィルタ基板300Cから出射された光を平行光にするレンズ710C、および、波長に対して周期的な透過特性を有するエタロンフィルタ720Cから成る。   In the external resonator type wavelength tunable laser 100C of FIG. 6, an etalon type wavelength locker 700C for wavelength acquisition is disposed outside the wavelength tunable filter substrate 300C. The etalon-type wavelength locker 700C includes a lens 710C that collimates the light emitted from the wavelength tunable filter substrate 300C, and an etalon filter 720C that has periodic transmission characteristics with respect to the wavelength.

光モニタ用PD410Cは、波長可変フィルタ基板300Cから出力され、エタロンフィルタ720Cを介さない光の強度をモニタし、光モニタ用PD420は、波長可変フィルタ基板300Cから出力され、エタロンフィルタ720Cを透過してきた光の強度をモニタする。図6に図示しないDSP500Cは、光モニタ用PD410Cおよび光モニタ用PD420Cでモニタした光の強度比に基づいて波長可変フィルタ基板300Cからの出力光の波長を取得し、位相調整領域330Cをフィードバック制御する。   The optical monitor PD 410C is output from the wavelength tunable filter substrate 300C and monitors the intensity of light not passing through the etalon filter 720C. The optical monitor PD 420 is output from the wavelength tunable filter substrate 300C and has passed through the etalon filter 720C. Monitor the light intensity. The DSP 500C (not shown in FIG. 6) obtains the wavelength of the output light from the wavelength tunable filter substrate 300C based on the intensity ratio of the light monitored by the optical monitor PD 410C and the optical monitor PD 420C, and feedback-controls the phase adjustment region 330C. .

(第5の実施形態)
第2の実施形態では、それぞれ異なるフラットトップ特性を有する2つの多段リングフィルタ321、322を多重化することによって多重フィルタ320を構成したが、これに限定されない。多重フィルタ320はフラットトップな波長特性を実現できるものであればよく、例えば、エタロン型、AWG(Arrayed Waveguide Grating)型、マッハツェンダー構造体型等のフィルタを用いることもできる。マッハツェンダー構造体型のフィルタを用いた外部共振器型波長可変レーザの構成図を図7に示す。
(Fifth embodiment)
In the second embodiment, the multiplex filter 320 is configured by multiplexing the two multistage ring filters 321 and 322 having different flat top characteristics, but the present invention is not limited to this. The multiplex filter 320 may be any filter that can realize a flat-top wavelength characteristic. For example, an etalon type, an AWG (Arrayed Waveguide Grating) type, a Mach-Zehnder structure type filter, or the like may be used. FIG. 7 shows a configuration diagram of an external resonator type wavelength tunable laser using a Mach-Zehnder structure type filter.

図7の外部共振器型波長可変レーザ100Dは、第4の実施形態で説明した図6の外部共振器型波長可変レーザ100Cにおいて、多段リングフィルタが多重化された多重フィルタ320Cを、2つの非対称マッハツェンダー型干渉計381D、382Dが多重化された多重フィルタ380Dに置き換えたものである。   The external resonator type wavelength tunable laser 100D in FIG. 7 is different from the external resonator type wavelength tunable laser 100C in FIG. 6 described in the fourth embodiment in that the multiple filter 320C in which the multistage ring filter is multiplexed is two asymmetrical. The Mach-Zehnder interferometers 381D and 382D are replaced with a multiplexed filter 380D.

2つの非対称マッハツェンダー型干渉計381D、382Dはそれぞれ、フラットトップな波長特性を有し、多重フィルタ380Dは多段リングフィルタが多重化された多重フィルタと同様に機能する。非対称マッハツェンダー型干渉計381D、382Dの透過特性は、マッハツェンダー型干渉計の2つの導波路の光路長差をLとして、リングフィルタと同様に、式(2)により設計できる。   Each of the two asymmetric Mach-Zehnder interferometers 381D and 382D has a flat top wavelength characteristic, and the multiple filter 380D functions in the same manner as a multiple filter in which a multistage ring filter is multiplexed. The transmission characteristics of the asymmetric Mach-Zehnder interferometers 381D and 382D can be designed by Expression (2) as in the ring filter, where L is the optical path length difference between the two waveguides of the Mach-Zehnder interferometer.

(その他の実施形態)
第2の実施形態では、半導体光増幅器200の波長可変フィルタ基板300側の導波路端面の角度を90度に設計したがこれに限定されない。半導体光増幅器200の波長可変フィルタ基板300側の導波路端面および波長可変フィルタ基板300の入力ポート310の導波路端面角度を、数度から10数度傾けて、光結合させることもできる。この場合、半導体光増幅器200および波長可変フィルタ基板300の導波路端面における光の残留反射率を低減することができる。
(Other embodiments)
In the second embodiment, the angle of the waveguide end face on the wavelength tunable filter substrate 300 side of the semiconductor optical amplifier 200 is designed to be 90 degrees, but the present invention is not limited to this. The waveguide end face of the semiconductor optical amplifier 200 on the wavelength tunable filter substrate 300 side and the waveguide end face angle of the input port 310 of the wavelength tunable filter substrate 300 can be optically coupled by inclining them from several degrees to several ten degrees. In this case, the residual reflectance of light at the waveguide end faces of the semiconductor optical amplifier 200 and the wavelength tunable filter substrate 300 can be reduced.

また、多重フィルタ320をシリカ導波路上に形成する代わりに、半導体、SOIやポリマー等に形成することもできる。多重フィルタ320を半導体やSOI上に形成した場合、シリカよりも屈折率の高い導波路を形成することができる。従って、該導波路を用いて波長可変フィルタを構成する場合、波長可変フィルタのサイズを小型化できる。   Further, the multiple filter 320 can be formed on a semiconductor, SOI, polymer, or the like instead of being formed on the silica waveguide. When the multiple filter 320 is formed on a semiconductor or SOI, a waveguide having a refractive index higher than that of silica can be formed. Therefore, when a wavelength tunable filter is configured using the waveguide, the size of the wavelength tunable filter can be reduced.

さらに、位相調整領域300を半導体光増幅器200に内蔵させることもできる。この場合、位相調整は電流駆動でもよいし、ヒータ熱を利用した熱による位相変化を利用して、半導体光増幅素子全体を加熱しても良い。   Further, the phase adjustment region 300 can be built in the semiconductor optical amplifier 200. In this case, the phase adjustment may be performed by current drive, or the entire semiconductor optical amplifying element may be heated using a phase change caused by heat using heater heat.

本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and design changes and the like within a range not departing from the gist of the present invention are included in the present invention.

10 波長制御フィルタ
20 フィルタ手段
30 位相調整手段
40 反射手段
50 位相制御手段
60 波長可変レーザ
70 光増幅手段
100、100B、100C、100D 波長可変レーザ
200、200B、200C、200D 半導体光増幅器
300、300C、300D 波長可変フィルタ基板
311、312、313 ポート
320、320B、320C 多重フィルタ
321、322 多段リングフィルタ
330、330B、330C、330D 位相調整領域
340、340B、340C、340D 反射鏡
350、350C、350D 光分波器
360 リング型波長ロッカ
370B レーザ共振器
380D 多重フィルタ
381D、382D 非対称マッハツェンダー型干渉計
410、420、410C、420C 光モニタ用PD
500、500B DSP
600B 位相検出器
700C エタロン型波長ロッカ
710C レンズ
720C エタロンフィルタ
900 波長可変レーザ
910 半導体光増幅器
920 波長可変フィルタ
921 多重リングフィルタ
922、923 リングフィルタ
924 第1のポート
925 第2のポート
926 無反射コーティング
930 高反射コーティング膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Wavelength control filter 20 Filter means 30 Phase adjustment means 40 Reflection means 50 Phase control means 60 Wavelength variable laser 70 Optical amplification means 100, 100B, 100C, 100D Wavelength variable laser 200, 200B, 200C, 200D Semiconductor optical amplifier 300, 300C, 300D wavelength tunable filter substrate 311, 312, 313 port 320, 320B, 320C Multiplex filter 321, 322 Multistage ring filter 330, 330B, 330C, 330D Phase adjustment region 340, 340B, 340C, 340D Reflector 350, 350C, 350D Waveformer 360 Ring type wavelength locker 370B Laser resonator 380D Multiplex filter 381D, 382D Asymmetric Mach-Zehnder interferometer 410, 420, 410C, 420C P for optical monitor
500, 500B DSP
600B Phase detector 700C Etalon type wavelength locker 710C Lens 720C Etalon filter 900 Wavelength tunable laser 910 Semiconductor optical amplifier 920 Wavelength tunable filter 921 Multiple ring filter 922, 923 Ring filter 924 First port 925 Second port 926 Non-reflective coating 930 High reflective coating film

Claims (10)

波長に対しフラットトップな光透過特性を有し、所定のモード間隔の光を透過するフィルタ手段と、
光学長を変化させることによって、前記光の位相を調整する位相調整手段と、
前記フィルタ手段および位相調整手段を介して入力された光を全反射する反射手段と、
前記フィルタ手段から出力された光の位相を検出し、検出結果に基づいて前記位相調整手段を制御する位相制御手段と、
を備える波長制御フィルタ。
A filter means having a flat top light transmission characteristic with respect to the wavelength, and transmitting light of a predetermined mode interval;
Phase adjusting means for adjusting the phase of the light by changing the optical length;
Reflection means for totally reflecting light input through the filter means and the phase adjustment means;
A phase control means for detecting the phase of the light output from the filter means and controlling the phase adjustment means based on a detection result;
A wavelength control filter comprising:
前記所定のモード間隔は、前記フィルタ手段の光透過特性がフラットトップとなる帯域幅よりも大きい、請求項1記載の波長制御フィルタ。 The wavelength control filter according to claim 1, wherein the predetermined mode interval is larger than a bandwidth at which a light transmission characteristic of the filter unit becomes a flat top. 前記フィルタ手段の温度を変化させることによって、透過する光の波長を変更する波長変更手段をさらに備える、請求項1または2記載の波長制御フィルタ。 The wavelength control filter according to claim 1, further comprising wavelength changing means for changing a wavelength of transmitted light by changing a temperature of the filter means. 前記フィルタ手段は、互いに異なる特性を有する第1多段フィルタおよび第2多段フィルタを多重配置して光結合器で接続することによって構成され、
前記第1多段フィルタおよび第2多段フィルタはそれぞれ、透過帯の周期が等しいリングフィルタを多段に配置することによって構成されている、
請求項1乃至3のいずれか1項記載の波長制御フィルタ。
The filter means is configured by arranging a first multistage filter and a second multistage filter having different characteristics from each other and connecting them with an optical coupler,
Each of the first multistage filter and the second multistage filter is configured by arranging ring filters having equal transmission band periods in multiple stages.
The wavelength control filter according to any one of claims 1 to 3.
前記フィルタ部材は、非対称マッハツェンダー型干渉計により構成される、請求項1乃至3のいずれか1項記載の波長制御フィルタ。 The wavelength control filter according to claim 1, wherein the filter member is configured by an asymmetric Mach-Zehnder interferometer. 前記位相制御手段は、リングフィルタまたはエタロンフィルタを用いて前記フィルタ手段から出力された光の位相を検出する、請求項1乃至5のいずれか1項記載の波長制御フィルタ。 The wavelength control filter according to claim 1, wherein the phase control unit detects a phase of light output from the filter unit using a ring filter or an etalon filter. 前記位相調整手段は、前記光が通過する光路近傍に配置されたヒータ電極を含み、前記ヒータ電極に電流注入または電圧印加することによって、前記光学長を変化させる請求項1乃至6のいずれか1項記載の波長制御フィルタ。 The phase adjustment means includes a heater electrode disposed in the vicinity of an optical path through which the light passes, and changes the optical length by injecting current or applying voltage to the heater electrode. The wavelength control filter according to the item. 前記フィルタ手段、位相調整手段および反射手段は同一基板上に形成されている、請求項1乃至7のいずれか1項記載の波長制御フィルタ。 The wavelength control filter according to claim 1, wherein the filter unit, the phase adjusting unit, and the reflecting unit are formed on the same substrate. 入力された光を増幅する光増幅手段と、
前記増幅された光が入力し、所定のモード間隔の光を透過する、請求項1乃至8項記載の波長制御フィルタと、
を備える波長可変レーザ。
An optical amplification means for amplifying the input light;
The wavelength control filter according to claim 1, wherein the amplified light is input and transmits light having a predetermined mode interval;
A tunable laser comprising:
前記光増幅手段と前記波長制御フィルタとの接続面は、光路方向に対して斜めに傾いている、請求項9記載の波長可変レーザ。 The wavelength tunable laser according to claim 9, wherein a connection surface between the optical amplification unit and the wavelength control filter is inclined with respect to an optical path direction.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017168545A (en) * 2016-03-15 2017-09-21 富士通株式会社 Optical module
JP2017175009A (en) * 2016-03-24 2017-09-28 日本電信電話株式会社 External resonator type laser light source
JP2017181776A (en) * 2016-03-30 2017-10-05 株式会社豊田中央研究所 Optical filter and narrow-linewidth wavelength light source
JP2018129338A (en) * 2017-02-06 2018-08-16 富士通株式会社 Wavelength variable laser device
JP2023145961A (en) * 2022-03-29 2023-10-12 日本電気株式会社 Optical waveguide module and method for manufacturing optical waveguide module

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017168545A (en) * 2016-03-15 2017-09-21 富士通株式会社 Optical module
JP2017175009A (en) * 2016-03-24 2017-09-28 日本電信電話株式会社 External resonator type laser light source
JP2017181776A (en) * 2016-03-30 2017-10-05 株式会社豊田中央研究所 Optical filter and narrow-linewidth wavelength light source
JP2018129338A (en) * 2017-02-06 2018-08-16 富士通株式会社 Wavelength variable laser device
US10312663B2 (en) 2017-02-06 2019-06-04 Fujitsu Limited Tunable laser device
JP2023145961A (en) * 2022-03-29 2023-10-12 日本電気株式会社 Optical waveguide module and method for manufacturing optical waveguide module

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