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WO2013133099A1 - 光源回路及びこれを備えた光源装置 - Google Patents

光源回路及びこれを備えた光源装置 Download PDF

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WO2013133099A1
WO2013133099A1 PCT/JP2013/055105 JP2013055105W WO2013133099A1 WO 2013133099 A1 WO2013133099 A1 WO 2013133099A1 JP 2013055105 W JP2013055105 W JP 2013055105W WO 2013133099 A1 WO2013133099 A1 WO 2013133099A1
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WO
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optical
light source
optical waveguide
light
source circuit
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2013/055105
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English (en)
French (fr)
Inventor
岡野　誠
雅彦 森
政茂 石坂
清水　隆徳
羽鳥　伸明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
NEC Corp
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Fujitsu Ltd
NEC Corp
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Publication date
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Priority to US14/382,742 priority patent/US9151894B2/en
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    • G02F1/217—Multimode interference type

Definitions

  • the present invention relates to a light source circuit used for optical communication, optical interconnection, and the like, and in particular, a light source circuit in which a branched optical waveguide is formed on a substrate and transmits light incident from the light source to a plurality of optical devices, and the same
  • the present invention relates to a light source device provided.
  • silicon is an indirect transition material, it is known that it is difficult to realize a light source with high energy efficiency.
  • compound semiconductors such as GaAs (gallium arsenide) and InP (indium phosphide) are direct transition materials, a light source with high energy efficiency can be realized. For this reason, as a method for integrating a light source on a silicon substrate, a method for integrating a compound semiconductor light source on a silicon substrate is considered to be effective.
  • the light from the compound semiconductor laser diode thus arranged is delivered to the optical integrated circuit through, for example, a spot size converter, a silicon optical waveguide, and the like. Further, in order to deliver light from the compound semiconductor laser diode to a plurality of optical devices on the silicon substrate, a light source circuit having a branched optical waveguide as disclosed in Non-Patent Document 2 is used.
  • FIG. 29 shows a 1 ⁇ 2 multimode interference waveguide as a representative example of the branched optical waveguide.
  • the 1 ⁇ 2 multimode interference waveguide branches one input light to two output terminals. As shown in FIG.
  • light from a compound semiconductor laser diode can be effectively utilized if one light is branched into a plurality of light using a light source circuit having a branched optical waveguide.
  • the branch optical waveguide it is desirable to use a multistage branch optical waveguide capable of distributing light to a large number of optical devices.
  • the conventional light source device using the semiconductor laser diode and the branched optical waveguide has a problem that the operation of the light source device becomes unstable due to the return light from the branched optical waveguide.
  • a multistage branch optical waveguide as the branch optical waveguide so that light can be distributed to a large number of optical devices.
  • a multistage branching optical waveguide if the number of branching portions is increased in order to increase the number of light distributions, reflected light is generated at each branching portion, and the intensity of the return light tends to increase. There is.
  • Non-patent document 3 As one method of suppressing such return light, the use of an optical isolator using a nonreciprocal phase shift effect (an effect that the amount of phase change received by the light varies depending on the propagation direction) using a magneto-optical material has been proposed ( Non-patent document 3).
  • This method has an advantage that return light can be effectively suppressed.
  • it is necessary to apply a magnetic field to the magneto-optical material. Therefore, there is a problem that a device for generating a magnetic field has to be added separately.
  • the magneto-optical material has a problem that it is difficult to integrate the magneto-optical material on a silicon substrate because the physical properties thereof are greatly different from those of silicon.
  • the light source circuit as described above has an advantage that it can be greatly reduced in size as compared with a branched optical waveguide using a quartz system as a branched optical waveguide. Often used.
  • a branched optical waveguide using silicon has a drawback that it is difficult to reduce reflected light because the refractive index difference between the core and the clad is very large.
  • the present invention eliminates the problems in the prior art and suppresses the return light from the branched optical waveguide to the semiconductor laser diode in the light source circuit having the branched optical waveguide that branches the light from the semiconductor laser diode into a plurality of parts. Let it be an issue.
  • At least one light branching portion for branching one input-side optical waveguide into at least the first output-side optical waveguide and the second output-side optical waveguide is formed on the substrate, and is incident from the semiconductor laser light source.
  • a light source circuit for transmitting the transmitted light to a plurality of optical devices The optical path length L 1 of the optical waveguide between the next stage of the optical branching section, or an optical device that is connected to the first output optical waveguide extending from the optical splitter and the optical branching section, the said optical branch portion the second and the optical path length L 2 of the optical waveguide between the next stage of the optical branching section, or an optical device which is connected to the output side optical waveguide, an absolute value of the difference between the optical path length L 1 and the optical path length L 2 is
  • the light source circuit is selected to be (1/4 + i / 2) times the wavelength of light propagating through the light source circuit (i is 0 or a positive integer).
  • At least one light branching portion for branching one input-side optical waveguide into at least the first output-side optical waveguide and the second output-side optical waveguide is formed on the substrate, and is incident from the semiconductor laser light source.
  • a light source circuit comprising a phase control structure for controlling the optical path length so as to be (1/4 + i / 2) times the wavelength of light propagating through the light source circuit (i is 0 or a positive integer).
  • phase control structure includes a dynamic phase control mechanism for dynamically adjusting an optical path length.
  • dynamic phase control mechanism is a phase modulator.
  • the dynamic phase control mechanism is a micro heater.
  • (6) The light source circuit according to any one of (1) to (5), wherein a plurality of stages of light branching portions are formed on the substrate.
  • An optical branching unit that branches one input side optical waveguide as at least a first output side optical waveguide, a second output side optical waveguide, a third output side optical waveguide, and a fourth output side optical waveguide in this order Is a light source circuit that is formed on at least one substrate and transmits light incident from a semiconductor laser light source to a plurality of optical devices, First to fourth output-side optical waveguides extend from the optical branch to the next-stage optical branch or optical device, and the first and fourth output-side optical waveguides and the second and third output-sides Each of the optical waveguides forms a pair, and the absolute difference between the optical path length of one output-side optical waveguide of each pair of the optical branching portions and the optical path length of the other output-side optical waveguide of each pair of the optical branching portions
  • the light source circuit is characterized in that the value is selected to be (1/4 + i / 2) times the wavelength of light transmitted through the light source circuit (i is 0 or a positive integer).
  • the optical path length L B from the second output-side optical waveguide of the multimode interference waveguide to the next-stage optical branch is the absolute value of the difference between the optical path length L A and the optical path length L B transmitted through the light source circuit.
  • a light source device comprising: a semiconductor laser light source; and the light source circuit according to any one of (1) to (13) connected to the semiconductor laser light source.
  • the reflected light generated in the next-stage optical branching unit or optical device connected to the first output-side optical waveguide of the previous-stage optical branching unit and the second output side of the previous-stage optical branching unit Since the reflected light generated in the optical branching unit of the next stage or the optical device connected to the optical waveguide is synthesized in an antiphase in the optical branching unit of the previous stage, the light from the semiconductor laser diode light source is combined.
  • a light source circuit having a branched optical waveguide that is branched into a plurality return light can be effectively suppressed.
  • the return light from the branch optical waveguide to the semiconductor laser diode can be suppressed, and the operation of the semiconductor laser diode light source can be stabilized.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a two-stage branching optical waveguide having a phase control structure introduced as a first embodiment of a light source circuit according to the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a two-stage branching optical waveguide having a phase control structure introduced as a first embodiment of a light source circuit according to the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a light source circuit in which a phase control structure is introduced between a multistage branch optical waveguide and an optical integrated circuit as a third embodiment of the light source circuit of the present invention. It is a schematic diagram which shows the 1 step branch optical waveguide which introduce
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing a multistage branch optical waveguide in which a directional coupler is combined in addition to a phase control structure, as a fifth embodiment of the light source circuit of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing a multi-stage branch optical waveguide combining a four-branch optical branching unit and a phase control structure as a seventh embodiment of the light source circuit of the present invention.
  • a light source circuit in which a phase control structure is introduced into a multi-stage branch optical waveguide configured by combining a two-branch optical branch unit and a four-branch optical branch unit is shown.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a light source circuit in which a phase control structure is introduced only at one position between the first-stage branch portion and the second-stage branch portion of the multi-stage branch optical waveguide as a ninth embodiment of the light source circuit of the present invention. is there. It is a schematic diagram which shows the high-order mode cut filter which connected the single mode optical waveguide to the multimode optical waveguide.
  • FIG. 1 shows a light source device 100 having a light source circuit 10 according to the present invention.
  • the light source device 100 includes a semiconductor laser diode light source 14 and a light source circuit 10 formed on a device substrate 12.
  • the device substrate 12 for example, a silicon substrate or an SOI substrate can be used.
  • the semiconductor laser diode light source 14 is preferably a compound semiconductor laser diode formed from a GaAs or InP compound semiconductor.
  • the light source circuit 10 includes an introduction optical waveguide 16, a branch optical waveguide 18, and a phase control structure 20.
  • the light from the semiconductor laser diode light source 14 is guided to the branch optical waveguide 18 through the introduction optical waveguide 16, and the light guided to the branch optical waveguide 18 is distributed into a plurality of lines and supplied to the optical device 22.
  • the introduction optical waveguide 16 is an arbitrary type of optical waveguide that guides the light from the semiconductor laser diode light source 14 to the branch optical waveguide 18.
  • the introduction optical waveguide 16 is a silicon fine wire optical waveguide, a silicon rib optical waveguide, a polysilicon fine wire optical waveguide, or polysilicon.
  • a silicon-based optical waveguide such as a rib optical waveguide, an amorphous silicon thin-wire optical waveguide, an amorphous silicon rib optical waveguide, a SiON optical waveguide, a SiN optical waveguide, or a SiC optical waveguide can be used.
  • the introduction optical waveguide 16 may be another optical waveguide such as a silica-based optical waveguide or a polymer optical waveguide.
  • the branching optical waveguide 18 is formed with at least one light branching section 24 for branching one input-side waveguide to at least two output-side waveguides, so that the input light is distributed into a plurality of pieces. It has become.
  • the branched optical waveguide 18 is preferably a multistage branched optical waveguide in which a plurality of stages of optical branching portions 24 are formed on the device substrate 12.
  • the branched optical waveguide 18 can be formed from a silicon-based material such as silicon, polysilicon, or amorphous silicon, and the optical branching section 24 can be a multimode interference waveguide or a Y-branched optical waveguide.
  • the optical branching section 24 may be another type of branching optical waveguide such as a directional coupler, and the branching optical waveguide 18 and the optical branching section 24 may be made of a silicon-based material such as SiON, SiN, or SiC, or quartz-based. Needless to say, it may be formed of other materials such as materials and polymer materials.
  • the phase control structure 20 is a means for controlling the phase of propagating light by controlling the optical path length from the preceding optical branching section 24 of the branching optical waveguide 18 to the input terminal of the subsequent optical branching section 24 or the optical device 22.
  • the branched optical waveguide 18 it is introduced into an optical waveguide that connects the output terminal of the preceding optical branching section 24 and the input terminal of the optical branching section 24 or the optical device 22 of the next stage.
  • the light source circuit 10 may further include a spot size converter 26 disposed between the semiconductor laser diode light source 14 and the introduction optical waveguide 16.
  • a spot size converter 26 disposed between the semiconductor laser diode light source 14 and the introduction optical waveguide 16.
  • the spot size converter 26 for example, a reverse tapered silicon optical waveguide, a forward tapered silicon optical waveguide, or a structure in which a reverse tapered silicon optical waveguide and a SiON optical waveguide or a polymer optical waveguide are combined can be used.
  • a reverse or forward taper structure may be applied to the SiON optical waveguide or polymer optical waveguide.
  • the optical branching unit 24 of the next stage is connected to each of the two output terminals (the first output terminal 24a and the second output terminal 24b) of the optical branching unit 24 of the previous stage via the optical waveguide.
  • a multi-stage branching optical waveguide 18 as shown in FIG. 1 is formed by repeating such a structure in which two optical branching portions 24 are cascade-connected.
  • a multimode interference waveguide or a Y-branching optical waveguide may be used as described above. For example, if a 1 ⁇ 2 multimode interference waveguide or a Y-branch optical waveguide is used as each optical branching section 24, the light incident on each optical branching section 24 can be distributed by 50% to the two optical waveguides. .
  • the phase control structure 20 is introduced into one of the optical waveguides connected to the two output terminals 24 a and 24 b of the optical branching unit 24 in the preceding stage.
  • the phase control structure 20 includes an optical path length L 1 from one output terminal (first output terminal 24 a) of the preceding optical branching section 24 to the input terminal 24 c of the subsequent optical branching section 24 along the optical waveguide 28.
  • ⁇ represents the wavelength of light propagating through the light source circuit.
  • (1/4 + i / 2) ⁇ is satisfied.
  • the two-stage branching optical waveguide performs two-stage cascade connection of the optical branching sections 24, that is, the first output terminal 24a and the second output terminal 24b of one optical branching section 24 in the preceding stage. Each of these is realized by connecting two optical branching sections 24 to the next stage through optical waveguides 28.
  • the return light in the two-stage branching optical waveguide shown in FIG. 4 is the reflected light generated by one light branching section 24 in the first stage and the reflected light generated by two light branching sections 24 in the second stage. Overlay.
  • the return light is maximized when the reflected light generated at the first-stage light branching portion 24 and the reflected light generated at the second-stage light branching portion 24 are intensified.
  • the amplitude reflectance of each optical branching section 24 is R ( ⁇ 1)
  • the energy reflectance so is represented by the square of the amplitude reflectance, energy reflectance of a two-stage branch optical waveguide, i.e., the energy reflectance corresponding to the return light, be represented by approximately 4R 2 it can.
  • an optical waveguide having an optical path length ⁇ / 4 is introduced as the phase control structure 20.
  • the two lights propagating through the two optical waveguides 28 extending between the first-stage optical branching section 24 and the second-stage optical branching section 24 are reciprocated to cause a difference in optical path length ⁇ / 2.
  • the reflected light incident on the first output terminal 24a and the second output terminal 24b of the first-stage optical branching unit 24 is in an antiphase state in which the phases are different from each other by 180 degrees.
  • the light interferes with each other and cancels out, and cannot be coupled to the input terminal 24c.
  • the reflected light generated at the light branching portion 24 does not contribute to the return light. Therefore, the introduction of the phase control structure 20 makes it possible to completely suppress the return light caused by the second-stage optical branching unit 24.
  • the phase control structure 20 since the phase control structure 20 exists, even if the reflected light is generated in the optical branching unit 24 in the subsequent stage, the first output terminal 24a of the optical branching unit 24 in the upstream stage is used.
  • the reflected light that has returned and the reflected light that has returned to the second output terminal 24b of the preceding optical branching unit 24 are in antiphase (that is, in a state where the phase is shifted by 180 degrees), and are superimposed on the preceding optical branching unit 24. Since they interfere with each other and cancel each other, there is an effect of suppressing the return light.
  • the present invention is introduced into a light source circuit 10 having another structure such as a multi-stage branching optical waveguide having three or more stages or a light source circuit including a branching optical waveguide having a light branching part for branching light into three or more optical waveguides.
  • a light source circuit 10 having another structure such as a multi-stage branching optical waveguide having three or more stages or a light source circuit including a branching optical waveguide having a light branching part for branching light into three or more optical waveguides.
  • branched optical waveguides 18 that can achieve the return light suppression effect by introducing the phase control structure 20 according to the present invention will be described.
  • FIG. 6 shows a light source circuit including a four-stage branch optical waveguide 32 (16-branch optical waveguide) in which a phase control structure is introduced. Even in the multi-stage branching optical waveguide 32 having three or more stages, the return light caused by the optical branching section 24 in the second and subsequent stages can be completely suppressed by the same principle as the two-stage branching optical waveguide 30 described above. .
  • the reflected light from the optical branching section 24 in the second and subsequent stages does not contribute to the return light, and the two stages in which the phase control structure 20 is introduced.
  • the value of the energy reflectance corresponding to the return light is R 2 as in the case of the one-stage branch optical waveguide.
  • the worst value of the return light swells in proportion to the square of the number of stages
  • the multistage branching optical waveguide 18 in which the phase control structure 20 is introduced As described above, the return light does not increase according to the number of stages. Therefore, if the phase control structure 20 is introduced into the multistage branching optical waveguide 18, the number of stages of the optical branching section 24 can be freely selected during device design.
  • the value of the energy reflectivity corresponding to the return light is one-stage branch optical waveguide. Since the amplitude reflectance of the first-stage optical branching portion is R 1 , and the amplitude reflectance of the second-stage and subsequent optical branching portions is R 2 , R 3 ,. the value of the energy reflectance corresponding to the return light in the branched optical waveguides 18 are approximately expressed as R 1 2.
  • the energy reflectance corresponding to the return light is determined by the amplitude reflectance of the first stage light branching section 24, and the amplitude reflectance of the first stage light branching section 24 is reduced. By simply doing this, the return light can be greatly suppressed.
  • the amplitude reflectance of all the light branching portions 24 must be reduced.
  • the phase control structure 20 is introduced in accordance with the present invention, the return light can be easily suppressed.
  • the reflected light from the optical branching section 24 in the second and subsequent stages in the multistage branching optical waveguide 18 does not contribute to the return light. It is permitted to use the light branching portion 24 having a relatively large amplitude reflectance.
  • a configuration in which the optical branching unit 24 having a small amplitude reflectance is used in the first stage and the optical branching unit 24 having a relatively large amplitude reflectance is used in the second and subsequent stages.
  • the optical branching unit 24 that needs to reduce the amplitude reflectance is only the first stage, and all others can be the optical branching unit 24 having a relatively large amplitude reflectance.
  • the optical branching section 24 can be reduced in size as the allowable amplitude reflectance is larger. Therefore, if the phase control structure 20 is introduced, a configuration in which the ultra-compact optical branching section 24 is arranged after the second stage is possible, which contributes to miniaturization of the light source circuit 10 through suppression of return light.
  • phase control structure 20 is introduced between the upstream optical branching portion 24 and the downstream optical branching portion 24 in order to suppress the return light due to the reflected light generated in the optical branching portion 24 is described.
  • the phase control structure 20 can be introduced between the optical branching unit 24 in the previous stage and the optical device 22 in the subsequent stage connected to the optical branching unit 24 to suppress the return light caused by the optical device. .
  • the light propagating through the optical waveguide 28 has a property of reflecting at a location where the structure changes. For this reason, reflected light may also be generated at the connection location between the optical waveguide 28 and the optical device 22.
  • a phase control structure 20 may be introduced between the optical device 22 and the optical branching unit 24 at the preceding stage.
  • the phase control structure 20 sets the optical path length of the optical waveguide 28 between the input terminal of the optical device 22 and each of the two output terminals 24a and 24b of the optical branching unit 24 at the front stage of the optical device to L 1.
  • L 2 an optical waveguide having a length satisfying
  • the return light resulting from the optical device 22 can be suppressed.
  • Such an effect cannot be realized by the conventional idea of suppressing the return light by reducing the reflected light at the light branching portion.
  • the phase control structure 20 satisfies the condition of
  • the phase control structure 20 satisfies
  • (1/2 + i) ⁇ .
  • ⁇ (1 + 2i). That is, an antiphase state having a phase difference of 180 ° is formed by the optical path difference 2
  • ⁇ / 4.
  • the phase control structure 20 is configured to have
  • FIG. 9 shows a light source circuit in which a directional coupler 36 is combined in the previous stage of the multistage branch optical waveguide 18.
  • the directional coupler 36 has a feature that the amplitude reflectance is small. Therefore, when the directional coupler 36 is used in front of the multistage branch optical waveguide 18, the amplitude reflectivity R 1 of the first stage optical branch can be reduced, so that the return light caused by the multistage branch optical waveguide Can be effectively suppressed.
  • the directional coupler 36 shown in FIG. 9 has a first input terminal 36a, a second input terminal 36b, a first output terminal 36c, and a second output terminal 36d, and the first input terminal 36a includes Are connected to the first output terminal 36c and the second output terminal 36d via the optical waveguide 28, respectively.
  • One of the optical waveguides 28 connected to the first output terminal 36c and the second output terminal 36d of the directional coupler 36 (in FIG. 9, the optical waveguide 28 connected to the second output terminal 36d). ) Introduces a phase control structure 20 '.
  • This phase control structure 20 ′ has an optical path length L 1 ′ from the first output terminal 36c of the directional coupler 36 to the input terminal 24c of the optical branching unit 24 at the next stage along the optical waveguide 28 connected thereto. And the absolute value of the difference between the second output terminal 36d of the directional coupler 36 and the optical path length L 2 ′ from the second output terminal 36d of the directional coupler 36 to the input terminal 24c of the optical branching section 24 at the next stage
  • is (i / 2) ⁇ (i 0, 1, 2, 3,...) May be used.
  • the phase control structure 20 ′ is different from the phase control structure 20 introduced in the subsequent stage of the optical branching section 24 such as a multimode interference waveguide or a Y branch optical waveguide, such as a multimode interference waveguide or a Y branch optical waveguide. This is because the operating principles of the optical branching section 24 and the directional coupler 36 are different.
  • the directional coupler 36 In the case where the directional coupler 36 is used in this manner, if light is incident on the first input terminal 36a of the directional coupler 36 if the phase control is appropriately performed, the first output terminal 36c and the second output terminal 36c. On the other hand, the reflected light generated in the optical branching section 24 of the next stage connected to the first output terminal 36c and the second output terminal 36d is distributed to the first output terminal 36c and the second output terminal 36d. Is output to the second input terminal 36b through the output terminal 36d. Therefore, it is possible to suppress the return light caused by the branched optical waveguide 18.
  • the phase control structure 20 ′ introduced into the optical waveguide 28 connected to the subsequent stage of the directional coupler 36 is
  • (i / 2)
  • the oscillation wavelength of the semiconductor laser diode light source 14 deviates from the design value due to the influence of a temperature change or the like.
  • FIG. 9 the same operation and effect are realized when a 2 ⁇ 2 multimode interference waveguide 37 as shown in FIG. 10 is used instead of the directional coupler 36.
  • the phase control structure 20 can be introduced into a multistage branch optical waveguide using a 1 ⁇ N multimode interference waveguide or a 1 ⁇ NY branch optical waveguide as the optical branching section 24.
  • FIG. 11 shows a 1 ⁇ 3 multimode interference waveguide and FIG. 12 shows a 1 ⁇ 3Y branch optical waveguide as an example of a three-branch optical branching section 38.
  • the 1 ⁇ 3 multimode interference waveguide shown in FIG. 11 includes one input terminal 38a and three output terminals (a first output terminal 38b, a second output terminal 38c, and a third output terminal 38d). And distributes the light input to the input terminal 38a to the first output terminal 38b, the second output terminal 38c, and the third output terminal 38d.
  • the 1 ⁇ 3 type Y branch optical waveguide shown in FIG. 12 also has one input terminal 38a and three output terminals (a first output terminal 38b, a second output terminal 38c, and a third output terminal 38d). And distributes the light input to the input terminal 38a to the first output terminal 38b, the second output terminal 38c, and the third output terminal 38d.
  • FIG. 13 shows an embodiment of a multi-stage branch optical waveguide 40 using a three-branch optical branching section 38.
  • the phase control structure 20 has the third output terminal 38d of the first stage optical branching section 38 and the input terminal 38a of the second stage optical branching section 38 connected thereto.
  • the phase control structure 20 is introduced from the first output terminal 38b of the first-stage optical branching section 38 to the optical waveguide 28 connected thereto.
  • the multistage branch optical waveguide 40 shown in FIG. 13 even if reflected light is generated in the second-stage three-branch optical branch section 38, it is incident on the first output terminal 38b of the first-stage three-branch optical branch section 38.
  • the reflected light and the reflected light incident on the third output terminal 38d are out of phase and cancel each other, and therefore cannot be coupled to the input terminal 38a of the first-stage three-branch optical branching section 38. Therefore, the reflected light generated in the second-stage optical branching section 38 connected to the first-stage first output terminal 38b and the third output terminal 38d does not contribute to the return light. Therefore, if the phase control structure 20 is introduced according to the present invention, the return light can be effectively suppressed even in the multi-stage branch optical waveguide 40 using the three-branch optical branching section 38.
  • FIG. 14 shows a 1 ⁇ 4 multimode interference waveguide as an example of the four-branching optical branching section 42.
  • the 1 ⁇ 4 multimode interference waveguide includes one input terminal 42a and four output terminals (a first output terminal 42b, a second output terminal 42c, a third output terminal 42d, and a fourth output terminal 42e). And the light input to the input terminal 42a is distributed to the first output terminal 42b, the second output terminal 42c, the third output terminal 42d, and the fourth output terminal 42e.
  • FIG. 15 shows an embodiment of a branched optical waveguide 44 using a four-branch optical branching section 42.
  • the first phase control structure 20-1 includes the third output terminal 42d of the first-stage optical branching section 42 and the second-stage optical branching section 42 connected thereto.
  • the second phase control structure 20-2 is introduced into the optical waveguide 28 extending between the input terminal 42a and the second output terminal 42e of the first-stage optical branching section 42 and 2 connected thereto. It is introduced into an optical waveguide 28 that extends between the input terminal 42 a of the optical branching section 42 at the stage.
  • the first phase control structure 20-1 includes an input terminal 42a of the second-stage optical branching section 42 along the optical waveguide 28 connected to the second output terminal 42c of the first-stage optical branching section 42.
  • the second phase control structure Reference numeral 20-2 denotes an optical path length L 1 from the first output terminal 42b of the first-stage optical branching section 42 to the input terminal 42a of the second-stage optical branching section 42 along the optical waveguide 28 connected thereto.
  • the branched optical waveguide 44 shown in FIG. 15 even if reflected light is generated in the second-stage four-branch light branching section 42, it is incident on the first output terminal 42 b of the first-stage four-branch light branching section 42.
  • the reflected light and the reflected light incident on the fourth output terminal 42e are out of phase and cancel each other, and therefore cannot be coupled to the input terminal 42a of the first-stage four-branch light branching section 42.
  • the reflected light incident on the second output terminal 42c and the reflected light incident on the third output terminal 42d of the first-stage four-branching optical branching section 42 are the first-stage four-branching optical branching section. 42 cannot be coupled to the input terminal 42a.
  • the reflected light generated in the second-stage light branching portion 42 does not contribute to the return light. Therefore, if the phase control structures 20-1 and 20-2 are introduced according to the present invention, the return light can be effectively suppressed even in the branched optical waveguide 44 using the four-branch optical branching section.
  • the present invention can most effectively suppress the return light when the number of branches of the light branching portion is an even number.
  • the second-stage optical branching unit 38 connected to the first output terminal 38b and the second output terminal 38d connected to the second output terminal 38d.
  • the return light caused by the reflected light generated at the stage light branching portion 38 can be sufficiently suppressed, it is caused by the reflected light generated at the second stage light branching portion 38 connected to the second output terminal 38c. Return light cannot be sufficiently suppressed.
  • the optical branching section 38 or 42 is connected to the second stage, but the optical device 22 can be connected instead of the optical branching section 38 or 42. In this case, the same effect is obtained.
  • phase control structures 20-1 and 20-2 may be introduced into a multi-stage branch optical waveguide 46 configured by combining a four-branch optical branch unit 42 and a two-branch optical branch unit 38. it can.
  • Can be applied to a branched optical waveguide configured using optical branching portions distributed at an arbitrary ratio to N (N 2, 3, 4,%) Optical waveguides.
  • the output light to the two optical waveguides 28 may be distributed at an arbitrary ratio other than 1: 1.
  • the optical branching section 24 distributed at a ratio other than 1: 1 is realized by arranging, for example, two optical waveguides 28 (or output terminals) on the output side at asymmetric positions in a 1 ⁇ 2 multimode interference waveguide. can do. Even in such a case, it is possible to suppress the return light by applying the present invention and introducing the phase control structure 20. However, as the output light to the two optical waveguides 28 is distributed at a ratio close to 1: 1, the return light is better suppressed.
  • the return light is better suppressed as the distribution ratio of the output light to the N optical waveguides is closer to symmetry.
  • the effect of suppressing the return light is the best when the output light to the paired output terminals arranged at symmetrical positions is equal in the optical branching section.
  • the phase control structure 20 is connected to the next stage from the output terminal A of the preceding optical branching unit.
  • the return light is the best. It is suppressed.
  • the output light to the second output terminal 42c and the output light to the third output terminal 42d are equal, and further, the first output terminal 42b Return light is best suppressed when the output light to the fourth output terminal 42e is equal.
  • the output ratio to the first output terminal 42b, the second output terminal 42c, the third output terminal 42d, and the fourth output terminal 42e of the four-branch optical branching unit. are not uniform and 1: 2: 2: 1 (17%: 33%: 33%: 17%), the return light can be suppressed well.
  • Phase control structure 20 includes an optical path length L 1 of the optical path 1 from the output terminal 1 of the preceding stage of the optical branching section to the next stage of the optical branching section, or optical device, the front stage of the optical branching section (output terminal 1 and the pair )
  • the phase control structure 20 is a structure corresponding to the difference between the optical path 1 and the optical path 2.
  • the optical path length is expressed as an integral ⁇ n ⁇ dl with respect to ndl obtained by multiplying the effective refractive index n of the optical waveguide by the distance dl. Therefore, in order to control the optical path length, the effective refractive index and length of the optical waveguide may be adjusted appropriately.
  • n represents the effective refractive index of the optical waveguide
  • ⁇ L represents the length of the optical waveguide.
  • a method using the effective refractive index of the optical waveguide will be described as a method for controlling the optical path length.
  • ⁇ n may be determined so that
  • L represents the length of the optical waveguide.
  • a method of changing the effective refractive index of the optical waveguide there is a method of changing the shape of the optical waveguide.
  • the effective refractive index of the optical waveguide can be changed by changing the width of the optical waveguide.
  • the width of the optical waveguide may be appropriately determined so that
  • (1/4 + i / 2) ⁇ is satisfied.
  • This method can be easily realized by adjusting the effective refractive index of the optical waveguide (for example, the width of the optical waveguide) as shown in FIG.
  • an optical waveguide having an effective refractive index n + ⁇ n and a length ⁇ L may be introduced as the phase control structure 20.
  • ⁇ n and ⁇ L may be determined so that
  • the width of the optical waveguide is adjusted in order to change the effective refractive index of the optical waveguide.
  • the above methods may be freely combined to control the optical path length.
  • the optical path length L 1 ⁇ so that the absolute value
  • the phase control structure 20 is a structure corresponding to the difference between the optical path 1 and the optical path 2.
  • phase control structure 20 which is a feature of the present invention
  • FIG. 22 in principle, only one phase control structure 20 needs to be introduced between the first-stage branch section 24 and the second-stage branch section 24.
  • phase control structure 20 By setting the phase of the light returning to the first output terminal 24a and the second output terminal 24b to the opposite phase using the phase control structure 20, return light to the input terminal 24c can be suppressed.
  • phase control structure 20 in order to effectively suppress the return light, it is preferable to introduce the phase control structure 20 to each branch portion 24 as shown in FIG.
  • the phase control structure 20 By increasing the number of phase control structures 20, it becomes possible to sufficiently suppress the return light even when a manufacturing error, a temperature distribution on the substrate, or the like occurs.
  • the first output terminal 24a and the second output terminal 24a are suppressed in order to suppress the return light. It is desired that the configuration of the branching unit or the optical device connected in cascade to the output terminal 24b is the same.
  • the phase control structure 20 when the phase control structure 20 is introduced to each branching section 24, the return light is locally suppressed at each branching section 24, so that the configuration of the branching section or the optical device is more flexible. It becomes possible to design.
  • the phase of the light returning to the first output terminal 24a and the second output terminal 24b is set to the opposite phase using the phase control structure 20, thereby returning the light to the input terminal 24c. Said that can be suppressed. This is because a single mode optical waveguide is assumed as the optical waveguide connected to the input terminal 24c.
  • the phase of the light returning to the first output terminal 24 a and the second output terminal 24 b is antiphase using the phase control structure 20.
  • the return light since the return light is coupled to the higher mode of the optical waveguide of the input terminal 24c, the return light cannot be suppressed.
  • a high-order mode cut filter may be introduced into the multimode optical waveguide of the input terminal 24c. Even if the optical waveguide connected to the input terminal 24c is a multimode optical waveguide, the return light suppression effect described in the above embodiment can be obtained in the same manner by introducing a higher-order mode cut filter.
  • a single mode optical waveguide may be used. As shown in FIG. 23, by connecting a single mode optical waveguide to a multimode optical waveguide, higher-order modes can be easily removed. Furthermore, if a device such as bending a single-mode optical waveguide is devised, higher-order modes can be removed at a shorter distance.
  • a multimode optical waveguide may be used in addition to the single mode optical waveguide.
  • the semiconductor laser light source 14 in the above embodiment for example, a Fabry-Perot type semiconductor laser diode, a distributed Bragg reflection type semiconductor laser diode, or a distributed feedback type semiconductor laser diode may be used.
  • a distributed feedback semiconductor laser diode it is known that the operation of the distributed feedback semiconductor laser diode is likely to be unstable due to the return light.
  • a semiconductor laser diode array in which a plurality of laser diodes are formed between two electrodes on one chip as shown in FIG. 24 may be used as the semiconductor laser light source 14.
  • FIG. 25 shows an example of an embodiment of a light source device using a semiconductor laser diode array according to the present invention.
  • a semiconductor laser diode array By using a semiconductor laser diode array, it is possible to increase the density of light sources and increase the number of light outputs.
  • the light source device using the semiconductor laser diode array there is a problem in that the light output from each laser diode varies due to the return light.
  • a semiconductor laser diode array a plurality of laser diodes are formed on one chip, and the plurality of laser diodes are collectively controlled by two electrodes (p-type electrode and n-type electrode). For this reason, the problem cannot be dealt with if the light output from each laser diode varies due to the return light.
  • the light source device using the semiconductor laser diode array has a big problem that the operation of the light source device is likely to be unstable due to the return light.
  • the present invention can be applied to a light source device using a semiconductor laser diode array, and provides means for realizing a stable operation of the light source device using the semiconductor laser diode array.
  • a mechanism for dynamically controlling the phase may be introduced into the phase control structure 20.
  • a mechanism for dynamically controlling the phase a phase modulator generally used in an optical modulator, an optical switch, or the like may be used.
  • the phase can be dynamically controlled by changing the refractive index of the optical waveguide using the thermo-optic effect, the electro-optic effect, and the carrier plasma effect.
  • the light source device can be operated more stably.
  • a mechanism for dynamically controlling the phase can be introduced into the phase control structure 20 by introducing a micro heater (thermo-optical effect).
  • a monitor may be connected to the second input terminal 36b of the directional coupler, and the state of the return light may be observed.
  • the return light to the first input terminal 36a of the directional coupler is most suppressed when the return light to the second input terminal 36b of the directional coupler is the largest.
  • a 2 ⁇ 2 multimode interference waveguide may be used instead of the directional coupler.
  • the light source circuit 10 of the present invention has been described above with reference to the illustrated embodiment.
  • the present invention is not limited to the illustrated embodiment.

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Abstract

　本発明は、半導体レーザダイオードからの光を複数に分岐させる分岐光導波路を有する光源回路において、分岐光導波路から半導体レーザダイオードへの戻り光を抑制することを課題とする。　一つの入力側光導波路を少なくとも第一の出力側光導波路端子及び第二の出力側光導波路に分岐させる光分岐部が少なくとも一つ基板上に形成されており、半導体レーザ光源から入射された光を複数の光デバイスに伝送する光源回路であって、　光分岐部と該光分岐部から延びる前記第一の出力側光導波路に接続される次段の光分岐部又は光デバイスとの間の光導波路の光路長Ｌ１と、前記光分岐部と前記次段の光分岐部又は光デバイスとの間の光導波路の光路長Ｌ２とは、光路長Ｌ１と光路長Ｌ２との差の絶対値が前記光源回路を伝搬する光の波長の（１／４＋ｉ／２）倍（ｉは、０又は正の整数）になるように選定されていることを特徴とする光源回路及びこれを備えた光源装置。

Description

光源回路及びこれを備えた光源装置
　本発明は、光通信、光インターコネクション等に利用される光源回路に関し、特に、分岐光導波路が基板上に形成され、光源から入射された光を複数の光デバイスに伝送する光源回路及びこれを備えた光源装置に関する。
　近年、シリコン基板上に、様々な光デバイスを集積するシリコンフォトニクスの研究が大きな注目を集めている。
　シリコンは、間接遷移型の材料であるため、エネルギー効率の高い光源の実現は難しいことが知られている。それに対し、ＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）、ＩｎＰ（リン化インジウム）等の化合物半導体は直接遷移型の材料であるため、エネルギー効率の高い光源の実現が可能である。このため、シリコン基板上に光源を集積する方法としては、シリコン基板上に化合物半導体光源を集積する方法が有力であると考えられている。
　例えば、図２８に示すように、フリップチップボンディング等により、シリコン基板上に光源として化合物半導体レーザダイオードを貼り合わせれば、シリコン基板上にエネルギー効率の高い光源を集積することが可能となる（非特許文献１）。
　こうして配置された化合物半導体レーザダイオードからの光は、例えば、スポットサイズ変換器、シリコン光導波路などを通じて、光集積回路へ届けられる。また、化合物半導体レーザダイオードからの光を、シリコン基板上の複数の光デバイスに届けるためには、非特許文献２に開示されているような分岐光導波路を有する光源回路が用いられる。
　分岐光導波路の代表例として、１×２多モード干渉導波路を図２９に示す。１×２多モード干渉導波路は、一本の入力光を二つの出力端子に分岐させる。図３０に示すように、分岐光導波路を有する光源回路を用いて一本の光を複数本に分岐させれば、化合物半導体レーザダイオードからの光を有効に活用できる。分岐光導波路としては、多数の光デバイスへの光分配が可能な多段分岐光導波路を利用することが望ましい。
　半導体レーザダイオードなどの光源から光が分岐光導波路に入射すると、分岐部で反射光が生じる。図３０に示す光源装置のように、半導体レーザダイオードと分岐光導波路とを組み合わせて動作させる場合、分岐光導波路において、レーザダイオードへの戻り光が生じてしまう。このような戻り光がレーザダイオードへ入射すると、レーザダイオードの出力強度の変動（いわゆる強度雑音の発生）や発振波長の変化（位相雑音の発生）を引き起こし、発振特性に影響を与えるという問題を生じさせる。
　このように、半導体レーザダイオードと分岐光導波路を用いた従来の光源装置では、分岐光導波路からの戻り光によって、光源装置の動作が不安定になるという問題がある。
　また、上述したように、分岐光導波路としては、多数の光デバイスへの光分配が可能となるように、多段分岐光導波路を利用することが望ましい。しかしながら、多段分岐光導波路では、光分配の本数を多くしようとして、分岐部の段数を増加させると、各段の分岐部で反射光が生じることになり、戻り光の強度が大きくなりやすいという問題がある。
　このような戻り光を抑制する方法の一つとして、磁気光学材料による非相反移相効果（伝搬方向によって光が受ける位相変化量が異なる効果）を用いた光アイソレータの利用が提案されている（非特許文献３）。本方法は、戻り光を効果的に抑制できるという利点がある。しかしながら、光アイソレータ動作の実現には、磁気光学材料に磁界を印加する必要があるため、別途、磁場を生成するデバイスを付加しなければならないという問題点がある。また、磁気光学材料は、シリコンと物性が大きく異なるため、シリコン基板上への集積が難しいという問題がある。
　また、このような戻り光による問題を解消するためには、分岐光導波路において発生する反射光を抑制すればよい。分岐光導波路において発生する反射光を低減させる方法としては、様々な方法が提案されている。
　例えば、特許文献１及び特許文献２に開示されているような、特殊な形状の分岐部を有する分岐光導波路が提案されている。しかしながら、理論設計上、反射光の少ない分岐光導波路であっても、作成誤差によって反射光が生じることは避けることができないという問題がある。この場合、微細加工精度を向上させることによって、反射光を低減させることも可能であるが、微細加工精度の向上には、膨大なコスト、綿密なプロセス管理が必要になってしまう。
　また、上記のような光源回路では、分岐光導波路として、石英系を用いた分岐光導波路と比べると、大幅な小型化が可能であるという利点をもつことから、シリコンを用いた分岐光導波路を使用することが多い。ところが、シリコンを用いた分岐光導波路は、コアとクラッドの屈折率差が非常に大きいため、反射光の低減が難しいという欠点を有する。
特許第２８０９５１７号公報 特開２００３－１８５８６７号公報
T. Hashimoto et al.、"Multichip optical hybrid integration technique with planar lightwave circuit platform"、 Journal of Lightwave Technology、vol.16、pp.1249-1258 (1998) T. Tsuchizawa et al.、"Low-Loss Si Wire Waveguides and their Application to Thermooptic Switches"、 Japanese Journal of Applied Physics、vol.45、pp.6658-6662 (2006) Y. Shoji et al.、"Magneto-optical isolator with silicon waveguides fabricated by direct bonding"、 Applied Physics Letters、vol.92、p.071117 (2008)
　本発明は、従来技術に存する問題を解消して、半導体レーザダイオードからの光を複数に分岐させる分岐光導波路を有する光源回路において、分岐光導波路から半導体レーザダイオードへの戻り光を抑制することを課題とする。
　上記の課題は、次の光源回路及びこれを備えた光源装置によって解決される。
（１）一つの入力側光導波路を少なくとも第一の出力側光導波路及び第二の出力側光導波路に分岐させる光分岐部が少なくとも一つ基板上に形成されており、半導体レーザ光源から入射された光を複数の光デバイスに伝送する光源回路であって、
　光分岐部と該光分岐部から延びる前記第一の出力側光導波路に接続される次段の光分岐部又は光デバイスとの間の光導波路の光路長Ｌ１と、前記光分岐部と前記第二の出力側光導波路に接続される次段の光分岐部又は光デバイスとの間の光導波路の光路長Ｌ２とは、光路長Ｌ１と光路長Ｌ２との差の絶対値が、前記光源回路を伝搬する光の波長の（１／４＋ｉ／２）倍（ｉは、０又は正の整数）になるように選定されていることを特徴とする光源回路。
（２）一つの入力側光導波路を少なくとも第一の出力側光導波路及び第二の出力側光導波路に分岐させる光分岐部が少なくとも一つ基板上に形成されており、半導体レーザ光源から入射された光を複数の光デバイスに伝送する光源回路であって、
　光分岐部と該光分岐部から延びる前記第一の出力側光導波路に接続される次段の光分岐部又は光デバイスとの間の光導波路の光路長Ｌ１と、前記光分岐部と前記第二の出力側光導波路に接続される次段の光分岐部又は光デバイスとの間の光導波路の光路長Ｌ２とは、光路長Ｌ１と光路長Ｌ２との差の絶対値が、前記光源回路を伝搬する光の波長の（１／４＋ｉ／２）倍（ｉは、０又は正の整数）になるように光路長を制御するための位相制御構造を備えた光源回路。
（３）前記位相制御構造は、光路長を動的に調整するための動的位相制御機構を含むことを特徴とする（２）に記載の光源回路。
（４）前記動的位相制御機構は、位相変調器である、（３）に記載の光源回路。
（５）前記動的位相制御機構は、マイクロヒーターである、（３）に記載の光源回路。
（６）複数段の光分岐部が前記基板上に形成されている、（１）から（５）の何れかに記載の光源回路。
（７）一つの入力側光導波路を少なくとも第一の出力側光導波路、第二の出力側光導波路、第三の出力側光導波路及び第四の出力側光導波路としてこの順に分岐させる光分岐部が少なくとも一つ基板上に形成されており、半導体レーザ光源から入射された光を複数の光デバイスに伝送する光源回路であって、
　前記光分岐部から次段の光分岐部又は光デバイスまで第一ないし第四の出力側光導波路が延びており、かつ第一及び第四の出力側光導波路と第二及び第三の出力側光導波路はそれぞれ対をなしており、前記光分岐部の各対の一方の出力側光導波路の光路長と前記光分岐部の各対の他方の出力側光導波路の光路長との差の絶対値が、前記光源回路を伝送される光の波長の（１／４＋ｉ／２）倍（ｉは、０又は正の整数）になるように選定されていることを特徴とする光源回路。
（８）前記光分岐部は全ての出力側光導波路に均等に光を分配する、（１）から（７）の何れかに記載の光源回路。
（９）前記光分岐部の前記入力側光導波路の前段に、方向性結合器又は２×２多モード干渉導波路が設けられている、（１）から（８）の何れかに記載の光源回路。
（１０）前記方向性結合器又は前記２×２多モード干渉導波路の第一の出力側光導波路から次段の光分岐部までの光路長ＬＡと前記方向性結合器又は前記２×２多モード干渉導波路の第二の出力側光導波路から次段の光分岐部までの光路長ＬＢとは、光路長ＬＡと光路長ＬＢの差の絶対値が、前記光源回路を伝送される光の波長のｉ／２倍（ｉは、０又は正の整数）になるように選定されていることを特徴とする（９）に記載の光源回路。
（１１）前記方向性結合器又は前記２×２多モード干渉導波路の一方の入力側光導波路に、光モニターが接続されている、（９）又は（１０）に記載の光源回路。
（１２）前記光分岐部は１×Ｎ多モード干渉導波路又は１×ＮＹ分岐光導波路（Ｎは２以上の正の整数）からなる、（１）から（１１）の何れかに記載の光源回路。
（１３）前記基板はシリコン基板又はＳＯＩ基板である、（１）から（１２）の何れかに記載の光源回路。
（１４）半導体レーザ光源と、該半導体レーザ光源と接続されている（１）から（１３）の何れかに記載の光源回路とを備えたことを特徴とする光源装置。
（１５）前記半導体レーザ光源は、化合物半導体レーザダイオード又は化合物半導体レーザダイオードアレイからなる、（１４）に記載の光源装置。
　本発明によれば、前段の光分岐部の第一の出力側光導波路に接続される前記次段の光分岐部又は光デバイスで生じる反射光と前記前段の光分岐部の第二の出力側光導波路に接続される前記次段の光分岐部又は光デバイスで生じる反射光とが前記前段の光分岐部で反位相で合成されるようになっているため、半導体レーザダイオード光源からの光を複数に分岐させる分岐光導波路を有する光源回路において、戻り光を効果的に抑制することができる。
　これにより、分岐光導波路から半導体レーザダイオードへの戻り光を抑制することができるようになり、半導体レーザダイオード光源の動作を安定させることが可能となる。
半導体レーザダイオードと分岐光導波路を有する光源回路とを備える本発明に係る光源装置の全体構成を示す平面図である。 図１に示す光源回路の分岐光導波路に導入されている位相制御構造を示す拡大図である。 従来技術の分岐光導波路の一例を示す説明図である。 位相制御構造を導入していない従来技術の２段分岐光導波路を示す説明図である。 本発明による光源回路の第一の実施形態として、位相制御構造を導入した２段分岐光導波路を示す模式図である。 本発明による光源回路の第二の実施形態として、位相制御構造を導入した４段分岐光導波路を示す模式図である。 本発明の光源回路の第三の実施形態として、多段分岐光導波路と光集積回路との間に位相制御構造が導入されている光源回路を示す模式図である。 本発明の光源回路の第四の実施形態として、位相制御構造を導入した１段分岐光導波路を示す模式図である。 本発明の光源回路の第五の実施形態として、位相制御構造に加えて、方向性結合器を組み合わせた多段分岐光導波路を示す模式図である。 従来技術の２×２多モード干渉導波路を示す説明図である。 従来技術の１×３多モード干渉導波路を示す説明図である。 従来技術の１×３Ｙ分岐光導波路を示す説明図である。 本発明の光源回路の第六の実施形態として、３分岐の光分岐部と位相制御構造とを組み合わせた多段分岐光導波路を示す模式図である。 従来技術の１×４多モード干渉導波路を示す説明図である。 本発明の光源回路の第七の実施形態として、４分岐の光分岐部と位相制御構造とを組み合わせた多段分岐光導波路を示す模式図である。 本発明の光源回路の第八の実施形態として、２分岐の光分岐部と４分岐の光分岐部とを組み合わせて構成された多段分岐光導波路に位相制御構造が導入されている光源回路を示す模式図である。 出力端子への光配分が均等ではない１×４多モード干渉導波路を示す説明図である。 本発明の位相制御構造の第一の実施形態として、光導波路の長さを調整した位相制御構造を示す模式図である。 本発明の位相制御構造の第二の実施形態として、光導波路の幅（実効屈折率）を調整した位相制御構造を示す模式図である。 本発明の位相制御構造の第三の実施形態として、光導波路の幅（実効屈折率）と長さを調整した位相制御構造を示す模式図である。 本発明の位相制御構造の第四の実施形態として、光導波路の幅（実効屈折率）長さを調整した位相制御構造を示す模式図である。 本発明の光源回路の第九の実施形態として、多段分岐光導波路の１段目の分岐部と２段目の分岐部の間に１箇所だけ位相制御構造を導入した光源回路を示す模式図である。 マルチモード光導波路にシングルモード光導波路を接続した、高次モードカットフィルターを示す模式図である。 従来の化合物半導体レーザダイオードアレイの説明図である。 半導体レーザダイオードと分岐光導波路を有する光源回路とを備える本発明に係る光源装置の全体構成を示す平面図である。 本発明の光源回路の第十の実施形態として、マイクロヒーター（位相変調器）が導入された位相制御構造を含む、多段分岐光導波路を示す模式図である。 本発明の光源回路の第十一の実施形態として、モニター（受光器）、マイクロヒーター（位相変調器）が導入された位相制御構造を含む、方向性結合器を組み合わせた多段分岐光導波路を示す模式図である。 化合物半導体レーザダイオードと光導波路を用いた光源回路の一例を示す図である。 分岐光導波路の代表例である従来の１×２多モード干渉導波路を示す説明図である。 多段分岐光導波路により一本の化合物半導体レーザダイオードからの光を複数本に分配する従来の光源回路の一例を示す図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
　図１は、本発明による光源回路１０を備えた光源装置１００を示している。図１を参照すると、光源装置１００は、デバイス基板１２上に形成された半導体レーザダイオード光源１４と光源回路１０とを備える。デバイス基板１２としては、例えば、シリコン基板又はＳＯＩ基板を用いることができる。
　半導体レーザダイオード光源１４は、ＧａＡｓ系又はＩｎＰ系の化合物半導体から形成された化合物半導体レーザダイオードであることが好ましい。
　光源回路１０は、導入光導波路１６と、分岐光導波路１８と、位相制御構造２０とを含む。
　半導体レーザダイオード光源１４からの光は、導入光導波路１６を通じて分岐光導波路１８へと導かれ、分岐光導波路１８へと導かれた光は、複数本に分配されて光デバイス２２へ供給される。
　導入光導波路１６は、半導体レーザダイオード光源１４からの光を分岐光導波路１８へ導く任意の種類の光導波路であり、例えば、シリコン細線光導波路、シリコンリブ光導波路、ポリシリコン細線光導波路、ポリシリコンリブ光導波路、アモルファスシリコン細線光導波路、アモルファスシリコンリブ光導波路、ＳｉＯＮ光導波路、ＳｉＮ光導波路、ＳｉＣ光導波路などのシリコン系光導波路とすることができる。また、導入光導波路１６は、石英系光導波路、ポリマー光導波路など他の光導波路としてもよい。
　分岐光導波路１８には、一本の入力側導波路を少なくとも二つの出力側導波路へ分岐させる光分岐部２４が少なくとも一つ形成されており、入力された光が複数本に分配されるようになっている。
　分岐光導波路１８は、複数段の光分岐部２４がデバイス基板１２上に形成された多段分岐光導波路であることが好ましい。
　また、分岐光導波路１８は、例えば、シリコン、ポリシリコン又はアモルファスシリコンなどのシリコン系材料から形成することができ、光分岐部２４を多モード干渉導波路又はＹ分岐光導波路とすることができる。
　ここで、光分岐部２４を、方向性結合器など他の種類の分岐光導波路としてもよく、分岐光導波路１８及びその光分岐部２４を、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＳｉＣなどのシリコン系材料、石英系材料、ポリマー系材料など他の材料から形成してもよいことは言うまでもないことである。
　位相制御構造２０は、分岐光導波路１８の前段の光分岐部２４から次段の光分岐部２４又は光デバイス２２の入力端子までの光路長を制御することによって伝搬光の位相を制御する手段であり、分岐光導波路１８において前段の光分岐部２４の出力端子と次段の光分岐部２４又は光デバイス２２の入力端子とを接続する光導波路に導入される。
　光源回路１０は、さらに、半導体レーザダイオード光源１４と導入光導波路１６との間に配置されたスポットサイズ変換器２６を備えてもよい。スポットサイズ変換器２６を用いることによって、半導体レーザダイオード光源１４からの光を効率よく導入光導波路１６へ導くことが可能となる。スポットサイズ変換器２６としては、例えば、逆テーパシリコン光導波路、順テーパシリコン光導波路、又は、逆テーパシリコン光導波路とＳｉＯＮ光導波路又はポリマー光導波路を組み合わせた構造などを用いることができる。ここで、ＳｉＯＮ光導波路又はポリマー光導波路に、逆又は順テーパ構造を施してもよい。
　次に、図２を参照して、本願発明の特徴である位相制御構造２０について詳細に説明する。図２に示す分岐光導波路では、前段の光分岐部２４の二つの出力端子（第一の出力端子２４ａ及び第二の出力端子２４ｂの各々に光導波路を介して次段の光分岐部２４が縦続接続されている。このような二つの光分岐部２４を縦続接続する構造を繰り返すことにより、図１に示すような多段分岐光導波路１８が形成される。
　各光分岐部２４としては、上述したように多モード干渉導波路やＹ分岐光導波路を用いればよい。例えば、各光分岐部２４として、１×２多モード干渉導波路やＹ分岐光導波路を用いれば、各光分岐部２４に入射した光を２本の光導波路に５０％ずつ分配することができる。
　位相制御構造２０は、前段の光分岐部２４の二つの出力端子２４ａ、２４ｂに接続される光導波路のうちの一方に導入されている。位相制御構造２０は、前段の光分岐部２４の一方の出力端子（第一の出力端子２４ａ）から光導波路２８に沿った次段の光分岐部２４の入力端子２４ｃまでの光路長Ｌ１と前段の光分岐部２４の他方の出力端子（第二の出力端子２４ｂ）から次段の光分岐部２４の入力端子２４ｃまでの光路長Ｌ２との差の絶対値｜Ｌ１－Ｌ２｜を（１／４＋ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、・・・）とする。ここで、λとは、光源回路を伝搬する光の波長を表す。
　例えば、｜Ｌ１－Ｌ２｜＝（１／４＋ｉ／２）λとなる多段分岐光導波路１８の構築は、以下のようにして実現される。まず、図３に示すように、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌとなるような二つの光導波路２８が前段の光分岐部２４の第一の出力端子２４ａ及び第二の出力端子２４ｂに接続される分岐光導波路を設計する。次に、前段の光分岐部２４に接続される二つの光導波路２８の一方に、位相制御構造２０として、光路長（１／４＋ｉ／２）λの光導波路を導入して、図２に示すような分岐光導波路を形成する。このような位相制御構造２０の導入によって、｜Ｌ１－Ｌ２｜＝（１／４＋ｉ／２）λの条件が満たされるようになる。
　次に、上記のような位相制御構造２０を導入することにより、戻り光が抑制される原理を説明する。ここでは、簡単のために、２段分岐光導波路（４分岐光導波路）を用いて説明を行う。
　２段分岐光導波路は、図４に示すように、光分岐部２４の２段縦続接続を行う、すなわち、前段の一つの光分岐部２４の第一の出力端子２４ａ及び第二の出力端子２４ｂの各々に光導波路２８を介して次段に二つの光分岐部２４を接続することによって実現される。
　図４に示す２段分岐光導波路では、１段目の一つの光分岐部２４、及び、２段目の二つの光分岐部２４の各々において、反射光が生じる。２段目の二つの光分岐部２４で生じた反射光は、それぞれ、１段目の光分岐部２４の第一の出力端子２４ａ及び第二の出力端子２４ｂを通じて１段目の光分岐部２４の入力端子２４ｃへ戻る。したがって、図４に示す２段分岐光導波路における戻り光は、１段目の一つの光分岐部２４で生じた反射光と、２段目の二つの光分岐部２４で生じた反射光との重ね合わせとなる。
　ここで、戻り光が最大となるのは、１段目の光分岐部２４で生じた反射光と２段目の光分岐部２４で生じた反射光とが強め合う場合である。この場合、個々の光分岐部２４の振幅反射率をＲ（＜＜１）とおくと、２段分岐部光導波路の振幅反射率、すなわち戻り光に対応する振幅反射率は、近似的に、Ｒ＋Ｒ＝２Ｒと表すことができる。さらに、エネルギー反射率は、振幅反射率の２乗で表されるので、２段分岐光導波路のエネルギー反射率、すなわち、戻り光に対応するエネルギー反射率は、近似的に４Ｒ２と表すことができる。
　１段分岐光導波路（２分岐光導波路）の場合の戻り光に対応するエネルギー反射率がＲ２であるのに対して、２段分岐光導波路のエネルギー反射率は、上述したように最悪の状態では４Ｒ２となり、１段分岐光導波路のエネルギー反射率の４倍にも達することが分かる。同様に、Ｎ段分岐光導波路の場合、戻り光に対応するエネルギー反射率は、最悪の状態では、Ｎ２Ｒ２となり、１段分岐光導波路のＮ２倍に達する。したがって、位相制御構造２０を導入していない従来の多段分岐光導波路では、戻り光の最悪値が光分岐部２４の段数の２乗に比例して膨れ上がるという問題が生じる。
（光源回路の第一の実施形態）
　これと対比して、図５に示すように、光路長λ／４の光導波路からなる位相制御構造２０を導入した本発明による２段分岐光導波路３０における戻り光を考える。位相制御構造２０を導入した２段分岐光導波路３０においても、１段目の一つの光分岐部２４、及び、２段目の二つの光分岐部２４において、反射光が生じ、２段目の二つの光分岐部２４で生じた反射光がそれぞれ１段目の光分岐部２４の第一の出力端子２４ａ及び第二の出力端子２４ｂを通じて１段目の光分岐部２４の入力端子２４ｃへ戻る。
　ここで、１段目の光分岐部２４の第一の出力端子２４ａ及び第二の出力端子２４ｂにそれぞれ接続される光導波路２８の一方（図５では、第二の出力端子２４ｂに接続される光導波路２８）には、位相制御構造２０として、光路長λ／４の光導波路が導入されている。
　よって、１段目の光分岐部２４と２段目の光分岐部２４との間に延びる二つの光導波路２８を伝搬する二つの光は、往復で、光路長λ／２の差を生じる。このため、１段目の光分岐部２４の第一の出力端子２４ａ及び第二の出力端子２４ｂに入射する反射光は、位相が互いに対して１８０度だけ異なる反位相の状態となる。
　このように光分岐部２４の二つの出力端子２４ａ、２４ｂに反位相の光が入射した場合、光は、互いに干渉して打ち消し合い、入力端子２４ｃに結合することができなくなるので、２段目の光分岐部２４で生じた反射光は戻り光に寄与しなくなる。したがって、位相制御構造２０の導入によって、２段目の光分岐部２４に起因する戻り光を完全に抑制することが可能となる。
　このように、本発明による光源回路１０では、位相制御構造２０が存在するので、後段の光分岐部２４で反射光が発生しても、前段の光分岐部２４の第一の出力端子２４ａに戻った反射光と前段の光分岐部２４の第二の出力端子２４ｂに戻った反射光とが反位相（すなわち、位相が１８０度ずれた状態）となり、前段の光分岐部２４で重ね合わせられたときに互いに干渉して打ち消し合うので、戻り光を抑制する効果を奏する。
　また、本発明は、３段以上の多段分岐光導波路や光を三つ以上の光導波路に分岐させる光分岐部を有する分岐光導波路を含む光源回路など他の構造の光源回路１０に導入しても、同様の効果を奏することができる。
　以下で、本発明に従って位相制御構造２０を導入することによって戻り光抑制効果を得ることができる様々なタイプの分岐光導波路１８を説明する。
（光源回路の第二の実施形態）
　３段以上の多段分岐光導波路は、分岐光導波路を単純に縦続接続することによって実現することができる。図６に、位相制御構造を導入した４段分岐光導波路３２（１６分岐光導波路）を含む光源回路が示されている。３段以上の多段分岐光導波路３２においても、上記で述べた２段分岐光導波路３０と同様の原理によって、２段目以降の光分岐部２４に起因する戻り光を完全に抑制することができる。
　このように、位相制御構造２０を導入した多段分岐光導波路１８では、２段目以降の光分岐部２４からの反射光が戻り光に寄与することはなく、位相制御構造２０を導入した２段分岐光導波路３０や３段以上の多段分岐光導波路３２でも、戻り光に対応するエネルギー反射率の値は、１段分岐光導波路の場合と同様にＲ２となる。
　すなわち、従来の多段分岐光導波路では、戻り光の最悪値が、段数の２乗に比例して膨れ上がるという問題があったのに対して、位相制御構造２０を導入した多段分岐光導波路１８では、上述したように戻り光が段数に応じて増加することがない。したがって、位相制御構造２０を多段分岐光導波路１８に導入すれば、デバイス設計の際に、光分岐部２４の段数を自由に選択できるようになる。
　また、上述したように、位相制御構造２０を導入した２段分岐光導波路３０や３段以上の多段分岐光導波路３２の場合も、戻り光に対応するエネルギー反射率の値は、１段分岐光導波路の場合と同様になるから、１段目の光分岐部の振幅反射率をＲ１、２段目以降の光分岐部の振幅反射率をＲ２、Ｒ３、・・・とすると、多段分岐光導波路１８における戻り光に対応するエネルギー反射率の値は、近似的にＲ１ ２と表せる。
　すなわち、多段分岐光導波路１８でも、戻り光に対応するエネルギー反射率は１段目の光分岐部２４の振幅反射率によって決まるようになり、１段目の光分岐部２４の振幅反射率を小さくするだけで、戻り光を大幅に抑制することができる。
　従来の多段分岐光導波路では、戻り光を抑制するためには、全ての光分岐部２４の振幅反射率を小さくしなければならない。これに対して、本発明に従って位相制御構造２０を導入すれば、戻り光の抑制を容易に実現することができる。
　また、位相制御構造２０を導入すれば、多段分岐光導波路１８において、２段目以降の光分岐部２４からの反射光が戻り光に寄与することがないので、２段目以降であれば、比較的振幅反射率が大きい光分岐部２４を用いることが許される。
　例えば、１段目に、振幅反射率が小さい光分岐部２４を用い、２段目以降に、比較的振幅反射率が大きい光分岐部２４を用いる構成が可能になる。この場合、振幅反射率を小さくする必要がある光分岐部２４は１段目のみとなり、他は全て比較的振幅反射率が大きい光分岐部２４とすることができる。また、光分岐部２４は許容される振幅反射率が大きいほど、小型化が可能である。
　したがって、位相制御構造２０を導入すれば、２段目以降に、超小型光分岐部２４を配置するといった構成も可能になり、戻り光の抑制を通じて、光源回路１０の小型化にも寄与する。
　なお、上記実施形態では、光分岐部２４で発生した反射光による戻り光を抑制するために前段の光分岐部２４と後段の光分岐部２４との間に位相制御構造２０を導入した場合を例示しているが、位相制御構造２０を、前段の光分岐部２４とこれに接続される後段の光デバイス２２との間に導入して、光デバイスに起因する戻り光を抑制することもできる。
（光源回路の第三の実施形態）
　光導波路２８を伝搬する光は、構造が変化する箇所で反射する性質がある。このため、光導波路２８と光デバイス２２との接続箇所においても反射光が発生することがある。このように光デバイス２２に起因する戻り光を抑制するために、図７に示すように、光デバイス２２とその前段の光分岐部２４との間に位相制御構造２０を導入してもよい。
　例えば、この場合、位相制御構造２０は、光デバイス２２の入力端子と光デバイスの前段の光分岐部２４の二つの出力端子２４ａ、２４ｂの各々との間の光導波路２８の光路長をＬ１及びＬ２としたときに、｜Ｌ１－Ｌ２｜＝（１/４＋ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、・・・）を満たすような長さの光導波路とすればよい。これにより、光デバイス２２に起因する戻り光を抑制することができる。このような効果は、光分岐部における反射光を低減させることで戻り光を抑制しようとする従来の発想では、実現することができないものである。
（光源回路の第四の実施形態）
　また、図５から図７に示す実施形態では、光分岐部２４が２段以上縦続接続された多段分岐光導波路１８、３０、３２を使用する場合を例示しているが、本発明は、図８に示すように、１段の分岐光導波路３４、すなわち一つの光分岐部２４のみを有する分岐光導波路３４を使用する場合にも適用することができ、同様の効果が得られることはもちろんである。
　ここで、上記実施形態の説明では、位相制御構造２０により、｜Ｌ１－Ｌ２｜＝（１／４＋ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、・・・）の条件が満たされるとした。ここで、温度変化等の影響により、半導体レーザダイオード光源１４の発振波長が設計値からずれる場合を考慮すると、ｉ＝０の場合が最も戻り光を抑制することができ、好ましい。以下にその理由を説明する。
　まず、半導体レーザダイオード光源１４の発振波長が設計値通りである場合を考える。位相制御構造２０により、｜Ｌ１－Ｌ２｜＝（１／４＋ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、・・・）が満たされる。このような光導波路を光が往復するとき、往復での光路差は、２｜Ｌ１－Ｌ２｜＝（１／２＋ｉ）λとなる。
　ここで、２｜Ｌ１－Ｌ２｜に対応する位相量をθとおくと、θ＝（２π／λ）×２｜Ｌ１－Ｌ２｜＝π（１＋２ｉ）と表すことができる。すなわち、往復での光路差２｜Ｌ１－Ｌ２｜によって、位相が１８０°異なる反位相状態が形成されることになる。
　次に、温度変化等の影響により、半導体レーザダイオード光源１４の発振波長が設計値からずれ、光の波長がλ＋Δλに変化した場合を考える。往復での光路差２｜Ｌ１－Ｌ２｜に対応する位相量をθ＋Δθとおくと、θ＋Δθ＝（２π／（λ＋Δλ））×２｜Ｌ１－Ｌ２｜＝π（１＋２ｉ）（λ／（λ＋Δλ））と表すことができ、位相変化量ΔθはΔθ＝π（１＋２ｉ）（λ／（λ＋Δλ））－π（１＋２ｉ）＝－π（１＋２ｉ）（Δλ／（λ＋Δλ））と表される。但し、ここでは、簡単のため、光導波路の実効屈折率の波長依存性は、無視している。
　上式から、位相量の設計値からのずれΔθが最も小さくなるのは、ｉ＝０のときとなる。すなわち、温度変化等の影響により、半導体レーザダイオード光源１４の発振波長が設計値からずれた場合、ｉ＝０のときの位相制御構造２０が最も戻り光を抑制することができる。よって、位相制御構造２０は、通常、｜Ｌ１－Ｌ２｜＝λ／４の条件を満たすような構造とすることが好ましい。しかしながら、各光分岐部２４の配置上の制約などを考慮して、位相制御構造２０を、ｉ＝０の場合以外の｜Ｌ１－Ｌ２｜＝（１／４＋ｉ／２）λ（ｉ＝１、２、・・・）の条件を満たすような構造としてもよい。
（光源回路の第五の実施形態）
　図９は、多段分岐光導波路１８の前段に方向性結合器３６を組み合わせた光源回路を示す。一般に、方向性結合器３６は、振幅反射率が小さいという特長を有する。よって、多段分岐光導波路１８の前段に方向性結合器３６を用いた場合、１段目の光分岐部の振幅反射率Ｒ１を小さくすることができるため、多段分岐光導波路に起因する戻り光を効果的に抑制することが可能である。
　図９に示す方向性結合器３６は、第一の入力端子３６ａ及び第二の入力端子３６ｂと第一の出力端子３６ｃ及び第二の出力端子３６ｄとを有し、第一の入力端子３６ａには導入光導波路１６が接続され、第一の出力端子３６ｃ及び第二の出力端子３６ｄには光導波路２８を介してそれぞれ多段分岐光導波路１８が接続されている。また、方向性結合器３６の第一の出力端子３６ｃ及び第二の出力端子３６ｄに接続されている光導波路２８の一方（図９では、第二の出力端子３６ｄに接続されている光導波路２８）には位相制御構造２０’が導入されている。
　この位相制御構造２０’は、方向性結合器３６の第一の出力端子３６ｃからこれに接続される光導波路２８に沿って次段の光分岐部２４の入力端子２４ｃまでの光路長Ｌ１’と方向性結合器３６の第二の出力端子３６ｄからこれに接続される光導波路２８に沿って次段の光分岐部２４の入力端子２４ｃまでの光路長Ｌ２’との差の絶対値｜Ｌ１’－Ｌ２’｜を（ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、３、・・・）にするような長さの光導波路とすればよい。位相制御構造２０’が多モード干渉導波路やＹ分岐光導波路のような光分岐部２４の後段に導入される位相制御構造２０と異なるのは、多モード干渉導波路やＹ分岐光導波路のような光分岐部２４と方向性結合器３６の動作原理が異なるからである。
　このように方向性結合器３６を用いた場合、位相制御を適切に行えば、方向性結合器３６の第一の入力端子３６ａに光が入射されると、第一の出力端子３６ｃ及び第二の出力端子３６ｄに分配される一方、第一の出力端子３６ｃ及び第二の出力端子３６ｄに接続される次段の光分岐部２４で生じた反射光は、第一の出力端子３６ｃ及び第二の出力端子３６ｄを通じて第二の入力端子３６ｂに出射される。したがって、分岐光導波路１８に起因する戻り光を抑制することが可能となる。
　なお、方向性結合器３６を用いる場合、方向性結合器３６の後段に接続される光導波路２８に導入される位相制御構造２０’は、｜Ｌ１’－Ｌ２’｜＝（ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、・・・）の条件が満たされる長さの光導波路とされるが、温度変化等の影響により半導体レーザダイオード光源１４の発振波長が設計値からずれる場合を考慮すると、光分岐部２４の場合と同様に、ｉ＝０としたときが最も戻り光を抑制することができる。
　さらに、図９において、方向性結合器３６に代えて、図１０に示すような２×２多モード干渉導波路３７を用いた場合も同様の動作及び効果が実現される。
　これまでの実施形態では、入力光を２本の光導波路に分配する２分岐の光分岐部２４を用いた例が示されている。しかしながら、本発明は、光分岐部２４として、入力光をＮ本（Ｎ＝３、４、５、・・・）の光導波路２８に分配するＮ分岐の光分岐部に適用することもできる。例えば、光分岐部２４として１×Ｎ多モード干渉導波路や１×ＮＹ分岐光導波路を用いた多段分岐光導波路に位相制御構造２０を導入することもできる。
　３分岐の光分岐部３８の例として、図１１に１×３多モード干渉導波路を、図１２に１×３Ｙ分岐光導波路を示す。図１１に示されている１×３多モード干渉導波路は、一つの入力端子３８ａと三つの出力端子（第一の出力端子３８ｂ、第二の出力端子３８ｃ及び第三の出力端子３８ｄ）とを有し、入力端子３８ａに入力された光を第一の出力端子３８ｂ、第二の出力端子３８ｃ及び第三の出力端子３８ｄに分配する。
　同様に、図１２に示す１×３型Ｙ分岐光導波路も、一つの入力端子３８ａと三つの出力端子（第一の出力端子３８ｂ、第二の出力端子３８ｃ及び第三の出力端子３８ｄ）とを有し、入力端子３８ａに入力された光を第一の出力端子３８ｂ、第二の出力端子３８ｃ及び第三の出力端子３８ｄに分配する。
（光源回路の第六の実施形態）
　図１３は、３分岐の光分岐部３８を用いた多段分岐光導波路４０の実施形態を示す。図１３に示す多段光分岐光導波路４０では、位相制御構造２０が１段目の光分岐部３８の第三の出力端子３８ｄとこれに接続される２段目の光分岐部３８の入力端子３８ａとの間に延びる光導波路２８上に導入されており、導入されている位相制御構造２０は、１段目の光分岐部３８の第一の出力端子３８ｂからこれに接続される光導波路２８に沿って２段目の光分岐部３８の入力端子３８ａまでの光路長Ｌ１と１段目の光分岐部３８の第三の出力端子３８ｄからこれに接続される光導波路２８に沿って２段目の光分岐部３８の入力端子３８ａまでの光路長Ｌ２との差の絶対値｜Ｌ１－Ｌ２｜が（１／４＋ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、・・・）となるように制御する。
　図１３に示す多段分岐光導波路４０では、２段目の３分岐の光分岐部３８で反射光が生じても、１段目の３分岐の光分岐部３８の第一の出力端子３８ｂに入射した反射光と第三の出力端子３８ｄに入射した反射光は、反位相となり互いに打ち消し合うので、１段目の３分岐の光分岐部３８の入力端子３８ａに結合することはできない。
　よって、１段目の第一の出力端子３８ｂ及び第三の出力端子３８ｄに接続される２段目の光分岐部３８で生じた反射光は戻り光に寄与しなくなる。したがって、本発明に従って位相制御構造２０を導入すれば、３分岐の光分岐部３８を用いた多段分岐光導波路４０でも、戻り光を効果的に抑制することが可能である。
　図１４は、４分岐の光分岐部４２の例として、１×４多モード干渉導波路を示す。１×４多モード干渉導波路は、一つの入力端子４２ａと四つの出力端子（第一の出力端子４２ｂ、第二の出力端子４２ｃ、第三の出力端子４２ｄ及び第四の出力端子４２ｅ）とを有し、入力端子４２ａに入力された光を第一の出力端子４２ｂ、第二の出力端子４２ｃ、第三の出力端子４２ｄ及び第四の出力端子４２ｅに分配する。
（光源回路の第七の実施形態）
　図１５は、４分岐の光分岐部４２を用いた分岐光導波路４４の実施形態を示す。図１５に示す分岐光導波路４４では、第一の位相制御構造２０－１が１段目の光分岐部４２の第三の出力端子４２ｄとこれに接続される２段目の光分岐部４２の入力端子４２ａとの間に延びる光導波路２８に導入されていると共に、第二の位相制御構造２０－２が１段目の光分岐部４２の第四の出力端子４２ｅとこれに接続される２段目の光分岐部４２の入力端子４２ａとの間に延びる光導波路２８に導入されている。
　第一の位相制御構造２０－１は、１段目の光分岐部４２の第二の出力端子４２ｃからこれに接続される光導波路２８に沿って２段目の光分岐部４２の入力端子４２ａまでの光路長Ｌ２と１段目の光分岐部４２の第三の出力端子４２ｄからこれに接続される光導波路２８に沿って２段目の光分岐部４２の入力端子４２ａまでの光路長Ｌ３との差の絶対値｜Ｌ２－Ｌ３｜が（１／４＋ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、・・・）となるように制御し、第二の位相制御構造２０－２は、１段目の光分岐部４２の第一の出力端子４２ｂからこれに接続される光導波路２８に沿って２段目の光分岐部４２の入力端子４２ａまでの光路長Ｌ１と１段目の光分岐部４２の第四の出力端子４２ｅからこれに接続される光導波路２８に沿って２段目の光分岐部４２の入力端子４２ａまでの光路長Ｌ４との差の絶対値｜Ｌ１－Ｌ４｜が（１／４＋ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、・・・）となるように制御する。
　図１５に示す分岐光導波路４４では、２段目の４分岐の光分岐部４２で反射光が生じても、１段目の４分岐の光分岐部４２の第一の出力端子４２ｂに入射した反射光と第四の出力端子４２ｅに入射した反射光は、反位相となり互いに打ち消し合うので、１段目の４分岐の光分岐部４２の入力端子４２ａに結合することはできない。
　同様に、１段目の４分岐の光分岐部４２の第二の出力端子４２ｃに入射した反射光と第三の出力端子４２ｄに入射した反射光は、１段目の４分岐の光分岐部４２の入力端子４２ａに結合することはできない。
　よって、２段目の光分岐部４２で生じた反射光は戻り光に寄与しなくなる。したがって、本発明に従って位相制御構造２０－１、２０－２を導入すれば、４分岐の光分岐部４２を用いた分岐光導波路４４でも、戻り光を効果的に抑制することが可能である。
　同様の原理で、本発明に従って位相制御構造２０を導入すれば、Ｎ分岐の光分岐部（Ｎ＝５、６、７、・・・）を用いた分岐光導波路でも、戻り光を効果的に抑制することが可能となる。
　ただし、本発明は、光分岐部の分岐数が偶数の場合に、最も戻り光を効果的に抑制することができる。例えば、図１３に示すような３分岐の光分岐部３８を用いた場合、第一の出力端子３８ｂに接続される２段目の光分岐部３８と第三の出力端子３８ｄに接続される２段目の光分岐部３８で生じた反射光に起因する戻り光は十分に抑制できるが、第二の出力端子３８ｃに接続される２段目の光分岐部３８で生じた反射光に起因する戻り光は十分に抑制することができない。
　なお、図１３及び図１５に示す実施形態では、２段目に、光分岐部３８又は４２が接続されているが、光分岐部３８又は４２に代えて、光デバイス２２を接続することもでき、この場合も同様の効果を奏する。
（光源回路の第八の実施形態）
　さらに、本発明は、分岐数の異なる光分岐部を自由に組み合わせて構成した多段分岐光導波路に適用することも可能である。例えば、図１６に示すように、４分岐の光分岐部４２と２分岐の光分岐部３８を組み合わせて構成した多段分岐光導波路４６に位相制御構造２０－１、２０－２を導入することもできる。
　また、本発明は、入力光がＮ本（Ｎ＝２、３、４、・・・）の光導波路に均等に分配される光分岐部を用いて構成した分岐光導波路だけでなく、入力光がＮ本（Ｎ＝２、３、４、・・・）の光導波路に任意の割合で分配される光分岐部を用いて構成した分岐光導波路に適用することも可能である。
　例えば、２分岐の光分岐部２４を用いる場合、２本の光導波路２８への出力光が１：１以外の任意の割合で分配されるようになっていてもよい。１：１以外の割合で分配される光分岐部２４は、例えば１×２多モード干渉導波路において出力側の２本の光導波路２８（又は出力端子）を非対称な位置に配置することによって実現することができる。
　このような場合でも、本発明を適用して位相制御構造２０を導入することによって戻り光を抑制することが可能である。ただし、２本の光導波路２８への出力光が１：１に近い割合で分配されるほど、戻り光は良好に抑制される。
　また、Ｎ分岐（Ｎ＝３、４、５、・・・）の光分岐部を用いる場合、Ｎ本の光導波路への出力光が等分以外の任意の割合で分配されるようになっていてもよい。
　ただし、Ｎ本の光導波路への出力光の分配比率が対称に近いほど戻り光は良好に抑制される。戻り光の抑制効果が最も良好となるのは、光分岐部において、対称な位置に配置された対となる出力端子への出力光が等しくなる場合である。
　Ｎ分岐の光分岐部の場合、対称な位置に配置された対となる出力端子を出力端子Ａ及び出力端子Ｂとすると、位相制御構造２０は、前段の光分岐部の出力端子Ａから次段の光分岐部又は光デバイスまでの光路長ＬＡと前段の光分岐部の出力端子Ｂから次段の光分岐部又は光デバイスまでの光路長ＬＢとの差の絶対値｜ＬＡ－ＬＢ｜が（１／４＋ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、・・・）となるように制御する。
　例えば、図１２に示すような３分岐の光分岐部３８では、第一の出力端子３８ｂへの出力光と第三の出力端子３８ｄへの出力光とが等しい場合に、戻り光が最も良好に抑制される。また、図１４に示すような４分岐の光分岐部４２では、第二の出力端子４２ｃへの出力光と第三の出力端子４２ｄへの出力光が等しく、さらに、第一の出力端子４２ｂと第四の出力端子４２ｅへの出力光が等しい場合に、戻り光が最も良好に抑制される。
　具体的には、図１７に示すように、４分岐の光分岐部の第一の出力端子４２ｂ、第二の出力端子４２ｃ、第三の出力端子４２ｄ及び第四の出力端子４２ｅへの出力割合が均等でなく、１：２：２：１（１７％：３３％：３３％：１７％）となっていても、戻り光を良好に抑制することができる。
　なお、対称な位置に配置された対となる出力端子への出力が１：１からずれた場合、戻り光の抑制効果は、出力割合が１：１から離れるに従って徐々に小さくなるのであって、急になくなるわけではない。
（位相制御構造）
　次に、本願発明の特徴である位相制御構造２０について、さらに詳細に説明する。
　位相制御構造２０は、前段の光分岐部の出力端子１から次段の光分岐部又は光デバイスまでの光路１の光路長Ｌ１と、前段の光分岐部の（出力端子１と対になる）出力端子２から次段の光分岐部又は光デバイスまでの光路２の光路長Ｌ２との差の絶対値｜Ｌ１－Ｌ２｜を、（１／４＋ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、・・・）とするために導入される。
　光路１と、光路２が全く同等の場合、光路差の絶対値｜Ｌ１－Ｌ２｜は０となる。光路差｜Ｌ１－Ｌ２｜を（１／４＋ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、・・・）と等しくさせるためには、光路１と光路２が、異なる必要がある。位相制御構造２０とは、光路１と光路２の差分に対応する構造のことである。
　光路長は、光導波路の実効屈折率ｎに距離ｄｌを乗じたｎｄｌに対する積分∫ｎ・ｄｌと表される。よって、光路長を制御するには、光導波路の実効屈折率、長さを適切に調整すればよい。
　第一に、光路長を制御するための方法として、光導波路の長さを用いる方法について説明する。上記実施形態の説明においても述べたが、例えば、図１８に示すように、位相制御構造２０として、光路長ｎΔＬ＝（１／４＋ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、・・・）の光導波路を導入する方法が挙げられる。ｎは光導波路の実効屈折率、ΔＬは光導波路の長さを表す。光路長ｎΔＬ＝（１／４＋ｉ／２）λが満たされるように、光導波路の長さΔＬを適切に定めればよい。本方法は、図１８に示すように、光導波路の長さを調整することにより、容易に実現できる。
　第二に、光路長を制御するための方法として、光導波路の実効屈折率を用いる方法について説明する。位相制御構造２０の導入により、光導波路の実効屈折率をΔｎだけ変化させる場合を考える。この場合、｜ΔｎＬ｜＝（１／４＋ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、・・・）が満たされるように、Δｎを定めればよい。Ｌは、光導波路の長さを表す。光導波路の実効屈折率を変化させる方法としては、光導波路の形状を変化させる方法が挙げられる。
　例えば、図１９に示すように、光導波路の幅を変化させることで、光導波路の実効屈折率を変化させることができる。｜ΔｎＬ｜＝（１／４＋ｉ／２）λが満たされるように、光導波路の幅を適切に定めればよい。本方法は、図１９に示すように、光導波路の実効屈折率（例えば、光導波路の幅）を調整することにより、容易に実現できる。
　第三に、光路長を制御するための方法として、光導波路の実効屈折率、長さを用いる方法について説明する。例えば、図２０、図２１に示すように、位相制御構造２０として、実効屈折率ｎ＋Δｎ、長さΔＬの光導波路を導入すればよい。この時、｜ΔｎΔＬ｜＝（１／４＋ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、・・・）が満たされるように、Δｎ、ΔＬを定めればよい。図２０、２１では、光導波路の実効屈折率を変えるために、光導波路の幅を調整している。
　図２０では、光導波路の幅が徐々に変化するテーパー領域が、一方の光導波路にのみ存在するので、厳密に言えば、光路差は｜∫ΔｎｄＬ｜と表される。よって、｜∫ΔｎｄＬ｜＝（１／４＋ｉ／２）λが満たされるように、Δｎ、ΔＬが定められる。
　それに対し、図２１では、光導波路の幅が徐々に変化するテーパー領域が、両方の光導波路に存在するので、光路差は単純に｜ΔｎΔＬ｜と表される。図２１の方法は、図２０の方法に比べ、設計が容易であるという利点がある。
　また、光路長を制御するために、上記の方法を自由に組み合わせてもよい。本発明では、光路差の絶対値｜Ｌ１－Ｌ２｜が（１／４＋ｉ／２）λ（ｉ＝０、１、２、・・・）と等しくなるように、光路長Ｌ１＝∫ｎ１・ｄｌ１、光路長Ｌ２＝∫ｎ２・ｄｌ２を定めればよい。ここで、位相制御構造２０は、光路１と光路２の差分に対応する構造のことである。
（光源回路の第九の実施形態）
　次に、本願発明の特徴である位相制御構造２０の導入位置について述べる。図２２に示すように、原理上は、位相制御構造２０を、１段目の分岐部２４と２段目の分岐部２４の間に１箇所だけ導入すればよい。
　第一の出力端子２４ａと第二の出力端子２４ｂに戻ってくる光の位相を、位相制御構造２０を用いて反位相とすることで、入力端子２４ｃへの戻り光を抑制することができる。
　しかしながら、実際には、作製誤差、基板上の温度分布等により、光導波路の特性に、位置依存性が生じる。よって、戻り光を効果的に抑制するためには、位相制御構造２０を、図７に示すように、各分岐部２４に対して導入することが、好ましい。位相制御構造２０の数を増やすことで、作製誤差、基板上の温度分布等が生じた場合でも、戻り光を十分抑制することが可能となる。
　また、位相制御構造２０を、１段目の分岐部２４と２段目の分岐部２４の間に１箇所だけ導入する場合には、戻り光の抑制上、第一の出力端子２４ａと第二の出力端子２４ｂに縦続接続される分岐部又は光デバイスの構成を同様にしておくことが望まれる。それに対し、位相制御構造２０を、各分岐部２４に対して導入する場合、各分岐部２４で戻り光が局所的に抑制されているため、分岐部又は光デバイスの構成を、より自由度高く設計することが可能となる。
　上記実施形態の説明では、第一の出力端子２４ａと第二の出力端子２４ｂに戻ってくる光の位相を、位相制御構造２０を用いて反位相とすることで、入力端子２４ｃへの戻り光を抑制することができると述べた。これは、入力端子２４ｃに接続される光導波路として、シングルモード光導波路を想定しているからである。
　入力端子２４ｃに接続される光導波路が、マルチモード光導波路である場合、第一の出力端子２４ａと第二の出力端子２４ｂに戻ってくる光の位相を、位相制御構造２０を用いて反位相とした場合、入力端子２４ｃの光導波路の高次モードに、戻り光が結合してしまうため、戻り光を抑制することができない。
　このような場合には、入力端子２４ｃのマルチモード光導波路に、高次モードカットフィルターを導入すればよい。入力端子２４ｃに接続される光導波路が、マルチモード光導波路であったとしても、高次モードカットフィルターを導入すれば、上記実施形態で説明した戻り光抑制効果を、同様に得ることができる。
　高次モードカットフィルターとしては、例えば、シングルモード光導波路を用いればよい。図２３に示すように、マルチモード光導波路に、シングルモード光導波路を接続することで、高次モードは容易に除去される。さらに、シングルモード光導波路を曲げる等の工夫を行えば、高次モードをより短距離で除去することが可能となる。
　本発明では、シングルモード光導波路に加えて、マルチモード光導波路を用いてもよい。
　上記実施形態における半導体レーザ光源１４としては、例えば、ファブリペロー型半導体レーザダイオード、分布ブラッグ反射型半導体レーザダイオード、分布帰還型半導体レーザダイオードを用いればよい。特に、分布帰還型半導体レーザダイオードは、戻り光によって動作が不安定となりやすいことが知られている。
　さらに、本発明では、半導体レーザ光源１４として、図２４に示すような、１チップ上で２つの電極の間に複数のレーザダイオードが形成された半導体レーザダイオードアレイを用いてもよい。
　図２５に、本発明による半導体レーザダイオードアレイを用いた光源装置の実施形態の一例を示す。半導体レーザダイオードアレイを用いることで、光源の高密度化、光出力本数の増大が実現される。
　半導体レーザダイオードアレイを用いた光源装置では、戻り光によって、個々のレーザダイオードからの光出力にばらつきが生じるという問題がある。
　半導体レーザダイオードアレイの場合、複数個のレーザダイオードが一つのチップ上に形成されており、複数個のレーザダイオードを二つの電極（ｐ型電極とｎ型電極）によって、一括して制御する。このため、戻り光によって、個々のレーザダイオードからの光出力のばらつきが生じると問題に対処することができない。
　このように、半導体レーザダイオードアレイを用いた光源装置では、戻り光によって、光源装置の動作が不安定になりやすいという大きな問題点がある。
　本発明は、半導体レーザダイオードアレイを用いた光源装置に対しても、適用することができ、半導体レーザダイオードアレイを用いた光源装置の安定動作を実現する手段を提供する。
　さらに、本発明では、位相制御構造２０に、動的に位相（光路長）を制御する機構を導入してもよい。動的に位相を制御する機構としては、一般に、光変調器、光スイッチ等で用いられている位相変調器を用いればよい。例えば、熱光学効果、電気光学効果、キャリアプラズマ効果を用いて、光導波路の屈折率を変えることにより、動的に位相を制御することができる。
　光路差の絶対値｜Ｌ１―Ｌ２｜を動的に制御することで、発振波長の動的変化、デバイス温度の動的変化等に起因する戻り光の増加を、大幅に抑制することが可能となり、光源装置をさらに安定的に動作させることができる。
（光源回路の第十の実施形態）
　例えば、図２６に示すように、マイクロヒーター（熱光学効果）を導入することで、位相制御構造２０に、動的に位相を制御する機構を導入することができる。
　さらに、本発明では、図９に示すような実施形態において、方向性結合器の第二の入力端子３６ｂに、モニターを接続し、戻り光の状態を観察してもよい。方向性結合器の第一の入力端子３６ａに対する戻り光が最も抑制されるのは、方向性結合器の第二の入力端子３６ｂに対する戻り光が最も大きくなる時である。
　また、方向性結合器の代わりに、２×２多モード干渉導波路を用いてもよい。
（光源回路の第十一の実施形態）
　例えば、図２７に示すように、方向性結合器の第二の入力端子３６ｂに、モニターとして受光器を導入することで、戻り光の状態を観察することができる。
　図２７では、モニターに加えて、マイクロヒーター（熱光学効果）による動的位相制御機構を、位相制御構造２０’、位相制御構造２０に導入している。モニターの観察値に応じて、動的に位相を制御することで、より精密に戻り光を抑制することができる。
　以上、図示した実施形態を参照して、本発明の光源回路１０を説明したが、本発明は図示した実施形態に限定されるものではない。例えば、５分岐以上の光分岐部の出力端子とこれに接続される次段の光分岐部との間を接続する光導波路２８に位相制御構造２０を導入することも可能である。
　１０　　光源回路
　１２　　デバイス基板
　１４　　半導体レーザダイオード光源
　１８　　分岐光導波路
　２０　　位相制御構造
　２２　　光デバイス
　２４　　光分岐部
　２４ａ　第一の出力端子
　２４ｂ　第二の出力端子
　２４ｃ　入力端子
　２８　　光導波路
　３０　　２段分岐光導波路
　３２　　４段分岐光導波路
　３４　　１段分岐光導波路
　３６　　方向性結合器
　３７　　２×２多モード干渉導波路
　３８　　光分岐部
　４０　　多段分岐光導波路
　４２　　光分岐部
　４４　　分岐光導波路
　４６　　多段分岐光導波路

Claims (15)

  1. 　一つの入力側光導波路を少なくとも第一の出力側光導波路及び第二の出力側光導波路に分岐させる光分岐部が少なくとも一つ基板上に形成されており、半導体レーザ光源から入射された光を複数の光デバイスに伝送する光源回路であって、
    　光分岐部と該光分岐部から延びる前記第一の出力側光導波路に接続される次段の光分岐部又は光デバイスとの間の光導波路の光路長Ｌ１と、前記光分岐部と前記第二の出力側光導波路に接続される次段の光分岐部又は光デバイスとの間の光導波路の光路長Ｌ２とは、光路長Ｌ１と光路長Ｌ２との差の絶対値が、前記光源回路を伝搬する光の波長の（１／４＋ｉ／２）倍（ｉは、０又は正の整数）になるように選定されていることを特徴とする光源回路。
  2. 　一つの入力側光導波路を少なくとも第一の出力側光導波路及び第二の出力側光導波路に分岐させる光分岐部が少なくとも一つ基板上に形成されており、半導体レーザ光源から入射された光を複数の光デバイスに伝送する光源回路であって、
    　光分岐部と該光分岐部から延びる前記第一の出力側光導波路に接続される次段の光分岐部又は光デバイスとの間の光導波路の光路長Ｌ１と、前記光分岐部と前記第二の出力側光導波路に接続される次段の光分岐部又は光デバイスとの間の光導波路の光路長Ｌ２とは、光路長Ｌ１と光路長Ｌ２との差の絶対値が、前記光源回路を伝搬する光の波長の（１／４＋ｉ／２）倍（ｉは、０又は正の整数）になるように光路長を制御するための位相制御構造を備えた光源回路。
  3. 　前記位相制御構造は、光路長を動的に調整するための動的位相制御機構を含むことを特徴とする請求項２に記載の光源回路。
  4. 　前記動的位相制御機構は、位相変調器である、請求項３に記載の光源回路。
  5. 　前記動的位相制御機構は、マイクロヒーターである、請求項３に記載の光源回路。
  6. 　複数段の光分岐部が前記基板上に形成されている、請求項１から請求項５の何れか一項に記載の光源回路。
  7. 　一つの入力側光導波路を少なくとも第一の出力側光導波路、第二の出力側光導波路、第三の出力側光導波路及び第四の出力側光導波路としてこの順に分岐させる光分岐部が少なくとも一つ基板上に形成されており、半導体レーザ光源から入射された光を複数の光デバイスに伝送する光源回路であって、
    　前記光分岐部から次段の光分岐部又は光デバイスまで第一ないし第四の出力側光導波路が延びており、かつ第一及び第四の出力側光導波路と第二及び第三の出力側光導波路はそれぞれ対をなしており、前記光分岐部の各対の一方の出力側光導波路の光路長と前記光分岐部の各対の他方の出力側光導波路の光路長との差の絶対値が、前記光源回路を伝送される光の波長の（１／４＋ｉ／２）倍（ｉは、０又は正の整数）になるように選定されていることを特徴とする光源回路。
  8. 　前記光分岐部は全ての出力側光導波路に均等に光を分配する、請求項１から請求項７の何れか一項に記載の光源回路。
  9. 　前記光分岐部の前記入力側光導波路の前段に、方向性結合器又は２×２多モード干渉導波路が設けられている、請求項１から請求項８の何れか一項に記載の光源回路。
  10. 　前記方向性結合器又は前記２×２多モード干渉導波路の第一の出力側光導波路から次段の光分岐部までの光路長ＬＡと前記方向性結合器又は前記２×２多モード干渉導波路の第二の出力側光導波路から次段の光分岐部までの光路長ＬＢとは、光路長ＬＡと光路長ＬＢの差の絶対値が、前記光源回路を伝送される光の波長のｉ／２倍（ｉは、０又は正の整数）になるように選定されていることを特徴とする請求項９に記載の光源回路。
  11. 　前記方向性結合器又は前記２×２多モード干渉導波路の一方の入力側光導波路に、光モニターが接続されている、請求項９又は請求項１０に記載の光源回路。
  12. 　前記光分岐部は１×Ｎ多モード干渉導波路又は１×ＮＹ分岐光導波路（Ｎは２以上の正の整数）からなる、請求項１から請求項１１の何れか一項に記載の光源回路。
  13. 　前記基板はシリコン基板又はＳＯＩ基板である、請求項１から請求項１２の何れか一項に記載の光源回路。
  14. 　半導体レーザ光源と、該半導体レーザ光源と接続されている請求項１から請求項１３の何れか一項に記載の光源回路とを備えたことを特徴とする光源装置。
  15. 　前記半導体レーザ光源は、化合物半導体レーザダイオード又は化合物半導体レーザダイオードアレイからなる、請求項１４に記載の光源装置。
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