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JP2015154052A - Wavelength filter and laser - Google Patents

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JP2015154052A
JP2015154052A JP2014029699A JP2014029699A JP2015154052A JP 2015154052 A JP2015154052 A JP 2015154052A JP 2014029699 A JP2014029699 A JP 2014029699A JP 2014029699 A JP2014029699 A JP 2014029699A JP 2015154052 A JP2015154052 A JP 2015154052A
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Abstract

【課題】モード利得差を大きくすること。【解決手段】利得帯域を有する光増幅器30の一端から出力された光が前記一端に入力するように前記光が伝搬する経路55内に縦続に配置され、周波数間隔が互いに異なり、透過率の合計が前記利得帯域内において最も高い第1ピークと前記第1ピークに隣接する第2ピークと前記第2ピークに隣接する第3ピークとを有する複数のリング共振器20a、20bと、前記経路内に前記複数のリング共振器と縦続に配置され、前記第2ピークの波長における透過率が前記第1ピークおよび前記第3ピークの波長における透過率より低く、前記光を透過させる透過部22と、を具備する波長フィルタ。【選択図】図4To increase a mode gain difference. SOLUTION: The light output from one end of an optical amplifier 30 having a gain band is arranged in cascade in a path 55 through which the light propagates so that the light is input to the one end. A plurality of ring resonators 20a, 20b having a highest first peak in the gain band, a second peak adjacent to the first peak, and a third peak adjacent to the second peak; and A transmission unit 22 arranged in cascade with the plurality of ring resonators, wherein the transmittance at the wavelength of the second peak is lower than the transmittance at the wavelengths of the first peak and the third peak, and transmits the light; Wavelength filter provided. [Selection] Figure 4

Description

本発明は、波長フィルタおよびレーザに関し、例えばリング共振器を有する波長フィルタおよびレーザに関する。   The present invention relates to a wavelength filter and a laser, for example, a wavelength filter and a laser having a ring resonator.

光の位相情報を用いた大容量光通信方式としてデジタルコヒーレント光通信がある。デジタルコヒーレント光通信では、DP−QPSK(Dual-Polarization Duadrature Phase Shift Keying)や16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)のように、位相変調を含めることにより大容量通信が可能となる。このようなデジタルコヒーレント通信用の光源には、狭いレーザ発振線幅を有することが求められている。特に、16QAMのように大容量化が進むと、より狭いレーザ発振線幅が要求される。特許文献1には、リング共振器を用いたレーザが記載されている。非特許文献1には、波長フィルタとして2つのリング共振器を縦続接続したレーザが記載されている。非特許文献2には、リング共振器とマッハツェンダ干渉計を用いたレーザが記載されている。   There is digital coherent optical communication as a large-capacity optical communication method using optical phase information. In digital coherent optical communication, large-capacity communication is possible by including phase modulation, such as DP-QPSK (Dual-Polarization Duadrature Phase Shift Keying) and 16QAM (Quadrature Amplitude Modulation). Such a light source for digital coherent communication is required to have a narrow laser oscillation line width. In particular, as the capacity increases like 16QAM, a narrower laser oscillation line width is required. Patent Document 1 describes a laser using a ring resonator. Non-Patent Document 1 describes a laser in which two ring resonators are connected in cascade as a wavelength filter. Non-Patent Document 2 describes a laser using a ring resonator and a Mach-Zehnder interferometer.

特開2011−164406号公報JP 2011-164406 A

Appl. Phys. Express Vol. 5, 082701 (2012)Appl. Phys. Express Vol. 5, 082701 (2012) IEEE J. Quantum Electron. Vol. 15, 488 (2009)IEEE J. Quantum Electron. Vol. 15, 488 (2009)

非特許文献1に記載のレーザは、レーザ共振線幅を狭くできる。しかしながら、モード利得差が小さい。   The laser described in Non-Patent Document 1 can narrow the laser resonance line width. However, the mode gain difference is small.

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、モード利得差を大きくすることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to increase a mode gain difference.

本発明は、利得帯域を有する光増幅器の一端から出力された光が前記一端に入力するように前記光が伝搬する経路内に縦続に配置され、周波数間隔が互いに異なり、透過率の合計が前記利得帯域内において最も高い第1ピークと前記第1ピークに隣接する第2ピークと前記第2ピークに隣接する第3ピークとを有する複数のリング共振器と、前記経路内に前記複数のリング共振器と縦続に配置され、前記第2ピークの波長における透過率が前記第1ピークおよび前記第3ピークの波長における透過率より低く、前記光を透過させる透過部と、を具備することを特徴とする波長フィルタである。   In the present invention, light output from one end of an optical amplifier having a gain band is arranged in cascade in a path through which the light propagates so that the light is input to the one end, the frequency intervals are different from each other, and the total transmittance is A plurality of ring resonators having a highest first peak in the gain band, a second peak adjacent to the first peak, and a third peak adjacent to the second peak; and the plurality of ring resonances in the path A transmission unit that is arranged in cascade with a vessel and has a transmittance at the wavelength of the second peak lower than the transmittance at the wavelength of the first peak and the third peak, and transmits the light. This is a wavelength filter.

上記構成において、前記透過部は、前記複数のリング共振器の周波数間隔の平均値の1.5倍以上かつ3倍以下である周波数間隔を有する非対称マッハツェンダ干渉計である構成とすることができる。   The said structure WHEREIN: The said permeation | transmission part can be set as the structure which is an asymmetric Mach-Zehnder interferometer which has a frequency space | interval which is 1.5 times or more and 3 times or less of the average value of the frequency interval of these ring resonators.

上記構成において、前記経路は分岐点において分岐され、分岐された経路はループ経路であり、前記複数のリング共振器および前記透過部は、前記ループ経路内に縦続に配置されている構成とすることができる。   In the above configuration, the path is branched at a branch point, the branched path is a loop path, and the plurality of ring resonators and the transmission unit are arranged in cascade in the loop path. Can do.

上記構成において、前記複数のリング共振器の少なくとも1つの共振波長を変化させることにより、前記第1ピークの波長を変化させる波長変化部を具備する構成とすることができる。   The said structure WHEREIN: It can be set as the structure which comprises the wavelength change part which changes the wavelength of a said 1st peak by changing at least 1 resonance wavelength of these ring resonators.

上記構成において、前記波長変化部は、前記複数のリング共振器の少なくとも1つの温度を変化させる構成とすることができる。   The said structure WHEREIN: The said wavelength change part can be set as the structure which changes the temperature of at least 1 of these ring resonators.

上記構成において、前記経路は、同一基板上に形成された光導波路からなる構成とすることができる。   The said structure WHEREIN: The said path | route can be set as the structure which consists of an optical waveguide formed on the same board | substrate.

上記構成において、前記同一基板上に形成された光導波路は、シリコンからなるコアと、酸化シリコンからなるクラッドを有する構成とすることができる。   The said structure WHEREIN: The optical waveguide formed on the said same board | substrate can be set as the structure which has a core which consists of silicon | silicone, and a clad which consists of silicon oxide.

本発明は、利得帯域を有する光増幅器に結合された第1光導波路を1対の第2光導波路に分岐する光結合器と、前記1対の第2光導波路にそれぞれ結合し、周波数間隔が互いに異なり、透過率の合計が前記利得帯域内において最も高い第1ピークを有する1対のリング共振器と、前記一対のリング共振器にそれぞれ結合する一対の第3導波路の一端に、両端のそれぞれが結合され、透過率のピークが前記第1ピークと重なり、前記一対のリング共振器の周波数間隔の平均値の1.5倍以上かつ3倍以下である周波数間隔を有する非対称マッハツェンダ干渉計と、を具備することを特徴とする波長フィルタである。   According to the present invention, an optical coupler for branching a first optical waveguide coupled to an optical amplifier having a gain band into a pair of second optical waveguides and a pair of second optical waveguides are coupled to each other, and the frequency interval is A pair of ring resonators having a first peak having a highest total transmittance in the gain band and a pair of third waveguides respectively coupled to the pair of ring resonators, An asymmetric Mach-Zehnder interferometer having a frequency interval that is coupled to each other, a transmittance peak overlaps with the first peak, and has a frequency interval that is 1.5 to 3 times the average value of the frequency interval of the pair of ring resonators; And a wavelength filter characterized by comprising:

上記構成において、前記光増幅器から出射されるレーザ光の出力パワーは40mW以上であり、前記リング共振器内の光強度は40mW以下である構成とすることができる。   In the above configuration, the output power of the laser light emitted from the optical amplifier may be 40 mW or more, and the light intensity in the ring resonator may be 40 mW or less.

本発明は、前記光増幅器と、上記波長フィルタと、を具備することを特徴とするレーザである。   The present invention is a laser comprising the optical amplifier and the wavelength filter.

本発明によれば、モード利得差を大きくすることができる。   According to the present invention, the mode gain difference can be increased.

図1(a)および図1(b)は、それぞれ比較例1および2に係るレーザを示す模式図である。FIGS. 1A and 1B are schematic views showing lasers according to comparative examples 1 and 2, respectively. 図2(a)および図2(b)は、比較例1および2における波長に対する透過率を示す模式図である。FIG. 2A and FIG. 2B are schematic diagrams showing the transmittance with respect to the wavelength in Comparative Examples 1 and 2. FIG. 図3(a)および図3(b)は、比較例1における波長に対するファイバ結合パワーを示す図である。FIGS. 3A and 3B are diagrams showing fiber coupling power with respect to the wavelength in Comparative Example 1. FIG. 図4は、実施例1に係るレーザの模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram of a laser according to the first embodiment. 図5(a)および図5(b)は、実施例1における波長に対する透過率を示す図である。FIG. 5A and FIG. 5B are diagrams showing the transmittance with respect to the wavelength in the first embodiment. 図6(a)は、実施例1における波長フィルタの平面図、図6(b)は、波長フィルタの一部の断面図、図6(c)は、リング共振器の拡大図、図6(d)は、リング共振器と光導波路付近の拡大図である。6A is a plan view of the wavelength filter in the first embodiment, FIG. 6B is a sectional view of a part of the wavelength filter, FIG. 6C is an enlarged view of the ring resonator, and FIG. d) is an enlarged view of the vicinity of the ring resonator and the optical waveguide. 図7は、レーザの測定系を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing a laser measurement system. 図8(a)は、実施例1におけるSOA注入電流に対するレーザ光の出力パワーを示す図、図8(b)は、波長に対するファイバ結合パワーを示す図である。FIG. 8A is a diagram showing the output power of the laser beam with respect to the SOA injection current in Example 1, and FIG. 8B is a diagram showing the fiber coupling power with respect to the wavelength. 図9は、ヒータパワーに対する波長を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the wavelength with respect to the heater power. 図10は、実施例1における波長に対するファイバ結合パワーを示す図、および波長に対するSMSRを示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating the fiber coupling power with respect to the wavelength in Example 1, and a diagram illustrating the SMSR with respect to the wavelength. 図11(a)は、RF周波数に対するパワーを示す図、図11(b)は、出力パワーに対する線幅を示す図である。FIG. 11A is a diagram showing the power with respect to the RF frequency, and FIG. 11B is a diagram showing the line width with respect to the output power. 図12は、比較例1、2および実施例1におけるリング共振器内の光強度Pringに対する最大出力パワーPmaxを示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the maximum output power P max with respect to the light intensity P ring in the ring resonator in Comparative Examples 1 and 2 and Example 1.

まず、比較例について説明する。図1(a)および図1(b)は、それぞれ比較例1および2に係るレーザを示す模式図である。図1(a)および図1(b)に示すように、比較例1および2に係るレーザは、波長フィルタ10と、光増幅器30と、を備えている。光増幅器30の一端から出力された光50は、波長フィルタ10内の経路55を伝搬し、光増幅器30の一端に戻り入力する。経路55は、特定波長を有する光を透過させ、他の波長を有する光を遮断する。光増幅器30の他端には反射板32が配置されている。反射板32は、特定波長を有する光の一部を透過させ、残りを反射する。これにより、経路55が透過する特定波長を有する光が増幅され、光増幅器30において誘導放出が生じる。これにより、光増幅器30の他端から特定波長を有するレーザ光60が出力される。   First, a comparative example will be described. FIGS. 1A and 1B are schematic views showing lasers according to comparative examples 1 and 2, respectively. As shown in FIGS. 1A and 1B, the lasers according to Comparative Examples 1 and 2 include a wavelength filter 10 and an optical amplifier 30. The light 50 output from one end of the optical amplifier 30 propagates through the path 55 in the wavelength filter 10 and returns to the one end of the optical amplifier 30 to be input. The path 55 transmits light having a specific wavelength and blocks light having other wavelengths. A reflection plate 32 is disposed at the other end of the optical amplifier 30. The reflector 32 transmits part of the light having a specific wavelength and reflects the rest. As a result, light having a specific wavelength transmitted through the path 55 is amplified, and stimulated emission occurs in the optical amplifier 30. As a result, a laser beam 60 having a specific wavelength is output from the other end of the optical amplifier 30.

図1(a)に示すように、比較例1に係るレーザ110において、光が伝搬する経路55は、経路54と経路56を有している。経路54は、分岐点58で経路56に分岐する。経路54には、光導波路12、18および19、リング共振器20aおよび20bが配置されている。光導波路12は、光増幅器30に光学的に結合されている。リング共振器20aは、光導波路12に光学的に結合されている。光導波路18は、リング共振器20aに光学的に結合されている。リング共振器20bは、光導波路18に光学的に結合されている。光導波路19は、リング共振器20bに光学的に結合されている。光導波路19の一端は、ループ状の光導波路17に接合されている。光導波路17は経路56に相当する。   As shown in FIG. 1A, in the laser 110 according to Comparative Example 1, the path 55 through which light propagates includes a path 54 and a path 56. The route 54 branches to a route 56 at a branch point 58. In the path 54, optical waveguides 12, 18, and 19 and ring resonators 20a and 20b are arranged. The optical waveguide 12 is optically coupled to the optical amplifier 30. The ring resonator 20 a is optically coupled to the optical waveguide 12. The optical waveguide 18 is optically coupled to the ring resonator 20a. The ring resonator 20 b is optically coupled to the optical waveguide 18. The optical waveguide 19 is optically coupled to the ring resonator 20b. One end of the optical waveguide 19 is joined to the loop-shaped optical waveguide 17. The optical waveguide 17 corresponds to the path 56.

光増幅器30の一端から出力されて光50は、経路54内のリング共振器20aおよび20bを順に通過する。光50は、経路56で折り返し、経路54内のリング共振器20bおよび20aを順に通過し、光増幅器30の一端に光52として入力する。光50からみると、複数のリング共振器20aおよび20bは、経路54内に縦続に配置されている。   The light 50 output from one end of the optical amplifier 30 sequentially passes through the ring resonators 20 a and 20 b in the path 54. The light 50 is turned back along the path 56, sequentially passes through the ring resonators 20 b and 20 a in the path 54, and is input to the one end of the optical amplifier 30 as the light 52. When viewed from the light 50, the plurality of ring resonators 20 a and 20 b are arranged in cascade in the path 54.

図1(b)に示すように、比較例2に係るレーザ112においては、光導波路12は経路54に相当する。光結合器26は分岐点58に相当する。経路56には、14a、14bおよび16、リング共振器20aおよび20bが配置されている。光導波路12は、光増幅器30に結合されている。光結合器26は、光導波路12を一対の光導波路14aおよび14bに分岐する。光導波路14aおよび14bには、それぞれ一対のリング共振器20aおよび20bが光学的に結合されている。一対の光導波路16は、リング共振器20aおよび20bに光学的に結合されている。   As shown in FIG. 1B, in the laser 112 according to Comparative Example 2, the optical waveguide 12 corresponds to the path 54. The optical coupler 26 corresponds to the branch point 58. In the path 56, 14a, 14b and 16 and ring resonators 20a and 20b are arranged. The optical waveguide 12 is coupled to the optical amplifier 30. The optical coupler 26 branches the optical waveguide 12 into a pair of optical waveguides 14a and 14b. A pair of ring resonators 20a and 20b are optically coupled to the optical waveguides 14a and 14b, respectively. The pair of optical waveguides 16 are optically coupled to the ring resonators 20a and 20b.

光増幅器30の一端から出力された光50は、経路54を伝搬し、分岐点58において複数の光50aおよび50bに分岐する。光50aは、経路56を左回りに伝搬することでリング共振器20aおよび20bを順に通過する。光50bは、経路56を右回りに伝搬することでリング共振器20bおよび20aを順に通過する。分岐点58において光50aと50bとが結合し経路54を伝搬し光52として光増幅器30の一端に入力する。分岐点58において分岐された光50aおよび50bからみれば、複数のリング共振器20aおよび20bは、経路56内において縦続に配置されている。   The light 50 output from one end of the optical amplifier 30 propagates through the path 54 and branches into a plurality of lights 50 a and 50 b at the branch point 58. The light 50a propagates in the counterclockwise direction through the path 56, thereby passing through the ring resonators 20a and 20b in order. The light 50b propagates in the clockwise direction through the path 56 to pass through the ring resonators 20b and 20a in order. Lights 50 a and 50 b are combined at the branch point 58, propagated through the path 54, and input as light 52 to one end of the optical amplifier 30. When viewed from the light beams 50 a and 50 b branched at the branch point 58, the plurality of ring resonators 20 a and 20 b are arranged in cascade in the path 56.

比較例1では、光50は、リング共振器20aおよび20bを2回ずつ通過するのに対し、比較例2では、光50は、リング共振器20aおよび20bを1回ずつしか通過しない。これにより、比較例2は比較例1に比べ共振器長を短くできる。レーザ光60の高出力時にリング共振器20aおよび20b内での光強度が強くなると、非線形光学効果のためサブモードでの共振が起こり、レーザ発振が不安定になると考えられる。比較例2のように、リング共振器20aおよび20b内を光50が通過する回数が少ないと、高出力時においても、リング共振器20aおよび20b内での光強度を弱く抑えることができるのではないかと考えられる。よって、比較例2では、高出力時のレーザ発振の不安定性を抑制できる可能性がある。   In Comparative Example 1, light 50 passes through ring resonators 20a and 20b twice, whereas in Comparative Example 2, light 50 passes through ring resonators 20a and 20b only once. Thereby, the resonator length of the comparative example 2 can be shortened compared with the comparative example 1. If the light intensity in the ring resonators 20a and 20b increases when the laser beam 60 is output at high power, it is considered that resonance in the submode occurs due to the nonlinear optical effect, and laser oscillation becomes unstable. As in Comparative Example 2, if the number of times the light 50 passes through the ring resonators 20a and 20b is small, the light intensity in the ring resonators 20a and 20b can be suppressed to a low level even at high output. It is thought that there is not. Therefore, in Comparative Example 2, there is a possibility that instability of laser oscillation at high output can be suppressed.

図2(a)および図2(b)は、比較例1および2における波長に対する透過率を示す模式図である。図2(a)を参照し、光増幅器30は、利得帯域B内の波長を有する光を増幅する。破線はリング共振器20aの透過率R1を示し、点線はリング共振器20bの透過率R2を示す。実線は、リング共振器20aおよび20bの透過率の合計R1+R2を示す。リング共振器20aおよび20bは経路55内に縦列に配置されているため、経路55を伝搬した光の透過率はR1+R2となる。   FIG. 2A and FIG. 2B are schematic diagrams showing the transmittance with respect to the wavelength in Comparative Examples 1 and 2. FIG. Referring to FIG. 2A, the optical amplifier 30 amplifies light having a wavelength in the gain band B. The broken line indicates the transmittance R1 of the ring resonator 20a, and the dotted line indicates the transmittance R2 of the ring resonator 20b. The solid line indicates the total transmittance R1 + R2 of the ring resonators 20a and 20b. Since the ring resonators 20a and 20b are arranged in a column in the path 55, the transmittance of the light propagated through the path 55 is R1 + R2.

リング共振器20aおよび20bは、それぞれ共振波長において共振し、透過率が最大となる。共振波長の中間の波長では透過率が最小になる。共振波長の間隔は一定であり、この間隔を周波数間隔(FSR:Free Spectral Range)という。リング共振器20aおよび20bの周波数間隔は、それぞれFSR1およびFSR2である。リング共振器20aおよび20bの周波数間隔FSR1およびFSR2は互いに異なる。リング共振器20aおよび20bの周波数間隔FSR1およびFSR2は、リング共振器20aおよび20bの周回長により設定することができる。   Each of the ring resonators 20a and 20b resonates at the resonance wavelength, and the transmittance is maximized. The transmittance is minimum at wavelengths in the middle of the resonance wavelength. The interval between the resonant wavelengths is constant, and this interval is called a frequency interval (FSR: Free Spectral Range). The frequency intervals of the ring resonators 20a and 20b are FSR1 and FSR2, respectively. The frequency intervals FSR1 and FSR2 of the ring resonators 20a and 20b are different from each other. The frequency intervals FSR1 and FSR2 of the ring resonators 20a and 20b can be set by the circumference of the ring resonators 20a and 20b.

リング共振器20aおよび20bの周波数間隔FSR1およびFSR2が異なるため、バーニア効果により、透過率の合計R1+R2には、リング共振器20aおよび20bの共振波長が最も重なった波長において透過率は最も高いピーク(モードM1)となる。モードM1のピークの両側に隣接してモードM2のピーク、モードM3のピークの両側に隣接してモードM3のピークが形成される。モードM2はモードM1に比べ、共振波長の重なりが小さい。このため、モードM2のピークはモードM1より低い。同様に、モードM3のピークはモードM2より低い。モードM1のピーク波長の間隔を間隔Δλ1とする。モードM1とM2とのピーク波長の間隔、およびM2とM3とのピーク波長の間隔を間隔Δλ2とする。モードM1とM2との透過率差ΔTとする。透過率差ΔTは、レーザ光のモード利得比(SMSR:Side-Mode Suppression Ratio)に相当する。間隔Δλ1を利得帯域Bとほぼ同じまたは大きくすることにより、利得帯域B内にはモードM1が1本のみ形成される。   Since the frequency intervals FSR1 and FSR2 of the ring resonators 20a and 20b are different, due to the vernier effect, the total transmittance R1 + R2 has the highest transmittance at the wavelength at which the resonance wavelengths of the ring resonators 20a and 20b overlap most ( Mode M1) is entered. A mode M2 peak is formed adjacent to both sides of the mode M1 peak, and a mode M3 peak is formed adjacent to both sides of the mode M3 peak. Mode M2 has a smaller overlap of resonance wavelengths than mode M1. For this reason, the peak of mode M2 is lower than that of mode M1. Similarly, the peak of mode M3 is lower than that of mode M2. The interval of the peak wavelength in mode M1 is defined as an interval Δλ1. An interval between the peak wavelengths of the modes M1 and M2 and an interval between the peak wavelengths of M2 and M3 are defined as an interval Δλ2. A transmittance difference ΔT between the modes M1 and M2. The transmittance difference ΔT corresponds to a mode gain ratio (SMSR: Side-Mode Suppression Ratio) of laser light. By making the interval Δλ1 substantially the same as or larger than the gain band B, only one mode M1 is formed in the gain band B.

図2(b)を参照し、モードM1およびM2付近を拡大する。透過率の合計R1+R2内にFP(Fabry-Perot)縦モードの共振モードFPが形成される。FP縦モードの周波数間隔FSR3は、波長フィルタ10の共振器長が大きくなると小さくなり、共振器長が小さくなると大きくなる。   With reference to FIG. 2B, the vicinity of the modes M1 and M2 is enlarged. A resonance mode FP of an FP (Fabry-Perot) longitudinal mode is formed in the total transmittance R1 + R2. The frequency interval FSR3 in the FP longitudinal mode decreases as the resonator length of the wavelength filter 10 increases, and increases as the resonator length decreases.

比較例1のように、周波数間隔FSR1およびFSR2の異なる複数のリング共振器20aおよび20bを経路55内に縦続接続し波長フィルタ10を形成する。リング共振器20aおよび20bはQ値が高い。このため、リング共振器20aおよび20bを波長フィルタ10に用いることにより、レーザは、波長線幅の狭いレーザ光60を出力することができる。しかしながら、比較例1では、光増幅器30の注入電流を大きくすると、レーザ発振が不安定となりレーザ光60の出力パワーが制限される。   As in Comparative Example 1, a plurality of ring resonators 20a and 20b having different frequency intervals FSR1 and FSR2 are cascade-connected in the path 55 to form the wavelength filter 10. The ring resonators 20a and 20b have a high Q value. For this reason, by using the ring resonators 20a and 20b in the wavelength filter 10, the laser can output the laser beam 60 having a narrow wavelength line width. However, in Comparative Example 1, when the injection current of the optical amplifier 30 is increased, the laser oscillation becomes unstable and the output power of the laser beam 60 is limited.

比較例1および2に係るレーザを作製した。光導波路およびリング共振器のコア材料はシリコン(Si)であり、クラッド材料は酸化シリコン(SiO)である。光増幅器30は、InPを用いた半導体光増幅器(SOA:Semiconductor Optical Amplifier)である。比較例1および2の波長フィルタ10内のシリコン光導波路の共振器長は、それぞれ1.7mmおよび1.0mmである。レーザ発振波長はLバンド(1570nmから1612nm)である。その他は、後述する実施例1において作製したレーザと同じである。 Lasers according to Comparative Examples 1 and 2 were produced. The core material of the optical waveguide and the ring resonator is silicon (Si), and the clad material is silicon oxide (SiO 2 ). The optical amplifier 30 is a semiconductor optical amplifier (SOA) using InP. The resonator lengths of the silicon optical waveguides in the wavelength filters 10 of Comparative Examples 1 and 2 are 1.7 mm and 1.0 mm, respectively. The laser oscillation wavelength is L band (1570 nm to 1612 nm). Others are the same as the laser produced in Example 1 mentioned later.

図3(a)および図3(b)は、比較例1における波長に対するファイバ結合パワーを示す図である。ファイバ結合パワーは、レーザ光60の一部をファイバに結合させて測定したパワーである。図3(a)に示すように、光増幅器30であるSOAの注入電流を大きくすると、複数のFP縦モードに対応する発振62が観察される。また、図3(b)に示すように、バーニア効果に起因する複数の共振モード64が観察される。このような、複数のモードの多モード発振によりレーザ光の最大出力パワーが制限される。   FIGS. 3A and 3B are diagrams showing fiber coupling power with respect to the wavelength in Comparative Example 1. FIG. The fiber coupling power is a power measured by coupling a part of the laser beam 60 to the fiber. As shown in FIG. 3A, when the injection current of the SOA which is the optical amplifier 30 is increased, oscillations 62 corresponding to a plurality of FP longitudinal modes are observed. Further, as shown in FIG. 3B, a plurality of resonance modes 64 due to the vernier effect are observed. Such a multimode oscillation of a plurality of modes limits the maximum output power of the laser beam.

このように、比較例1において、多モード発振が生じる原因は明確ではないが、比較例1では、共振器長が長いため、FP縦モード間隔FSR3が小さいため、および/または、リング共振器20aおよび20b内での光強度が強いためではないかと考えられる。   As described above, in Comparative Example 1, the cause of the occurrence of multimode oscillation is not clear. However, in Comparative Example 1, the resonator length is long, the FP longitudinal mode interval FSR3 is small, and / or the ring resonator 20a. It is thought that this is because the light intensity within 20b is high.

比較例2では、光が光導波路内を往復する距離が短いため、共振器長を短くできる。また、リング共振器20aおよび20b内の光強度を弱くできる。これにより、多モード発振が抑制され最大出力パワーを大きくできる。表1は、比較例1および2におけるFP縦モード間隔FSR3、最大出力パワーおよびSMSRを示す表である。

Figure 2015154052
In Comparative Example 2, the distance that the light reciprocates in the optical waveguide is short, so that the resonator length can be shortened. Further, the light intensity in the ring resonators 20a and 20b can be weakened. Thereby, multimode oscillation is suppressed and the maximum output power can be increased. Table 1 is a table showing the FP longitudinal mode interval FSR3, the maximum output power, and the SMSR in Comparative Examples 1 and 2.
Figure 2015154052

表1に示すように、比較例2のFP縦モード間隔FSR3は123pmであり、比較例1の94pmよりが大きい。比較例2の最大出力パワーは34.9mWであり、比較例1の20mWより大きくなる。このように、FP縦モードのFSR3を大きくすることで、多モード発振を抑制し、最大出力パワーを増大できる。しかしながら、SMSRは、比較例1および2とも30dB程度であり、あまり大きくない。   As shown in Table 1, the FP longitudinal mode interval FSR3 of Comparative Example 2 is 123 pm, which is larger than 94 pm of Comparative Example 1. The maximum output power of Comparative Example 2 is 34.9 mW, which is larger than 20 mW of Comparative Example 1. Thus, by increasing the FSR3 in the FP longitudinal mode, multimode oscillation can be suppressed and the maximum output power can be increased. However, the SMSR is about 30 dB in both Comparative Examples 1 and 2, and is not so large.

このように、比較例2によれば、最大出力パワーを大きくできる。しかしながらSMSRが小さい。SMSRが小さいと、多モード発振の原因となる可能性がある。SMSRを大きくできれば、最大出力パワーを大きくできる可能性がある。以下にSMSRを大きくできる実施例について説明する。   Thus, according to Comparative Example 2, the maximum output power can be increased. However, the SMSR is small. If the SMSR is small, it may cause multimode oscillation. If the SMSR can be increased, the maximum output power may be increased. An embodiment that can increase the SMSR will be described below.

図4は、実施例1に係るレーザの模式図である。図4に示すように、レーザ100は、波長フィルタ10および光増幅器30を備えている。経路56内に複数のリング共振器20aおよび20bと縦続に非対称マッハツェンダ干渉計(AMZI: Asymmetric Mach-Zehnder interferometer)22が配置されている。すなわち、分岐点58において分岐された光50aおよび50bからみれば、複数のリング共振器20a、20bおよびAMZI22は、経路56内において縦続に配置されている。光導波路16aおよび16bは、それぞれリング共振器20aおよび20bに光学的に結合されている。AMZI22の両端は、それぞれ光導波路16aおよび16bの一端に光学的に結合している。AMZI22は複数の光導波路24aおよび24bを有している。光導波路24aおよび24bの行路長は互いに異なり、経路54aおよび54bを伝搬する光はAMZI22により変調される。その他の構成は、比較例2と同じであり説明を省略する。   FIG. 4 is a schematic diagram of a laser according to the first embodiment. As shown in FIG. 4, the laser 100 includes a wavelength filter 10 and an optical amplifier 30. An asymmetric Mach-Zehnder interferometer (AMZI) 22 is arranged in the path 56 in cascade with a plurality of ring resonators 20a and 20b. That is, when viewed from the light beams 50 a and 50 b branched at the branch point 58, the plurality of ring resonators 20 a and 20 b and the AMZI 22 are arranged in cascade in the path 56. Optical waveguides 16a and 16b are optically coupled to ring resonators 20a and 20b, respectively. Both ends of the AMZI 22 are optically coupled to one ends of the optical waveguides 16a and 16b, respectively. The AMZI 22 has a plurality of optical waveguides 24a and 24b. The path lengths of the optical waveguides 24a and 24b are different from each other, and light propagating through the paths 54a and 54b is modulated by the AMZI 22. Other configurations are the same as those of the comparative example 2, and the description thereof is omitted.

図5(a)および図5(b)は、実施例1における波長に対する透過率を示す図である。図5(a)は、リング共振器20a、20bおよびAMZI22の透過率R1、R2およびAMZIを示す図であり、図5(b)は、リング共振器20aおよび20bの透過率の合計R1+R2、リング共振器20a、20bおよびAMZI22の透過率の合計R1+R2+AMZIを示す図である。リング共振器20a、20bおよびAMZI22は経路55内に縦列に配置されている。このため、経路55を伝搬した光の透過率はR1+R2+AMZIとなる。   FIG. 5A and FIG. 5B are diagrams showing the transmittance with respect to the wavelength in the first embodiment. FIG. 5A is a diagram showing the transmittances R1, R2 and AMZI of the ring resonators 20a and 20b and the AMZI 22. FIG. 5B is a diagram showing the total transmittance R1 + R2 of the ring resonators 20a and 20b. It is a figure which shows the sum total R1 + R2 + AMZI of the transmittance | permeability of resonator 20a, 20b and AMZI22. Ring resonators 20 a, 20 b and AMZI 22 are arranged in tandem in path 55. For this reason, the transmittance of the light propagated through the path 55 is R1 + R2 + AMZI.

図5(a)に示すように、AMZI22の透過率AMZIは、モードM1に相当する波長で最大となり、隣接するモードM2に相当する波長で最低となるように設定する。すなわち、AMZI22の周波数間隔FSR4は、リング共振器20aおよび20bの周波数間隔FSR1およびFSR2のほぼ2倍となるように、光導波路24aおよび24bの行路差を設定する。   As shown in FIG. 5A, the transmittance AMZI of the AMZI 22 is set to be maximum at a wavelength corresponding to the mode M1, and to be minimum at a wavelength corresponding to the adjacent mode M2. That is, the path difference between the optical waveguides 24a and 24b is set so that the frequency interval FSR4 of the AMZI 22 is approximately twice the frequency intervals FSR1 and FSR2 of the ring resonators 20a and 20b.

図5(b)に示すように、モードM1およびM3におけるR1+R2のピークと、AMZI22の透過率AMZIのピークと、が重なる。このため、モードM1およびM3の透過率の合計R1+R2+AMZIはほとんどR1+R2となる。一方、モードM2においては、AMZI22の透過率が低いため、透過率の合計R1+R2+AMZIはR1+R2に比べ非常に小さくなる。これにより、SMSRは、モードM1とM3のピークの差となり、SMSRを大きくできる。   As shown in FIG. 5B, the peak of R1 + R2 in modes M1 and M3 and the peak of transmittance AMZI of AMZI22 overlap. For this reason, the total transmittance R1 + R2 + AMZI of the modes M1 and M3 is almost R1 + R2. On the other hand, in mode M2, since the transmittance of AMZI22 is low, the total transmittance R1 + R2 + AMZI is much smaller than R1 + R2. As a result, the SMSR becomes the difference between the peaks of the modes M1 and M3, and the SMSR can be increased.

実施例1に係るレーザを作製した。図6(a)は、実施例1における波長フィルタの平面図、図6(b)は、波長フィルタの一部の断面図、図6(c)は、リング共振器の拡大図、図6(d)は、リング共振器と光導波路付近の拡大図である。   A laser according to Example 1 was manufactured. 6A is a plan view of the wavelength filter in the first embodiment, FIG. 6B is a sectional view of a part of the wavelength filter, FIG. 6C is an enlarged view of the ring resonator, and FIG. d) is an enlarged view of the vicinity of the ring resonator and the optical waveguide.

図6(b)に示すように、シリコン基板40上に酸化シリコン膜42が形成されている。酸化シリコン膜42内にシリコン細線44が形成されている。シリコン細線44の幅がW、高さがHである。シリコン細線44が光導波路のコア、酸化シリコン膜42がクラッドとして機能する。シリコン細線44上方の酸化シリコン膜42上に金属膜46が形成されている。金属膜46は、酸化シリコン膜42側からTi膜およびPt膜である。   As shown in FIG. 6B, a silicon oxide film 42 is formed on the silicon substrate 40. Silicon fine wires 44 are formed in the silicon oxide film 42. The width of the silicon fine wire 44 is W and the height is H. The silicon thin wire 44 functions as the core of the optical waveguide, and the silicon oxide film 42 functions as the cladding. A metal film 46 is formed on the silicon oxide film 42 above the silicon thin wire 44. The metal film 46 is a Ti film and a Pt film from the silicon oxide film 42 side.

図6(a)に示すように、光導波路12、14a,14b,16a、16b、リング共振器20a、20bおよびAMZI22は、シリコン細線44をコアとした光導波路により形成される。金属膜46はヒータ34aから34cおよびパッド48を形成する。ヒータ34aから34cは、それぞれリング共振器20a、20b、およびAMZI22の片方の光導波路24b上に形成されている。パッド48はヒータ34aから34cに外部から電流を流すために用いられる。光導波路12の一端は、SSC(Spot Size Converter)45を介しOSAにバットジョイント結合される。バットジョイント結合には、屈折率が1.46の屈折率整合ゲルを用いた。   As shown in FIG. 6A, the optical waveguides 12, 14a, 14b, 16a, and 16b, the ring resonators 20a and 20b, and the AMZI 22 are formed by an optical waveguide having a silicon thin wire 44 as a core. The metal film 46 forms heaters 34a to 34c and pads 48. The heaters 34a to 34c are respectively formed on one of the ring resonators 20a and 20b and one optical waveguide 24b of the AMZI 22. The pad 48 is used to flow current from the outside to the heaters 34a to 34c. One end of the optical waveguide 12 is butt-joined to the OSA via an SSC (Spot Size Converter) 45. A refractive index matching gel having a refractive index of 1.46 was used for butt joint bonding.

図6(c)に示すように、リング共振器20bは、バス光導波路14bおよび16bに隣接して配置されている。リング共振器20bは、円弧領域36aと直線領域36bとからなる。円弧領域36aの半径は曲半径rである。直線領域36bの距離を変化させることにより、リング共振器20bの周回長を変更できる。図6(d)に示すように、バス光導波路14および16とリング共振器20とはギャップG1を有するように離間している。バス光導波路14および16とリング共振器20とが並走する距離は結合器長L1である。バス光導波路14および16とリング共振器20との結合効率は、ギャップG1と結合器長L1を適宜設定することで調整できる。   As shown in FIG. 6C, the ring resonator 20b is disposed adjacent to the bus optical waveguides 14b and 16b. The ring resonator 20b includes an arc region 36a and a straight region 36b. The arc region 36a has a radius r of curvature. By changing the distance of the straight region 36b, the circumference of the ring resonator 20b can be changed. As shown in FIG. 6D, the bus optical waveguides 14 and 16 and the ring resonator 20 are separated so as to have a gap G1. The distance that the bus optical waveguides 14 and 16 and the ring resonator 20 run in parallel is the coupler length L1. The coupling efficiency between the bus optical waveguides 14 and 16 and the ring resonator 20 can be adjusted by appropriately setting the gap G1 and the coupler length L1.

以下、作製した実施例1に係るレーザの各寸法等を以下に示す。
フットプリントの大きさ:2.6×0.5mm
フットプリントは、波長フィルタとSOAを搭載する基板である。
シリコン細線44の幅W:400nm
リシコン細線42の高さH;220nm
波長フィルタ10の共振器長:1.0mm
SOAの共振器長:1.3mm
波長フィルタとSOAの合計の共振長:2.3mm
AMZIのFSR4:1600GHz
AMZIの行路差:42.8μm
Hereafter, each dimension etc. of the laser which concerns on the produced Example 1 are shown below.
Footprint size: 2.6 x 0.5mm 2
The footprint is a substrate on which the wavelength filter and the SOA are mounted.
Silicon wire 44 width W: 400 nm
The height H of the thin silicon wire 42; 220 nm
Resonator length of wavelength filter 10: 1.0 mm
SOA resonator length: 1.3mm
Total resonance length of wavelength filter and SOA: 2.3 mm
AMZI FSR4: 1600GHz
AMZI path difference: 42.8μm

リング共振器の曲半径r:12μm
バスとリングとの結合効率:0.156
バスとリングとのギャップG1:300nm
バスとリングとの結合器長L1:2.75μm
リング共振器20aのFSR1:727GHz
リング共振器20bのFSR2:800GHz
リング共振器20aの周回長:85.5μm
リング共振器20bの周回長:94.0μm
金属膜46のTi膜/Pt膜厚:10nm/100nm
ヒータにおける金属膜46の幅:8μm
ヒータの抵抗:約200Ω
Ring resonator radius r: 12 μm
Coupling efficiency between bus and ring: 0.156
Gap G1: 300nm between bus and ring
Bus length and ring length L1: 2.75 μm
Ring resonator 20a FSR1: 727GHz
FSR2 of ring resonator 20b: 800 GHz
Circumference length of ring resonator 20a: 85.5 μm
Circumference length of ring resonator 20b: 94.0 μm
Ti film / Pt film thickness of metal film 46: 10 nm / 100 nm
The width of the metal film 46 in the heater: 8 μm
Heater resistance: about 200Ω

図7は、レーザの測定系を示すブロック図である。図7に示すように、測定系システムは、先球ファイバ70、アイソレータ71、光結合器72、73、光スペクトルアナライザ74、パワーメータ75、線幅測定系76、SOA制御部77およびヒータ制御部78を備えている。先球ファイバ70は、レーザ100から出射されるレーザ光を集光する。アイソレータ71は、集光された光をアイソレートする。光結合器72および23は、光を分岐する。光スペクトルアナライザ74は、光のスペクトルを測定する。パワーメータ75は光のパワーを測定する。線幅測定系76は、レーザ光の線幅を測定する。SOA制御部77は、TEC(thermoelectric coolers)を用い光増幅器30であるSOAの温度を一定に保つ。以下の測定では、SOAの温度を25℃に設定した。SOA制御部77は、SOAの注入電流を制御する。ヒータ制御部78は、パッド48を介しヒータ34bおよび34cに印加する電流を制御する。   FIG. 7 is a block diagram showing a laser measurement system. As shown in FIG. 7, the measurement system includes a spherical fiber 70, an isolator 71, optical couplers 72 and 73, an optical spectrum analyzer 74, a power meter 75, a line width measurement system 76, an SOA control unit 77, and a heater control unit. 78. The tip sphere fiber 70 condenses the laser light emitted from the laser 100. The isolator 71 isolates the collected light. The optical couplers 72 and 23 branch light. The optical spectrum analyzer 74 measures the spectrum of light. The power meter 75 measures the power of light. The line width measurement system 76 measures the line width of the laser light. The SOA control unit 77 keeps the temperature of the SOA, which is the optical amplifier 30, constant using TEC (thermoelectric coolers). In the following measurements, the SOA temperature was set to 25 ° C. The SOA control unit 77 controls the injection current of the SOA. The heater control unit 78 controls the current applied to the heaters 34 b and 34 c via the pad 48.

図8(a)は、実施例1におけるSOA注入電流に対するレーザ光の出力パワーを示す図、図8(b)は、波長に対するファイバ結合パワーを示す図である。図8(a)は、波長が1590nmのときの出力パワーをパワーメータ75を用いて測定した結果である。図8(b)は、SOA注入電流が300mAのときの光スペクトルを光スペクトルアナライザ74を用いて測定した結果である。   FIG. 8A is a diagram showing the output power of the laser beam with respect to the SOA injection current in Example 1, and FIG. 8B is a diagram showing the fiber coupling power with respect to the wavelength. FIG. 8A shows the result of measuring output power using a power meter 75 when the wavelength is 1590 nm. FIG. 8B shows the result of measuring the optical spectrum using the optical spectrum analyzer 74 when the SOA injection current is 300 mA.

図8(a)に示すように、実施例1は比較例1に比べ出力パワーが大きい。SOA注入電流が300mAのとき最大出力パワーが42.2mWとなった。閾値電流は23mAである。また、傾きに相当するスリープ効率は0.151mW/mAである。   As shown in FIG. 8A, the output power of Example 1 is larger than that of Comparative Example 1. The maximum output power was 42.2 mW when the SOA injection current was 300 mA. The threshold current is 23 mA. The sleep efficiency corresponding to the inclination is 0.151 mW / mA.

図8(b)に示すように、最大出力パワーにおいて、隣接するFP縦モードの発振は生じておらず、比較例1の図3(a)のような多モード発振は生じていない。発振している主モードの他のモードに対する利得差は49.8dBと大きい。このように、実施例1では、比較例1に比べ、多モード発振を抑制でき、出力パワーを大きくできる。最大出力パワーは16QAMにおいて要求される16dBm以上とすることができる。   As shown in FIG. 8B, at the maximum output power, adjacent FP longitudinal mode oscillation does not occur, and multimode oscillation as in FIG. 3A of Comparative Example 1 does not occur. The gain difference with respect to other modes of the oscillating main mode is as large as 49.8 dB. Thus, in the first embodiment, multimode oscillation can be suppressed and the output power can be increased as compared with the first comparative example. The maximum output power can be 16 dBm or more required in 16QAM.

次に、ヒータを用いレーザ光の波長を変化させる。図9は、ヒータパワーに対する波長を示す図である。リング共振器20aに対応するヒータ34aに電流を流し、リング共振器20bに対応するヒータ34bに電流を流していない。図9に示すように、ヒータ34aのパワーを大きくすると、リング共振器20aのシリコン細線44の温度が高くなり、シリコン細線44の屈折率が高くなる。これにより、リング共振器20aの共振波長が長くなり、モードM1の波長が長くなる。よって、レーザ発振波長が長くなる。モードM1が高波長側にシフトするため、図5(a)のAMZI22の透過率のピークをモードM1の波長に対応して変更する。図9の白丸は、AMZI22のヒータ34cに111.7mWのパワーを印加したこと示し、白三角は、ヒータ34cにパワーを印加していないことを示す。このように、AMZI22の行路差をヒータ34cを用い制御することで、AMZI22の透過率のピークをモードM1の波長のシフトに対応してシフトできる。   Next, the wavelength of the laser beam is changed using a heater. FIG. 9 is a diagram showing the wavelength with respect to the heater power. A current is passed through the heater 34a corresponding to the ring resonator 20a, and no current is passed through the heater 34b corresponding to the ring resonator 20b. As shown in FIG. 9, when the power of the heater 34a is increased, the temperature of the silicon fine wire 44 of the ring resonator 20a increases, and the refractive index of the silicon fine wire 44 increases. Thereby, the resonance wavelength of the ring resonator 20a becomes longer, and the wavelength of the mode M1 becomes longer. Therefore, the laser oscillation wavelength becomes long. Since the mode M1 shifts to the high wavelength side, the peak of the transmittance of the AMZI 22 in FIG. 5A is changed corresponding to the wavelength of the mode M1. A white circle in FIG. 9 indicates that power of 111.7 mW is applied to the heater 34c of the AMZI 22, and a white triangle indicates that power is not applied to the heater 34c. Thus, by controlling the path difference of the AMZI 22 using the heater 34c, the transmittance peak of the AMZI 22 can be shifted corresponding to the wavelength shift of the mode M1.

図10は、実施例1における波長に対するファイバ結合パワーを示す図、および波長に対するSMSRを示す図である。図9の各点のスペクトルとSMSRを示している。図10に示すように、いずれの波長においても1本のモードが発振している。SMSRは、約40dBであり、最小でも38dBである。   FIG. 10 is a diagram illustrating the fiber coupling power with respect to the wavelength in Example 1, and a diagram illustrating the SMSR with respect to the wavelength. The spectrum and SMSR of each point of FIG. 9 are shown. As shown in FIG. 10, one mode oscillates at any wavelength. The SMSR is about 40 dB and a minimum of 38 dB.

このように、リング共振器10aおよびAMZI22の温度をヒータ34aおよび34cにより調整することにより、レーザ発振波長を可変とすることができる。図9および図10では、レーザ発振波長をLバンドである1.570μmから1.610μmの範囲で可変とすることができる。レーザ光の発振波長を可変とすることで、波長多重方式への適用が可能となる。   Thus, the laser oscillation wavelength can be made variable by adjusting the temperatures of the ring resonator 10a and the AMZI 22 with the heaters 34a and 34c. 9 and 10, the laser oscillation wavelength can be made variable in the range of 1.570 μm to 1.610 μm which is the L band. By making the oscillation wavelength of the laser light variable, it is possible to apply to a wavelength multiplexing system.

線幅測定系76を用い遅延自己ヘテロダイン法で共振モードの線幅を測定した。図11(a)は、RF周波数に対するパワーを示す図、図11(b)は、出力パワーに対する線幅を示す図である。図11(a)を参照し、実施例1における測定結果とローレンツ分布を仮定したフィッティング線を示す。出力パワーは42.2mWである。図11(a)より、線幅は約83kHzである。   The line width of the resonance mode was measured by the delayed self-heterodyne method using the line width measurement system 76. FIG. 11A is a diagram showing the power with respect to the RF frequency, and FIG. 11B is a diagram showing the line width with respect to the output power. With reference to Fig.11 (a), the measurement result in Example 1 and the fitting line which assumed Lorentz distribution are shown. The output power is 42.2 mW. From FIG. 11A, the line width is about 83 kHz.

図11(b)を参照し、比較例1および実施例1の線幅測定結果を白丸および白三角で示す。IEEE J. Quantum Electron., Vol QE-18, No. 2 (1982)に記載されている方法を用い算出した線幅を曲線で示す。実施例1においては、比較例1に比べ線幅が大きいが、出力パワーが10mW以上では線幅は16QAMに要求される100kHz以下となる。実施例1が比較例1に比べ線幅が大きい理由は、実施例1の共振器長が短いためである。   With reference to FIG.11 (b), the line width measurement result of the comparative example 1 and Example 1 is shown with a white circle and a white triangle. The line width calculated using the method described in IEEE J. Quantum Electron., Vol QE-18, No. 2 (1982) is shown by a curve. In Example 1, the line width is larger than that in Comparative Example 1, but when the output power is 10 mW or more, the line width is 100 kHz or less required for 16QAM. The reason why the line width of Example 1 is larger than that of Comparative Example 1 is that the resonator length of Example 1 is short.

図12は、比較例1、2および実施例1におけるリング共振器内の光強度Pringに対する最大出力パワーPmaxを示す図である。図12において、比較例1は、リング共振器20aおよび20bとバス光導波路12、18および19との結合係数が0.15と0.22の2つのレーザを作製した。リング共振器20aおよび20b内の光強度は、シミュレーション結果である。 FIG. 12 is a diagram showing the maximum output power P max with respect to the light intensity P ring in the ring resonator in Comparative Examples 1 and 2 and Example 1. In FIG. 12, in Comparative Example 1, two lasers having coupling coefficients of 0.15 and 0.22 between the ring resonators 20a and 20b and the bus optical waveguides 12, 18, and 19 were produced. The light intensity in the ring resonators 20a and 20b is a simulation result.

図12に示すように、リング共振器20aおよび20b内の光強度が40mWを越えると最大出力パワーが小さくなる。これは、リング共振器20aおよび20b内の光強度が強くなると、非線形光学効果によってサブモードでの共振が起こり、レーザ光の高出力時のレーザ発振が不安定になるためと考えられる。このように、リング共振器20aおよび20b内の光強度は40mW以下が好ましい。   As shown in FIG. 12, when the light intensity in the ring resonators 20a and 20b exceeds 40 mW, the maximum output power decreases. This is presumably because when the light intensity in the ring resonators 20a and 20b increases, resonance in the submode occurs due to the nonlinear optical effect, and laser oscillation at the time of high output of the laser light becomes unstable. Thus, the light intensity in the ring resonators 20a and 20b is preferably 40 mW or less.

比較例1において、結合係数を0.22とすると光強度は弱くなり、最大出力パワーが大きくなる。しかし、モード間の透過率差が小さくなり、モード利得差が低下してシングルモード発振ができなくなる。このように、比較例1では、モード利得差を大きくしようとすると、リング共振器20aおよび20b内の光強度が強くなり、レーザ発振が不安定となる。一方、比較例2および実施例1では、光50がリング共振器20aおよび20bを1回しか通過しないため、リング共振器20aおよび20b内の光強度を弱くできる。よって、レーザ発振を安定化できる。   In Comparative Example 1, when the coupling coefficient is 0.22, the light intensity becomes weak and the maximum output power becomes large. However, the difference in transmittance between modes is reduced, and the mode gain difference is reduced to prevent single mode oscillation. As described above, in Comparative Example 1, when the mode gain difference is increased, the light intensity in the ring resonators 20a and 20b is increased, and the laser oscillation becomes unstable. On the other hand, in Comparative Example 2 and Example 1, since the light 50 passes through the ring resonators 20a and 20b only once, the light intensity in the ring resonators 20a and 20b can be reduced. Therefore, laser oscillation can be stabilized.

表1に示すように、AMZI22を設けた実施例1では、比較例2と共振器長およびFSR3が同じであっても、図5(b)のように隣接するモードを抑圧することができる。これにより、SMSRを比較例2の30dBから実施例1の38dBに向上できる。これにより、出力パワーを大きくしても安定である。このため、最大出力パワーを比較例1の34.9mWから42.2mWに大きくできる。また、ヒータを設けることで、Lバンド内での波長可変となる。波長可変幅は61.7nmである。なお、SOAおよび波長フィルタを適宜設計することにより、Cバンド(波長が1.525μmから1.570μm)等の他のバンドにも実施例1を適用できる。このように、作製した実施例1に係るレーザは、40mW(16dBm)以上の出力パワーを有し、線幅を100kHz以下とすることができるため、16QAM方式のデジタルコヒーレント通信用光源として用いることができる。   As shown in Table 1, in Example 1 provided with AMZI 22, even when the resonator length and FSR3 are the same as those in Comparative Example 2, adjacent modes can be suppressed as shown in FIG. As a result, the SMSR can be improved from 30 dB in Comparative Example 2 to 38 dB in Example 1. Thereby, it is stable even if the output power is increased. For this reason, the maximum output power can be increased from 34.9 mW in Comparative Example 1 to 42.2 mW. Further, by providing a heater, the wavelength can be varied within the L band. The wavelength variable width is 61.7 nm. The first embodiment can be applied to other bands such as a C band (wavelength is 1.525 μm to 1.570 μm) by appropriately designing the SOA and the wavelength filter. As described above, the manufactured laser according to Example 1 has an output power of 40 mW (16 dBm) or more and can have a line width of 100 kHz or less. Therefore, it is used as a light source for 16QAM digital coherent communication. it can.

以上、実施例1によれば、図4のように、光増幅器30の一端から出力された光50が光増幅器30の一端に戻り入力するように、光50が経路55内を伝搬する。複数のリング共振器20aおよび20bは、経路55内に縦続に配置されている。AMZI22(透過部)は、経路55内に複数のリング共振器20aおよび20bと縦続に配置されている。   As described above, according to the first embodiment, the light 50 propagates in the path 55 so that the light 50 output from one end of the optical amplifier 30 returns to the one end of the optical amplifier 30 and is input as shown in FIG. The plurality of ring resonators 20 a and 20 b are arranged in cascade in the path 55. The AMZI 22 (transmission part) is arranged in cascade with the plurality of ring resonators 20 a and 20 b in the path 55.

このような構成において、図5(a)および図5(b)のように、複数のリング共振器20aおよび20bの透過率の合計R1+R2は、利得帯域B内において最も高いモードM1のピーク(第1ピーク)とモードM2のピーク(第2ピーク)とモードM3のピーク(第3ピーク)とを有する。AMZI22は、モードM2のピークの波長における透過率がモードM1およびM3のピークの波長における透過率より低い。これにより、経路55を伝搬する光のモードM2における透過率を抑制できる。よって、モードM2によるレーザ発振を抑制できる。これにより、モード利得差を大きくできる。   In such a configuration, as shown in FIGS. 5A and 5B, the total transmittance R1 + R2 of the plurality of ring resonators 20a and 20b is the peak of the highest mode M1 in the gain band B. (First peak), mode M2 peak (second peak), and mode M3 peak (third peak). In the AMZI 22, the transmittance at the peak wavelength of the mode M2 is lower than the transmittance at the peak wavelengths of the modes M1 and M3. Thereby, the transmittance | permeability in mode M2 of the light which propagates the path | route 55 can be suppressed. Therefore, laser oscillation due to mode M2 can be suppressed. Thereby, the mode gain difference can be increased.

モード利得差をより大きくするため、モードM2のピークの波長における透過率がモードM1およびM3のピークの波長における透過率の1/2以下であることが好ましく、1/10以下であることがより好ましい。   In order to further increase the mode gain difference, the transmittance at the peak wavelength of the mode M2 is preferably less than or equal to ½ of the transmittance at the peak wavelengths of the modes M1 and M3, more preferably 1/10 or less. preferable.

実施例1では、比較例2にAMZI22を配置する例を説明したが、AMZI22は例えば比較例1の経路54にリング共振器20aおよび20bに縦続に配置してもよい。また、AMZI22は、複数のリング共振器20aおよび20bに縦続に配置されていれば、経路55内に任意に配置することができる。さらに、リング共振器20aおよび20bは、3個以上でもよい。   In the first embodiment, the example in which the AMZI 22 is arranged in the comparative example 2 has been described. However, the AMZI 22 may be arranged in cascade in the ring resonators 20a and 20b in the path 54 of the comparative example 1, for example. Further, the AMZI 22 can be arbitrarily arranged in the path 55 as long as it is arranged in cascade in the plurality of ring resonators 20a and 20b. Further, the number of ring resonators 20a and 20b may be three or more.

実施例1では、複数のリング共振器20a、20bおよびAMZI22は、ループ経路56内に縦続に配置されている。これにより、実施例1は、共振器長を小さくできる。よって、モード利得差を大きくでき、かつFP縦モードの周波数間隔FSR3を大きくできる。さらに、光50がリング共振器20aおよび20bを1回ずつしか通過しないため、リング共振器20aおよび20bの光強度を抑制できる。これらにより、多モード発振をより抑制し、レーザ光60の出力パワーをより大きくできる。実施例1では、リング共振器20aおよび20bの光強度を40mW以下とすることで、レーザ光60の最大出力パワーを40mW以上とすることができる。   In the first embodiment, the plurality of ring resonators 20 a and 20 b and the AMZI 22 are arranged in cascade in the loop path 56. Thereby, the first embodiment can reduce the resonator length. Therefore, the mode gain difference can be increased and the frequency interval FSR3 of the FP longitudinal mode can be increased. Furthermore, since the light 50 passes through the ring resonators 20a and 20b only once, the light intensity of the ring resonators 20a and 20b can be suppressed. As a result, multimode oscillation can be further suppressed, and the output power of the laser beam 60 can be further increased. In Example 1, the maximum output power of the laser beam 60 can be 40 mW or more by setting the light intensity of the ring resonators 20 a and 20 b to 40 mW or less.

共振器長を短くするためには、複数のリング共振器20aおよび20bは2つであることが好ましい。また、経路56を分岐点58からみて対称にするため、AMZI22は、一対のリング共振器20aおよび20bの間に配置されることが好ましい。   In order to shorten the resonator length, the number of the plurality of ring resonators 20a and 20b is preferably two. In order to make the path 56 symmetrical when viewed from the branch point 58, the AMZI 22 is preferably disposed between the pair of ring resonators 20a and 20b.

AMZI22の周波数間隔FSR4を、リンク共振器20aおよび20bの周波数間隔FSR1およびFSR2の約2倍とすることにより、モードM2によるレーザ発振をより抑制できる。モードM2を抑圧するため、AMZI22の周波数間隔FSR4は、複数のリング共振器20aおよび20bの周波数間隔FSR1およびFSR2の平均値の1.5倍以上かつ3倍以下が好ましく、1.75倍以上かつ2.5倍以下がより好ましい。   By making the frequency interval FSR4 of the AMZI 22 about twice the frequency intervals FSR1 and FSR2 of the link resonators 20a and 20b, laser oscillation in the mode M2 can be further suppressed. In order to suppress the mode M2, the frequency interval FSR4 of the AMZI 22 is preferably 1.5 times or more and 3 times or less of the average value of the frequency intervals FSR1 and FSR2 of the plurality of ring resonators 20a and 20b, and 1.75 times or more and 2.5 times or less is more preferable.

実施例1においては、透過部としてAMZI22を例に説明したが、モードM2をモードM1およびM3に比べ抑圧すれば、透過部は他の要素でもよい。例えば、透過部としてリング共振器を用いることができる。しかしながら、図5(a)のように、AMZI22は、リング共振器20aおよび20bと比べ、共振の幅(すなわち通過幅)を広くできる。このため、AMZI22の透過率AMZIのピークをモードM1のR1+R2のピークへ重ね合わせることが容易となる。   In the first embodiment, the AMZI 22 is described as an example of the transmissive portion. However, if the mode M2 is suppressed compared to the modes M1 and M3, the transmissive portion may be another element. For example, a ring resonator can be used as the transmission part. However, as shown in FIG. 5A, the AMZI 22 can increase the resonance width (that is, the passing width) as compared with the ring resonators 20a and 20b. For this reason, it becomes easy to superimpose the peak of transmittance AMZI of AMZI22 on the peak of R1 + R2 of mode M1.

図9のように、ヒータ34a(波長変更部)が複数のリング共振器20aおよび20bの少なくとも1つの共振波長を変化させる。これにより、モードM1の波長を変化させることができる。   As shown in FIG. 9, the heater 34a (wavelength changing unit) changes at least one resonance wavelength of the plurality of ring resonators 20a and 20b. Thereby, the wavelength of the mode M1 can be changed.

実施例1では、波長変更部の例として、ヒータ34aが複数のリング共振器20aおよび20bの少なくとも1つの温度を変化させる例を説明した。波長変更部は他の手段でもよい。波長変更部としてヒータ34a用いることにより、モードM1の波長を容易に変更できる。   In the first embodiment, the example in which the heater 34a changes the temperature of at least one of the ring resonators 20a and 20b has been described as an example of the wavelength changing unit. The wavelength changing unit may be other means. By using the heater 34a as the wavelength changing unit, the wavelength of the mode M1 can be easily changed.

また、複数のリング共振器20aおよび20b、AMZI22、光結合器26、光導波路12、14a、14b、16aおよび16bは、同一基板40上に形成された光導波路からなる。これにより、波長フィルタ10を小型化できる。   The plurality of ring resonators 20 a and 20 b, AMZI 22, optical coupler 26, and optical waveguides 12, 14 a, 14 b, 16 a, and 16 b are optical waveguides formed on the same substrate 40. Thereby, the wavelength filter 10 can be reduced in size.

さらに、シリコンからなるコアと酸化シリコンからなるクラッドを用いる。このように、コアとクラッドとの屈折率の差を大きくする。これにより、リング共振器20aおよび20b内で光が曲がりやすくなる。このため、曲率半径rを小さくできる。よって、波長フィルタ10を小型化できる。シングルモードで発振させるため、シリコン細線44の幅Wは500nm以下、高さHは300nm以下が好ましい。   Further, a core made of silicon and a clad made of silicon oxide are used. Thus, the difference in refractive index between the core and the clad is increased. Thereby, the light is easily bent in the ring resonators 20a and 20b. For this reason, the curvature radius r can be made small. Therefore, the wavelength filter 10 can be reduced in size. In order to oscillate in a single mode, the width W of the silicon thin wire 44 is preferably 500 nm or less and the height H is preferably 300 nm or less.

LバンドまたはCバンドにおいて、隣接するモード(M1とM2)の透過率差を大きくするためには、リング共振器20aおよび20bの周波数間隔FSR1およびFSR2は、500GHz以上が好ましい。このため、リング共振器20aおよび20bの曲率半径rは20μm以下が好ましく、周回長は200μm以下が好ましい。   In order to increase the transmittance difference between adjacent modes (M1 and M2) in the L band or the C band, the frequency intervals FSR1 and FSR2 of the ring resonators 20a and 20b are preferably 500 GHz or more. For this reason, the radius of curvature r of the ring resonators 20a and 20b is preferably 20 μm or less, and the circumference is preferably 200 μm or less.

曲率半径rが小さくなると、光が曲がらず、損失が大きくなる。このため、曲率半径rは5μm以上が好ましく、周回長は100μm以上が好ましい。リング共振器20aおよび20bの周波数間隔FSR1およびFSR2は、1000GHz以下が好ましい。また、光導波路とリング共振器との結合効率は、0.1以上かつ0.3以下が好ましい。結合係数が大きいと最大出力パワーが向上する。一方、結合係数が小さいとモード利得差が大きくなる。   As the radius of curvature r decreases, the light does not bend and the loss increases. For this reason, the radius of curvature r is preferably 5 μm or more, and the circumference is preferably 100 μm or more. The frequency intervals FSR1 and FSR2 of the ring resonators 20a and 20b are preferably 1000 GHz or less. The coupling efficiency between the optical waveguide and the ring resonator is preferably 0.1 or more and 0.3 or less. A large coupling coefficient improves the maximum output power. On the other hand, when the coupling coefficient is small, the mode gain difference becomes large.

AMZI22周波数間隔FSR4をリング共振器20aおよび20bの周波数間隔FSR1およびFSR2の約2倍とするため、AMZI22における光導波路24aおよび24bの行路差は、20μm以上かつ100μm以下であることが好ましい。   In order to make the AMZI22 frequency interval FSR4 approximately twice the frequency intervals FSR1 and FSR2 of the ring resonators 20a and 20b, the path difference between the optical waveguides 24a and 24b in the AMZI22 is preferably 20 μm or more and 100 μm or less.

光結合器26としては、Y分岐型またはマルチモードカプラを用いることができる。光結合器6の分岐比は、40%以上50%以下が好ましい。   As the optical coupler 26, a Y-branch type or multimode coupler can be used. The branching ratio of the optical coupler 6 is preferably 40% or more and 50% or less.

以上、発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例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本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

10 光増幅器
12、14a、14b、16a,16b 光導波路
20a、20b リング共振器
22 AMZI
26 光結合器
34a−34c ヒータ
54、55、56 経路
58 分岐点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Optical amplifier 12, 14a, 14b, 16a, 16b Optical waveguide 20a, 20b Ring resonator 22 AMZI
26 Optical coupler 34a-34c Heater 54, 55, 56 Path 58 Branch point

Claims (10)

利得帯域を有する光増幅器の一端から出力された光が前記一端に入力するように前記光が伝搬する経路内に縦続に配置され、周波数間隔が互いに異なり、透過率の合計が前記利得帯域内において最も高い第1ピークと前記第1ピークに隣接する第2ピークと前記第2ピークに隣接する第3ピークとを有する複数のリング共振器と、
前記経路内に前記複数のリング共振器と縦続に配置され、前記第2ピークの波長における透過率が前記第1ピークおよび前記第3ピークの波長における透過率より低く、前記光を透過させる透過部と、
を具備することを特徴とする波長フィルタ。
The light output from one end of an optical amplifier having a gain band is arranged in cascade in the path where the light propagates so that the light is input to the one end, the frequency intervals are different from each other, and the total transmittance is within the gain band. A plurality of ring resonators having a highest first peak, a second peak adjacent to the first peak, and a third peak adjacent to the second peak;
A transmission unit that is arranged in cascade with the plurality of ring resonators in the path, and has a transmittance at a wavelength of the second peak lower than a transmittance at a wavelength of the first peak and the third peak, and transmits the light When,
A wavelength filter comprising:
前記透過部は、前記複数のリング共振器の周波数間隔の平均値の1.5倍以上かつ3倍以下である周波数間隔を有する非対称マッハツェンダ干渉計であることを特徴とする請求項1記載の波長フィルタ。   2. The wavelength according to claim 1, wherein the transmission unit is an asymmetric Mach-Zehnder interferometer having a frequency interval that is 1.5 to 3 times an average value of frequency intervals of the plurality of ring resonators. filter. 前記経路は分岐点において分岐され、分岐された経路はループ経路であり、
前記複数のリング共振器および前記透過部は、前記ループ経路内に縦続に配置されていることを特徴とする請求項1または2記載の波長フィルタ。
The path is branched at a branch point, and the branched path is a loop path;
3. The wavelength filter according to claim 1, wherein the plurality of ring resonators and the transmission unit are arranged in cascade in the loop path.
前記複数のリング共振器の少なくとも1つの共振波長を変化させることにより、前記第1ピークの波長を変化させる波長変化部を具備することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項記載の波長フィルタ。   The wavelength change part which changes the wavelength of the said 1st peak by changing at least 1 resonance wavelength of these ring resonators is provided, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Wavelength filter. 前記波長変化部は、前記複数のリング共振器の少なくとも1つの温度を変化させることを特徴とする請求項4記載の波長フィルタ   The wavelength filter according to claim 4, wherein the wavelength changing unit changes the temperature of at least one of the plurality of ring resonators. 前記経路は、同一基板上に形成された光導波路からなることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項記載の波長フィルタ。   The wavelength filter according to any one of claims 1 to 5, wherein the path includes an optical waveguide formed on the same substrate. 前記同一基板上に形成された光導波路は、シリコンからなるコアと、酸化シリコンからなるクラッドを有することを特徴とする請求項6記載の波長フィルタ。   The wavelength filter according to claim 6, wherein the optical waveguide formed on the same substrate has a core made of silicon and a clad made of silicon oxide. 利得帯域を有する光増幅器に結合された第1光導波路を1対の第2光導波路に分岐する光結合器と、
前記1対の第2光導波路にそれぞれ結合し、周波数間隔が互いに異なり、透過率の合計が前記利得帯域内において最も高い第1ピークを有する1対のリング共振器と、
前記一対のリング共振器にそれぞれ結合する一対の第3導波路の一端に、両端のそれぞれが結合され、透過率のピークが前記第1ピークと重なり、前記1対のリング共振器の周波数間隔の平均値の1.5倍以上かつ3倍以下である周波数間隔を有する非対称マッハツェンダ干渉計と、
を具備することを特徴とする波長フィルタ。
An optical coupler for branching a first optical waveguide coupled to an optical amplifier having a gain band into a pair of second optical waveguides;
A pair of ring resonators respectively coupled to the pair of second optical waveguides, having a first peak with a different frequency interval and a highest total transmittance in the gain band;
Both ends are coupled to one end of a pair of third waveguides coupled to the pair of ring resonators, respectively, and the transmittance peak overlaps the first peak, and the frequency interval of the pair of ring resonators An asymmetric Mach-Zehnder interferometer having a frequency interval that is not less than 1.5 times and not more than 3 times the average value;
A wavelength filter comprising:
前記光増幅器から出射されるレーザ光の出力パワーは40mW以上であり、前記リング共振器内の光強度は40mW以下であることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項記載の波長フィルタ。   The wavelength filter according to any one of claims 1 to 8, wherein an output power of laser light emitted from the optical amplifier is 40 mW or more, and an optical intensity in the ring resonator is 40 mW or less. . 前記光増幅器と、請求項1から9のいずれか一項記載の波長フィルタと、を具備することを特徴とするレーザ。   A laser comprising: the optical amplifier; and the wavelength filter according to claim 1.
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