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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023043949
(43)【公開日】2023-03-30
(54)【発明の名称】光フィルタおよび波長可変レーザ素子
(51)【国際特許分類】
G02B 6/12 20060101AFI20230323BHJP
H01S 5/14 20060101ALI20230323BHJP
H01S 5/323 20060101ALI20230323BHJP
【ＦＩ】
G02B6/12 341
H01S5/14
H01S5/323
G02B6/12 331
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021151713
(22)【出願日】2021-09-17
(71)【出願人】
【識別番号】000002130
【氏名又は名称】住友電気工業株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】504173471
【氏名又は名称】国立大学法人北海道大学
(74)【代理人】
【識別番号】100087480
【弁理士】
【氏名又は名称】片山 修平
(72)【発明者】
【氏名】平谷 拓生
(72)【発明者】
【氏名】藤原 直樹
(72)【発明者】
【氏名】齊藤 晋聖
(72)【発明者】
【氏名】藤澤 剛
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 孝憲
【テーマコード（参考）】
2H147
5F173
【Ｆターム（参考）】
2H147AB04
2H147AB11
2H147AB16
2H147AB17
2H147AC02
2H147AC05
2H147BA06
2H147BD02
2H147BD07
2H147BD08
2H147BE15
2H147BE22
2H147CB03
2H147CD02
2H147EA12A
2H147EA12B
2H147EA12C
2H147EA13A
2H147EA13C
2H147EA14B
5F173AA08
5F173AB44
5F173AD15
5F173AF54
5F173AF56
5F173AH06
5F173AK22
5F173AR06
(57)【要約】 （修正有）
【課題】特性をモニタすることが可能な光フィルタおよび波長可変レーザ素子を提供する。
【解決手段】第１ループミラー２０と、第２ループミラー２５と、第１ループミラーおよび第２ループミラーと光学的に結合する第１導波路１２と、第１ループミラーおよび第２ループミラーと光学的に結合する第２導波路１４と、第１導波路と光学的に結合する第１アクセス導波路１０と、第２導波路と光学的に結合する第２アクセス導波路１６と、出力部３０と、を具備し、第１ループミラーは、第１ループ導波路２２と第１合分波器２４とを有し、第２ループミラーは、第２ループ導波路２６と第２合分波器２８とを有し、出力部は、第３ループ導波路３２と、第３合分波器３１と、第３導波路３６と、第４導波路３８とを有し、第３ループ導波路は、第２ループ導波路および第３合分波器と光学的に結合し、第３導波路および第４導波路は、第３合分波器と光学的に結合する光フィルタ。
【選択図】図１
【解決手段】第１ループミラー２０と、第２ループミラー２５と、第１ループミラーおよび第２ループミラーと光学的に結合する第１導波路１２と、第１ループミラーおよび第２ループミラーと光学的に結合する第２導波路１４と、第１導波路と光学的に結合する第１アクセス導波路１０と、第２導波路と光学的に結合する第２アクセス導波路１６と、出力部３０と、を具備し、第１ループミラーは、第１ループ導波路２２と第１合分波器２４とを有し、第２ループミラーは、第２ループ導波路２６と第２合分波器２８とを有し、出力部は、第３ループ導波路３２と、第３合分波器３１と、第３導波路３６と、第４導波路３８とを有し、第３ループ導波路は、第２ループ導波路および第３合分波器と光学的に結合し、第３導波路および第４導波路は、第３合分波器と光学的に結合する光フィルタ。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１ループミラーと、
第２ループミラーと、
前記第１ループミラーおよび前記第２ループミラーと光学的に結合する第１導波路と、
前記第１ループミラーおよび前記第２ループミラーと光学的に結合する第２導波路と、
前記第１導波路と光学的に結合する第１アクセス導波路と、
前記第２導波路と光学的に結合する第２アクセス導波路と、
出力部と、を具備し、
前記第１ループミラーは、第１ループ導波路と第１合分波器とを有し、
前記第２ループミラーは、第２ループ導波路と第２合分波器とを有し、
前記第１ループ導波路は、前記第１合分波器と光学的に結合し、
前記第２ループ導波路は、前記第２合分波器と光学的に結合し、
前記第１導波路は、前記第１合分波器および前記第２合分波器と光学的に結合し、
前記第２導波路は、前記第１合分波器および前記第２合分波器と光学的に結合し、
前記出力部は、第３ループ導波路と、第３合分波器と、第３導波路と、第４導波路とを有し、
前記第３ループ導波路は、前記第２ループ導波路および前記第３合分波器と光学的に結合し、
前記第３導波路および前記第４導波路は、前記第３合分波器と光学的に結合する光フィルタ。
第２ループミラーと、
前記第１ループミラーおよび前記第２ループミラーと光学的に結合する第１導波路と、
前記第１ループミラーおよび前記第２ループミラーと光学的に結合する第２導波路と、
前記第１導波路と光学的に結合する第１アクセス導波路と、
前記第２導波路と光学的に結合する第２アクセス導波路と、
出力部と、を具備し、
前記第１ループミラーは、第１ループ導波路と第１合分波器とを有し、
前記第２ループミラーは、第２ループ導波路と第２合分波器とを有し、
前記第１ループ導波路は、前記第１合分波器と光学的に結合し、
前記第２ループ導波路は、前記第２合分波器と光学的に結合し、
前記第１導波路は、前記第１合分波器および前記第２合分波器と光学的に結合し、
前記第２導波路は、前記第１合分波器および前記第２合分波器と光学的に結合し、
前記出力部は、第３ループ導波路と、第３合分波器と、第３導波路と、第４導波路とを有し、
前記第３ループ導波路は、前記第２ループ導波路および前記第３合分波器と光学的に結合し、
前記第３導波路および前記第４導波路は、前記第３合分波器と光学的に結合する光フィルタ。
【請求項2】
前記出力部は第４合分波器を有し、
前記第４合分波器は、前記第２ループ導波路および前記第３ループ導波路に光結合し、
前記第３合分波器から前記第４合分波器までにおける、前記第３ループ導波路の右回り方向の前記第３ループ導波路の光路長は、前記第３ループ導波路の左回り方向の前記第３ループ導波路の光路長に等しい、請求項１に記載の光フィルタ。
前記第４合分波器は、前記第２ループ導波路および前記第３ループ導波路に光結合し、
前記第３合分波器から前記第４合分波器までにおける、前記第３ループ導波路の右回り方向の前記第３ループ導波路の光路長は、前記第３ループ導波路の左回り方向の前記第３ループ導波路の光路長に等しい、請求項１に記載の光フィルタ。
【請求項3】
前記第２合分波器から前記第４合分波器までにおける、前記第２ループ導波路の右回り方向の前記第２ループ導波路の光路長は、前記第２ループ導波路の左回り方向の前記第２ループ導波路の光路長に等しい、請求項２に記載の光フィルタ。
【請求項4】
前記第１合分波器の形状は対称であり、前記第２合分波器の形状は対称であり、前記第３合分波器の形状は対称であり、前記第１導波路の形状と前記第２導波路の形状とは対称である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光フィルタ。
【請求項5】
前記第１導波路、前記第２導波路、前記第３導波路、前記第４導波路、前記第１ループ導波路、前記第２ループ導波路、前記第３ループ導波路、前記第１アクセス導波路、および前記第２アクセス導波路は、シリコンで形成されている請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光フィルタ。
【請求項6】
前記第１ループ導波路および前記第２ループ導波路のうち少なくとも一方に設けられ、前記第１ループ導波路および前記第２ループ導波路のうち前記少なくとも一方を伝搬する光の位相を調整する、位相調整部を具備する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光フィルタ。
【請求項7】
光学利得を有する利得部と、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光フィルタと、
光を反射する反射部と、を具備し、
前記利得部は、前記光フィルタと前記反射部との間に位置し、前記光フィルタの第１アクセス導波路に光学的に結合する波長可変レーザ素子。
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光フィルタと、
光を反射する反射部と、を具備し、
前記利得部は、前記光フィルタと前記反射部との間に位置し、前記光フィルタの第１アクセス導波路に光学的に結合する波長可変レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は光フィルタおよび波長可変レーザ素子に関するものである。
【背景技術】
【0002】
利得部と、光を反射するフィルタとを有する波長可変レーザ素子が知られている。利得部から出射される光をフィルタで反射することで、レーザ発振させる。２つのリング共振器でフィルタを形成する技術がある（例えば非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【非特許文献1】“Ｈｉｇｈ－Ｐｏｗｅｒ，Ｎａｒｒｏｗ－Ｌｉｎｅｗｉｄｔｈ，Ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｌａｓｅｒ Ｗｉｔｈ Ａｃｃｕｒａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ” Ｙ．Ｇａｏ ｅｔ． ａｌ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．３８， Ｎｏ．２， Ｊａｎｕａｒｙ １５，２０２０ ｐ２６５－２７１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
フィルタの特性をモニタできない場合、フィルタの特性を正確に制御することが困難であり、発振波長も不安定になってしまう。そこで、特性をモニタすることが可能な光フィルタおよび波長可変レーザ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示に係る光フィルタは、第１ループミラーと、第２ループミラーと、前記第１ループミラーおよび前記第２ループミラーと光学的に結合する第１導波路と、前記第１ループミラーおよび前記第２ループミラーと光学的に結合する第２導波路と、前記第１導波路と光学的に結合する第１アクセス導波路と、前記第２導波路と光学的に結合する第２アクセス導波路と、出力部と、を具備し、前記第１ループミラーは、第１ループ導波路と第１合分波器とを有し、前記第２ループミラーは、第２ループ導波路と第２合分波器とを有し、前記第１ループ導波路は、前記第１合分波器と光学的に結合し、前記第２ループ導波路は、前記第２合分波器と光学的に結合し、前記第１導波路は、前記第１合分波器および前記第２合分波器と光学的に結合し、前記第２導波路は、前記第１合分波器および前記第２合分波器と光学的に結合し、前記出力部は、第３ループ導波路と、第３合分波器と、第３導波路と、第４導波路とを有し、前記第３ループ導波路は、前記第２ループ導波路および前記第３合分波器と光学的に結合し、前記第３導波路および前記第４導波路は、前記第３合分波器と光学的に結合する。
【0006】
本開示に係る波長可変レーザ素子は、光学利得を有する利得部と、上記の光フィルタと、光を反射する反射部と、を具備し、前記利得部は、前記光フィルタと前記反射部との間に位置し、前記光フィルタの第１アクセス導波路に光学的に結合する。
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、特性をモニタすることが可能な光フィルタおよび波長可変レーザ素子を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
【0010】
本開示の一形態は、（１）第１ループミラーと、第２ループミラーと、前記第１ループミラーおよび前記第２ループミラーと光学的に結合する第１導波路と、前記第１ループミラーおよび前記第２ループミラーと光学的に結合する第２導波路と、前記第１導波路と光学的に結合する第１アクセス導波路と、前記第２導波路と光学的に結合する第２アクセス導波路と、出力部と、を具備し、前記第１ループミラーは、第１ループ導波路と第１合分波器とを有し、前記第２ループミラーは、第２ループ導波路と第２合分波器とを有し、前記第１ループ導波路は、前記第１合分波器と光学的に結合し、前記第２ループ導波路は、前記第２合分波器と光学的に結合し、前記第１導波路は、前記第１合分波器および前記第２合分波器と光学的に結合し、前記第２導波路は、前記第１合分波器および前記第２合分波器と光学的に結合し、前記出力部は、第３ループ導波路と、第３合分波器と、第３導波路と、第４導波路とを有し、前記第３ループ導波路は、前記第２ループ導波路および前記第３合分波器と光学的に結合し、前記第３導波路および前記第４導波路は、前記第３合分波器と光学的に結合する光フィルタである。第１アクセス導波路および第２アクセス導波路に光を入射すると、第１ループミラーおよび第２ループミラーに共振モードが励振される。共振波長を有する光は、第２ループ導波路から出力部の第３ループ導波路に乗り移る。第３ループ導波路を伝搬する光は、第３導波路および第４導波路から出射される。第３導波路および第４導波路から出射される光は、共振波長で高い強度を有する。出射光を用いて、光フィルタの特性をモニタすることができる。
（２）前記出力部は第４合分波器を有し、前記第４合分波器は、前記第２ループ導波路および前記第３ループ導波路に光結合し、前記第３合分波器から前記第４合分波器までにおける、前記第３ループ導波路の右回り方向の前記第３ループ導波路の光路長は、前記第３ループ導波路の左回り方向の前記第３ループ導波路の光路長に等しくてもよい。第３ループ導波路を伝搬する光の位相が整合する。２つの共振モードのうち１つを第３導波路から出射し、もう１つを第４導波路から出射することができる。
（３）前記第２合分波器から前記第４合分波器までにおける、前記第２ループ導波路の右回り方向の前記第２ループ導波路の光路長は、前記第２ループ導波路の左回り方向の前記第２ループ導波路の光路長に等しくてもよい。第３ループ導波路を伝搬する光の位相が整合する。２つの共振モードのうち１つを第３導波路から出射し、もう１つを第４導波路から出射することができる。
（４）前記第１合分波器の形状は対称であり、前記第２合分波器の形状は対称であり、前記第３合分波器の形状は対称であり、前記第１導波路の形状と前記第２導波路の形状とは対称でもよい。２つの共振モードの共振波長は互いに等しい。２つの共振モードのＦＳＲは互いに等しい。２つの共振モードのうち１つの共振波長およびＦＳＲを測定することで、光フィルタの特性をモニタすることができる。
（５）前記第１導波路、前記第２導波路、前記第３導波路、前記第４導波路、前記第１ループ導波路、前記第２ループ導波路、前記第３ループ導波路、前記第１アクセス導波路、および前記第２アクセス導波路は、シリコンで形成されてもよい。光の損失を抑制することができる。
（６）前記第１ループ導波路および前記第２ループ導波路のうち少なくとも一方に設けられ、前記第１ループ導波路および前記第２ループ導波路のうち前記少なくとも一方を伝搬する光の位相を調整する、位相調整部を具備してもよい。光の位相を調整することで、光の波長を変化させることができる。
（７）光学利得を有する利得部と、上記の光フィルタと、光を反射する反射部と、を具備し、前記利得部は、前記光フィルタと前記反射部との間に位置し、前記光フィルタの第１アクセス導波路に光学的に結合する波長可変レーザ素子である。利得部の出射光は、光フィルタおよび反射部で反射される。波長可変レーザ素子がレーザ発振する。レーザ光の一部は、出力部に乗り移り、出力部の第３導波路から出射される。出力部の第４導波路から出射される光を用いて、光フィルタの特性をモニタすることができる。レーザ光の発振波長を制御することができる。
（２）前記出力部は第４合分波器を有し、前記第４合分波器は、前記第２ループ導波路および前記第３ループ導波路に光結合し、前記第３合分波器から前記第４合分波器までにおける、前記第３ループ導波路の右回り方向の前記第３ループ導波路の光路長は、前記第３ループ導波路の左回り方向の前記第３ループ導波路の光路長に等しくてもよい。第３ループ導波路を伝搬する光の位相が整合する。２つの共振モードのうち１つを第３導波路から出射し、もう１つを第４導波路から出射することができる。
（３）前記第２合分波器から前記第４合分波器までにおける、前記第２ループ導波路の右回り方向の前記第２ループ導波路の光路長は、前記第２ループ導波路の左回り方向の前記第２ループ導波路の光路長に等しくてもよい。第３ループ導波路を伝搬する光の位相が整合する。２つの共振モードのうち１つを第３導波路から出射し、もう１つを第４導波路から出射することができる。
（４）前記第１合分波器の形状は対称であり、前記第２合分波器の形状は対称であり、前記第３合分波器の形状は対称であり、前記第１導波路の形状と前記第２導波路の形状とは対称でもよい。２つの共振モードの共振波長は互いに等しい。２つの共振モードのＦＳＲは互いに等しい。２つの共振モードのうち１つの共振波長およびＦＳＲを測定することで、光フィルタの特性をモニタすることができる。
（５）前記第１導波路、前記第２導波路、前記第３導波路、前記第４導波路、前記第１ループ導波路、前記第２ループ導波路、前記第３ループ導波路、前記第１アクセス導波路、および前記第２アクセス導波路は、シリコンで形成されてもよい。光の損失を抑制することができる。
（６）前記第１ループ導波路および前記第２ループ導波路のうち少なくとも一方に設けられ、前記第１ループ導波路および前記第２ループ導波路のうち前記少なくとも一方を伝搬する光の位相を調整する、位相調整部を具備してもよい。光の位相を調整することで、光の波長を変化させることができる。
（７）光学利得を有する利得部と、上記の光フィルタと、光を反射する反射部と、を具備し、前記利得部は、前記光フィルタと前記反射部との間に位置し、前記光フィルタの第１アクセス導波路に光学的に結合する波長可変レーザ素子である。利得部の出射光は、光フィルタおよび反射部で反射される。波長可変レーザ素子がレーザ発振する。レーザ光の一部は、出力部に乗り移り、出力部の第３導波路から出射される。出力部の第４導波路から出射される光を用いて、光フィルタの特性をモニタすることができる。レーザ光の発振波長を制御することができる。
【0011】
［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態に係る光フィルタおよび波長可変レーザ素子の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本開示の実施形態に係る光フィルタおよび波長可変レーザ素子の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0012】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る光フィルタ１００を例示する平面図である。図１に示すように、光フィルタ１００は、アクセス導波路１０（第１アクセス導波路）、導波路１２（第１導波路）、導波路１４（第２導波路）、アクセス導波路１６（第２アクセス導波路）、ループミラー２０（第１ループミラー）、ループミラー２５（第２ループミラー）、および出力部３０を備える。
図１は、第１実施形態に係る光フィルタ１００を例示する平面図である。図１に示すように、光フィルタ１００は、アクセス導波路１０（第１アクセス導波路）、導波路１２（第１導波路）、導波路１４（第２導波路）、アクセス導波路１６（第２アクセス導波路）、ループミラー２０（第１ループミラー）、ループミラー２５（第２ループミラー）、および出力部３０を備える。
【0013】
アクセス導波路１０および１６、導波路１２および１４、ループミラー２０および２５、ならびに出力部３０は、基板４０に形成されている。基板４０の上面は、ＸＹ平面に広がる。基板４０の２つの辺は、Ｘ軸方向に延伸する。基板４０の２つの辺は、Ｙ軸方向に延伸する。Ｘ軸方向はＹ軸方向に直交する。Ｚ軸方向は、基板４０の厚さ方向であり、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に直交する。基板４０のＸ軸方向の１つの端部を端部４０ａとし、もう１つの端部を端部４０ｂとする。
【0014】
Ｘ軸方向において、ループミラー２０とループミラー２５とが並ぶ。ループミラー２０は、基板４０の端部４０ａ側に位置する。ループミラー２５は、端部４０ｂ側に位置する。
【0015】
ループミラー２０は、ループ導波路２２（第１ループ導波路）と合分波器２４（第１合分波器）とを有する。ループミラー２５は、ループ導波路２６（第２ループ導波路）と合分波器２８（第２合分波器）とを有する。ループ導波路２２および２６は、それぞれループ状の光導波路である。ループミラー２０は、合分波器２４の入力端に光が入力されると、合分波器２４の入力端に光を反射する反射構造である。ループミラー２５は、合分波器２８の入力端に光が入力されると、合分波器２８の入力端に光を反射する反射構造である。
【0016】
合分波器２４および２８は、例えば３ｄＢカプラである。図１の例における合分波器２４および２８は、方向性結合器である。方向性結合器においては、２つの光導波路が、伝搬する光の波長程度の距離まで近づいている。合分波器２４および２８それぞれの電力結合係数は、０．５である。合分波器として、方向性結合器以外に２入力２出力（２×２）多モード干渉導波路（ＭＭＩ：Ｍｕｌｔｉ Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ、マルチモードインターフェレンス）を用いてもよい。ループ導波路２２は合分波器２４と光学的に結合する。ループ導波路２６は合分波器２８と光学的に結合する。
【0017】
導波路１２および１４は、Ｘ軸方向に延伸し、ループミラー２０とループミラー２５との間に位置し、ループミラー２０とループミラー２５とに接続されている。導波路１２と導波路１４とが並ぶＹ軸方向において、導波路１２と導波路１４とは対称である。言い換えれば、導波路１４をＸ軸に関して折り返すと、導波路１２に重なる。
【0018】
導波路１２および１４のそれぞれは、合分波器２４および２８に近づくように湾曲し、合分波器２４および２８に光学的に結合する。より詳細には、導波路１２の第１の端部は、合分波器２４と光学的に結合する。導波路１２の第２の端部は、合分波器２８と合学的に結合する。導波路１４の第１の端部は、合分波器２４と光学的に結合する。導波路１４の第２の端部は、合分波器２８と合学的に結合する。２つのループミラー２０および２５と、導波路１２とは、共振器１１を形成する。２つのループミラー２０および２５、導波路１４とは、共振器１３を形成する。光フィルタ１００の光導波路の構成の例は、第２実施形態で説明する。
【0019】
Ｙ軸方向に沿って、アクセス導波路１０、導波路１２、導波路１４、およびアクセス導波路１６がこの順に並ぶ。アクセス導波路１０は、Ｘ軸方向に延伸し、かつ導波路１２に近づくように湾曲する。アクセス導波路１０は、導波路１２から例えば数百ｎｍの距離をあけて離間し、導波路１２に光学的に結合する。アクセス導波路１６は、Ｘ軸方向に延伸し、かつ導波路１４に近づくように湾曲する。アクセス導波路１６は、導波路１４から例えば数百ｎｍの距離をあけて離間し、導波路１４に光学的に結合する。
【0020】
アクセス導波路１０の端部１０ａおよびアクセス導波路１６の端部１６ａは、基板４０の端部４０ａに位置する。アクセス導波路１０のもう１つの端部１０ｂおよびアクセス導波路１６のもう１つの端部１６ｂは、基板４０の端部４０ｂに位置する。
【0021】
出力部３０は、ループミラー２５のループ導波路２６と、基板４０の端部４０ｂとの間に位置する。出力部３０は、合分波器３１（第３合分波器）、ループ導波路３２（第３ループ導波路）、合分波器３４（第４合分波器）、導波路３６（第３導波路）、および導波路３８（第４導波路）を有する。合分波器３１は例えば方向性結合器であり、所望の取り出し効率に応じて電力結合効率が任意に決められる。合分波器３４は３ｄＢカプラであり、例えば方向性結合器である。合分波器３４の電力結合係数は、０．５である。
【0022】
ループ導波路３２は、ループ状の光導波路であり、ループ導波路２６の隣に位置し、ループ導波路２６と光学的に結合する。より詳細には、ループ導波路３２とループ導波路２６とが、光の波長程度まで近づくことで、方向性結合器（合分波器３１）が形成される。ループ導波路３２は合分波器３４と光学的に結合する。
【0023】
Ｙ軸方向に沿って、導波路３６と導波路３８とが並ぶ。導波路３６および３８は、ループ導波路３２と基板４０の端部４０ｂとの間に位置し、合分波器３４と光学的に結合する。導波路３６および３８は、合分波器３４から端部４０ｂに向けて、Ｘ軸方向に延伸する。導波路３６の端部３６ａ、および導波路３８の端部３８ａは、端部４０ｂに位置する。出力部３０は、ループミラー２０のループ導波路２２と光学的に結合してもよい。
【0024】
アクセス導波路１０の端部１０ａおよび１０ｂのうち一方（例えば端部１０ａ）、ならびにアクセス導波路１６の端部１６ａおよび１６ｂのうち一方（例えば端部１６ａ）を、光フィルタ１００の入射ポートとする。導波路３６の端部３６ａおよび導波路３８の端部３８ａを、光フィルタ１００の出射ポートとする。
【0025】
光フィルタ１００の外部に配置した不図示の光源から、図１に矢印Ａ１で示すように、端部１０ａを通じてアクセス導波路１０に光を入射すると、共振器１１に共振モードが励振される。共振波長を有する光は、ループ導波路２６から出力部３０のループ導波路３２に乗り移り、導波路３６を伝搬し、矢印Ａ７で示すように端部３６ａから光フィルタ１００の外部に出射される。矢印Ａ４で示すように端部１６ａを通じてアクセス導波路１６に光を入射すると、共振器１３に共振モードが励振される。共振波長を有する光は、ループ導波路２６から出力部３０のループ導波路３２に乗り移り、導波路３８を伝搬し、矢印Ａ８で示すように端部３８ａから光フィルタ１００の外部に出射される。
【0026】
より詳細には、端部１０ａから入射された光は、アクセス導波路１０を伝搬し、アクセス導波路１０から導波路１２に乗り移る。導波路１２を伝搬する光は、合分波器２４および２８に入力される。導波路１２から合分波器２４を通じて、ループ導波路２２の両端に光が分配される。分配される光の強度は１：１であり、位相は互いにπ／２ずれる。ループ導波路２２を右回りに伝搬する光に対して、左回りに伝搬する光の位相はπ／２遅延する。
【0027】
ループ導波路２２を左回りに伝搬する光は、合分波器２４を通じて、位相の変化なしで導波路１２に分配され、かつπ／２の位相の遅延を伴って導波路１４に分配される。ループ導波路２２を右回りに伝搬する光は、合分波器２４を通じて、π／２の位相の遅延を伴って導波路１２に分配され、かつ位相の変化なしで導波路１４に分配される。ループ導波路２２を右回りに伝搬して導波路１４に入力される光と、ループ導波路２２を左回りに伝搬して導波路１４に入力される光とは、互いに逆位相であり、打ち消しあう。一方、ループ導波路２２を左回りに伝搬して導波路１２に入力される光と、ループ導波路２２を右回りに伝搬して導波路１２に入力される光とは、互いに同位相であり、打ち消しあわずに合波される。
【0028】
導波路１２から合分波器２８を通じて、ループ導波路２６の両端に光が分配される。ループ導波路２６を右回りに伝搬して導波路１４に入力される光と、ループ導波路２６を左回りに伝搬して導波路１４に入力される光とは、互いに逆位相であり、打ち消しあう。一方、ループ導波路２６を左回りに伝搬して導波路１２に入力される光と、ループ導波路２６を右回りに伝搬して導波路１２に入力される光とは、互いに同位相であり、合波される。
【0029】
アクセス導波路１０から導波路１２に光が乗り移ることで、共振器１１に共振モードが発生する。共振器１１の共振波長は、２つのループミラー２０および２５を一周したときの光の位相の変化が２πｎ（ｎは整数）になる波長である。共振波長を有する光は、導波路１２からアクセス導波路１０に乗り移り、図１に矢印Ａ２で示すようにアクセス導波路１０の端部１０ａに向けて反射される。共振波長以外の波長を有する光は、図１に矢印Ａ３で示すように、アクセス導波路１０の端部１０ｂから出射される。共振波長を有する光の一部は、合分波器３１を通じて、ループ導波路２６から出力部３０のループ導波路３２に乗り移る。
【0030】
ループ導波路２６を左回りに伝搬する光は、合分波器３１を通じて、π／２の位相の遅延を伴ってループ導波路３２に乗り移り、ループ導波路３２を右回りに伝搬する。ループ導波路２６を右回りに伝搬する光は、合分波器３１を通じて、π／２の位相の遅延を伴ってループ導波路３２に乗り移り、ループ導波路３２を左回りに伝搬する。合分波器３１における光の強度の分配比は、例えば１：１である。
【0031】
ループ導波路３２を伝搬する光は、合分波器３４を通じて導波路３６および３８に分配される。ループ導波路３２を右回りに伝搬する光は、位相の変化なしで導波路３８に入力され、π／２の位相の変化を伴い導波路３６に入力される。ループ導波路３２を左回りに伝搬する光は、π／２の位相の変化を伴い導波路３８に入力され、位相の変化なしで導波路３６に入力される。ループ導波路３２を右回りに伝搬して導波路３８に入力される光と、ループ導波路３２を左回りに伝搬して導波路３８に入力される光とは、互いに逆位相であり、打ち消しあう。一方、ループ導波路３２を左回りに伝搬して導波路３６に入力される光と、ループ導波路３２を右回りに伝搬して導波路３６に入力される光とは、互いに同位相であり、合波される。
【0032】
アクセス導波路１０に光を入力することで、共振器１１に共振モードを励振することができる。共振器１１の共振モードは、導波路１４には伝搬せず、導波路１２を伝搬し、アクセス導波路１０に反射される。共振モードの一部は、出力部３０に乗り移る。共振モードは、導波路３８では打ち消され、導波路３６を伝搬し、導波路３６の端部３６ａから光フィルタ１００の外部に出射される。
【0033】
矢印Ａ４で示すように、アクセス導波路１６に光を入射することで、共振器１３に共振モードが励振される。共振器１３の共振モードは、導波路１２には伝搬せず、導波路１４を伝搬し、矢印Ａ５で示すようにアクセス導波路１６に反射される。共振波長以外の波長を有する光は、矢印Ａ６で示すように、アクセス導波路１６を透過する。共振モードの一部は、出力部３０のループ導波路３２に乗り移る。共振モードは、導波路３６では打ち消され、導波路３８を伝搬し、矢印Ａ８で示すように導波路３８の端部３８ａから光フィルタ１００の外部に出射される。
【0034】
共振器１１の共振モードが、導波路３８では打ち消され、導波路３６を伝搬する。共振器１３の共振モードが、導波路３６では打ち消され、導波路３８を伝搬する。上記の光の伝搬を可能とするために、合分波器の間における光路長が等しければよい。合分波器２８から合分波器３１まで、ループ導波路２６を右回りする方向におけるループ導波路２６の光路長は、合分波器２８から合分波器３１まで左回りする方向におけるループ導波路２６の光路長に等しい。言い換えれば、合分波器２８と合分波器３１とによって、ループ導波路２６は二等分される。合分波器３１から合分波器３４まで、ループ導波路３２を右回りする方向におけるループ導波路３２の光路長は、合分波器３１から合分波器３４まで左回りする方向におけるループ導波路３２の光路長に等しい。言い換えれば、合分波器３１と合分波器３４とによって、ループ導波路３２は二等分される。
【0035】
Ｘ軸に関して、合分波器２４の形状が対称であり、合分波器２８の形状が対称であり、導波路１２と導波路１４とが対称である。この場合、共振器１１の共振波長と共振器１３の共振波長とは、原理的に一致する。共振器１１のＦＳＲ（Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ、共振周波数間隔）と共振器１３のＦＳＲとは、原理的に一致する。共振器１１の共振モードおよび共振器１３の共振モードのうち、一方の共振波長およびＦＳＲがわかれば、もう一方の共振波長およびＦＳＲもわかる。合分波器２４の形状は、合分波器２４自身の中心に関して点対称でもよい。合分波器２８の形状は、合分波器２８自身の中心に関して点対称でもよい。
【0036】
（特性）
図２Ａおよび図２Ｂは、光フィルタ１００の特性を例示する図である。図２Ａの縦軸は、反射率を表す。反射率は、アクセス導波路１０への入射光の強度と反射光の強度とに基づいて取得される。図２Ｂの縦軸は、透過率を表す。透過率は、アクセス導波路１０への入射光の強度と透過光の強度とに基づいて取得される。図２Ａおよび図２Ｂの横軸は、光の波長を表す。図２Ａおよび図２Ｂにおける複数の線は、結合係数κの異なる例を表す。太い実線は、κ＝０．１の例である。点線は、κ＝０．３の例である。破線は、κ＝０．５の例である。一点鎖線は、κ＝０．７の例である。細い実線は、κ＝０．９の例である。
図２Ａおよび図２Ｂは、光フィルタ１００の特性を例示する図である。図２Ａの縦軸は、反射率を表す。反射率は、アクセス導波路１０への入射光の強度と反射光の強度とに基づいて取得される。図２Ｂの縦軸は、透過率を表す。透過率は、アクセス導波路１０への入射光の強度と透過光の強度とに基づいて取得される。図２Ａおよび図２Ｂの横軸は、光の波長を表す。図２Ａおよび図２Ｂにおける複数の線は、結合係数κの異なる例を表す。太い実線は、κ＝０．１の例である。点線は、κ＝０．３の例である。破線は、κ＝０．５の例である。一点鎖線は、κ＝０．７の例である。細い実線は、κ＝０．９の例である。
【0037】
図２Ａに示すように、共振器１１の３つの共振波長において反射率は極大になる。図２Ｂに示すように、３つの共振波長において透過率は極小になる。反射率のピークおよび透過率のピークの幅は、アクセス導波路１０と導波路１２との結合係数κで決まる。結合係数が低いほど、反射率および透過率のピークは狭く、鋭くなる。結合係数が高いほど、ピークは広く、緩やかになる。
【0038】
アクセス導波路１０と導波路１２との結合係数は、アクセス導波路１０と導波路１２との距離に依存する。アクセス導波路１０と導波路１２との距離を小さくすると、アクセス導波路１０と導波路１２との結合係数が高くなり、共振器１１のＱ値は低くなる。反射率および透過率のピークは広くなる。アクセス導波路１０と導波路１２との距離を大きくすると、アクセス導波路１０と導波路１２との結合係数が低くなり、Ｑ値は高くなる。反射率および透過率のピークは狭くなる。
【0039】
アクセス導波路１６においても図２Ａと同様の反射特性および図２Ｂと同様の透過特性が得られる。アクセス導波路１６と導波路１４との結合係数は、アクセス導波路１０と導波路１２との結合係数に等しくてもよいし、アクセス導波路１０と導波路１２との結合係数より大きくてもよいし、小さくてもよい。
【0040】
先述のように、共振器１１の共振モードは、出力部３０に乗り移り、導波路３６を伝搬する。共振器１３の共振モードは、出力部３０に乗り移り、導波路３８を伝搬する。導波路３６を伝搬する光の強度、および導波路３８を伝搬する光の強度は、図２Ａと同様に共振波長でピークを示す。すなわち、出力部３０の導波路３６および３８から、共振波長の光を高い強度で取り出すことができる。
【0041】
第１実施形態によれば、光フィルタ１００は、アクセス導波路１０および１６、導波路１２および１４、ループミラー２０および２５、ならびに出力部３０を有する。導波路１２は、ループミラー２０および２５に光学的に結合し、共振器１１を形成する。導波路１４は、ループミラー２０および２５に光学的に結合し、共振器１３を形成する。
【0042】
アクセス導波路１０に入射された光が、導波路１２に乗り移り、共振器１１の共振モードが励振される。共振器１１を伝搬する光の一部は、ループミラー２５のループ導波路２６から出力部３０のループ導波路３２に乗り移り、導波路３６から出射される。アクセス導波路１６に入射された光が、導波路１４に乗り移り、共振器１３の共振モードが励振される。共振器１３を伝搬する光の一部は、ループ導波路２６から出力部３０のループ導波路３２に乗り移り、導波路３８から出射される。出力部３０から、共振波長の光を取り出すことが可能である。導波路３６および３８からの出射光を観測することで、光フィルタ１００の共振波長およびＦＳＲなどといった特性を、直接的にモニタすることができる。
【0043】
例えば、アクセス導波路１０および１６に入射する光の波長を変えながら、導波路３６および３８から出射される出射光を、フォトダイオードなどの受光素子で受光する。光の強度が極大になる波長が共振波長である。２つの共振波間の間隔（ＦＳＲ）も測定することができる。
【0044】
経時変化により光導波路の屈折率などが変わり、光フィルタ１００の特性が変化することがある。導波路３６および３８からの出射光を用いて、例えば共振波長のシフトなど、光フィルタ１００の特性の経時変化を直接モニタすることができる。
【0045】
アクセス導波路１０の端部１０ｂおよびアクセス導波路１６の端部１６ｂからも、光が出射される。端部１０ｂおよび１６ｂにおける出射光は、共振波長で消光しており、共振波長以外の波長で高い強度を有する。一方、導波路３６および３８からの出射光は、共振波長以外の波長に比べて、共振波長で高い強度を有する。導波路３６および３８からの出射光を検知することで、共振波長などの特性を直接に測定することができる。
【0046】
合分波器３１から合分波器３４まで、右回り方向に沿ったループ導波路３２の光路長は、左回り方向に沿ったループ導波路３２の光路長に等しい。言い換えれば、合分波器３１と合分波器３４とによって、ループ導波路３２は二等分される。ループ導波路３２を伝搬する光の位相が整合する。共振器１１の共振モードは、導波路３８では打ち消され、導波路３６を伝搬する。共振器１３の共振モードは、導波路３６では打ち消され、導波路３８を伝搬する。２つの共振器１１および１３の共振モードを、分離して取り出すことができる。導波路３６の出射光を用いて、共振器１１の共振波長およびＦＳＲをモニタすることができる。導波路３８の出射光を用いて、共振器１３の共振波長およびＦＳＲをモニタすることができる。
【0047】
合分波器２８から合分波器３１まで、右回り方向に沿ったループ導波路２６の光路長は、左回り方向に沿ったループ導波路２６の光路長に等しい。言い換えれば、合分波器２８と合分波器３１とによって、ループ導波路２６は二等分される。ループ導波路２６を伝搬する光の位相が整合する。ループ導波路２６および３２の光路長を、２つの合分波器の間で等しくすることで、ループ導波路２６および３２を伝搬する光の位相が整合する。共振器１１の共振モードは、導波路３８では打ち消され、導波路３６を伝搬する。共振器１３の共振モードは、導波路３６では打ち消され、導波路３８を伝搬する。２つの共振器１１および１３の共振モードを分離して、取り出すことができる。
【0048】
導波路１２と導波路１４とが並ぶＹ軸方向において、導波路１２の形状と導波路１４の形状とは対称である。合分波器２４の形状は対称である。合分波器２８の形状は対称である。共振器１１の共振モードの共振波長は、共振器１３の共振モードの共振波長に一致する。共振器１１の共振モードのＦＳＲは、共振器１３の共振モードのＦＳＲに一致する。例えば導波路３８からの出射光を用いて、共振器１３の共振モードの共振波長およびＦＳＲを測定することで、共振器１１の共振モードの共振波長およびＦＳＲもモニタすることができる。導波路３６からの出射光は、特性のモニタ以外の用途に用いることができる。合分波器２４の形状は、合分波器２４自身の中心に対して点対称でもよい。合分波器２８の形状は、合分波器２８自身の中心に対して点対称でもよい。
【0049】
図１におけるループ導波路３２の形状は、ループ導波路２６をＹ軸に関して折り返した形状である。ループ導波路３２の形状は、ループ導波路２６と異なってもよい。ループ導波路３２の光路長は、ループ導波路２２の光路長およびループ導波路２６の光路長に等しくてもよいし、異なってもよい。ループ導波路２２の光路長は、ループ導波路２６の光路長に等しくてもよいし、異なってもよい。光フィルタ１００の光導波路に、図４で後述する電極６０を設けてもよい。電極６０がヒータとして機能するため、共振波長を変えることができる。
【0050】
図３は、結合係数と光の取り出しの効率との関係を例示する図である。横軸は、ループ導波路２６とループ導波路３２との結合係数である。縦軸は、ループ導波路２６からループ導波路３２への光の取り出しの効率である。図３に示すように、取り出しの効率は、結合係数の二乗に比例して増加する。ループ導波路２６と出力部３０との結合係数は、ループ導波路２６とループ導波路３２との間の距離に依存する。ループ導波路２６とループ導波路３２との間の距離を調整することで、出力部３０のループ導波路３２に乗り移る光の強度を変えることができる。
【0051】
＜第２実施形態＞
図４は、第２実施形態に係る波長可変レーザ素子２００を例示する平面図である。波長可変レーザ素子２００は、光フィルタ１００、光フィルタ１１０、および利得部５０を有する。
図４は、第２実施形態に係る波長可変レーザ素子２００を例示する平面図である。波長可変レーザ素子２００は、光フィルタ１００、光フィルタ１１０、および利得部５０を有する。
【0052】
光フィルタ１００は、図１に示したものと同じ構成を有する。光フィルタ１１０は、光フィルタ１００から出力部３０を除いた構成を有する。光フィルタ１００および１１０は、基板４０に形成されている。利得部５０は、例えばＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体で形成された発光素子であり、基板４０の上面に接合されている。
【0053】
光フィルタ１００と光フィルタ１１０とは、アクセス導波路１０を共有する。アクセス導波路１０の端部１０ａは、基板４０の端部４０ａに位置する。アクセス導波路１０の端部１０ｂは、基板４０の端部４０ｂに位置する。
【0054】
光フィルタ１００のアクセス導波路１６－１の端部１６ａは、基板４０のＹ軸方向の端部４０ｃに位置する。アクセス導波路１６－１の端部１６ｂは、基板４０の端部４０ｂに位置する。光フィルタ１１０のアクセス導波路１６－２の端部１６ｃは、端部４０ｃに位置する。アクセス導波路１６－２の端部１６ｄは、端部４０ａに位置する。アクセス導波路１０の端部１０ａ、アクセス導波路１６－１の端部１６ａおよびアクセス導波路１６－２の端部１６ｃは、入射ポートとして機能する。導波路３６の端部３６ａおよび導波路３８の端部３８ａは、基板４０の端部４０ｂに位置し、出射ポートとして機能する。
【0055】
光フィルタ１００および１１０は、複数の電極６０を有する。電極６０は、光フィルタ１００および１１０それぞれのループ導波路２２および２６の上、アクセス導波路１０の上に設けられている。電極６０は金属で形成されており、ヒータとして機能し、電流が入力されることで発熱する。電極６０が発熱すると、光導波路の屈折率が変化し、光導波路を伝搬する光の位相が変化する。光の位相の変化により、共振波長を変えることができる。
【0056】
図５Ａは、図４の線Ａ－Ａに沿った断面図であり、アクセス導波路１０の断面を図示する。図５Ｂは、図４の線Ｂ－Ｂに沿った断面図であり、ループ導波路２２の断面を図示する。図５Ａおよび図５Ｂに示すように、基板４０は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ、シリコン・オン・インシュレータ）基板であり、基板４２、クラッド層４４（ボックス層）およびシリコン（Ｓｉ）層４６を有する。基板４２は、例えばＳｉで形成されている。クラッド層４４は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）などで形成されている。
【0057】
クラッド層４４は、基板４２の上面に積層されている。Ｓｉ層４６は、クラッド層４４の内部に埋め込まれており、基板４２の上面から離間している。Ｓｉ層４６と基板４２の上面との間の距離は、例えば３μｍである。Ｓｉ層４６は、テラス４５および導波路コア４８を含む。テラス４５は、ＸＹ平面内に広がる面である。導波路コア４８は、ＸＹ平面内でＳｉ層４６から離間する。導波路コア４８の厚さは、例えば０．２２μｍである。導波路コア４８の幅は、例えば０．４２μｍである。
【0058】
導波路コア４８とテラス４５との間には、溝４７が設けられている。溝４７は、導波路コア４８の両側に位置し、導波路コア４８と同じ方向に延伸する。溝４７の内側はＳｉＯ２で埋め込まれている。図５Ａから図５Ｃにおいて、溝４７はＳｉが設けられていない部分である。溝４７は、例えばＳｉ層４６のうちテラス４５よりも窪んだ部分でもよい。図５Ｂに示すように、電極６０は、クラッド層４４の上面に設けられ、Ｚ軸方向において導波路コア４８の上に位置する。
【0059】
波長可変レーザ素子２００の光導波路のうち、電極６０が設けられていない部分は、図５Ａと同じ構成を有する。波長可変レーザ素子２００の光導波路のうち、電極６０が設けられている部分は、図５Ｂと同じ構成を有する。
【0060】
図４に示すように、Ｘ軸方向において、利得部５０の片側に光フィルタ１００が位置し、反対側に光フィルタ１１０が位置する。利得部５０は、アクセス導波路１０の上に位置し、アクセス導波路１０と光学的に結合する。利得部５０の光フィルタ１１０側の端部および光フィルタ１００側の端部は、アクセス導波路１０の延伸方向（Ｘ軸方向）に沿って先細りのテーパ形状である。
【0061】
図５Ｃは、図４の線Ｃ－Ｃに沿った断面図であり、利得部５０の断面を図示する。基板４０のうち利得部５０が接合される部分では、クラッド層４４は基板４０とＳｉ層４６との間に設けられ、Ｓｉ層４６の上には設けられていない。
【0062】
利得部５０は、クラッド層５２および５６、活性層５４、およびコンタクト層５８を有する。クラッド層５２は、基板４０のＳｉ層４６に接合されている。クラッド層５２の下面と、Ｓｉ層４６の上面とは接触している。活性層５４、クラッド層５６およびコンタクト層５８は、クラッド層５２の上にこの順に積層され、メサ５１を形成する。メサ５１は、基板４０の導波路コア４８の上に位置する。メサ５１の外側にはクラッド層５２が広がる。
【0063】
クラッド層５２の上面、メサ５１の側面および上面は、絶縁膜５７に覆われている。絶縁膜５７は、クラッド層５２の上、およびメサ５１の上に開口部を有する。電極５３は、クラッド層５２の上に設けられ、絶縁膜５７の開口部を通じてクラッド層５２の上面に接触する。電極５５は、メサ５１の上に設けられ、絶縁膜５７の開口部を通じてコンタクト層５８の上面に接触する。
【0064】
クラッド層５２は、例えばｎ型のインジウムリン（ＩｎＰ）で形成されている。活性層５４は、例えばアルミニウムガリウムインジウム砒素（ＡｌＧａＩｎＡｓ）などで形成され、多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）を有する。クラッド層５６は、例えばｐ型のＩｎＰで形成されている。コンタクト層５８は、例えばｐ型のインジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）で形成されている。電極５３は、例えば金、ゲルマニウムおよびニッケルの積層体（Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉ）などの金属で形成されている。電極５５は、例えばチタン、白金、および金の積層体（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）などの金属で形成されている。
【0065】
光フィルタ１００の２つのループミラーの光路長の合計は、光フィルタ１１０の２つのループミラーの光路長の合計と異なる。光フィルタ１００のＦＳＲは、光フィルタ１１０のＦＳＲとは異なる。
【0066】
【0067】
図６Ａに示すように、光フィルタ１１０の反射率は、共振波長λ１、λ２およびλ３においてピークを示す。隣り合う２つの共振波長の間隔（ＦＳＲ）は、Δλ１である。図６Ｂに示すように、光フィルタ１００の反射率は、共振波長λ４、λ５およびλ６においてピークを示す。隣り合う２つの共振波長の間隔（ＦＳＲ）は、Δλ２であり、Δλ１より小さい。２つの光フィルタ１００および１１０によるバーニア効果を利用して、レーザ発振を行う。
【0068】
利得部５０は、光学利得を有している。電極５３および５５を用いて、メサ５１に電流を注入する。活性層５４は、キャリアが注入されることで、光を生成する。利得部５０の両端から光が出射される。利得部５０の第１の端部から出射される光は、アクセス導波路１０を伝搬して光フィルタ１１０に入力される。利得部５０の第２の端部から出射される光は、アクセス導波路１０を伝搬して光フィルタ１００に入力される。
【0069】
アクセス導波路１０から光フィルタ１１０に光が入力されることで、共振器１１の共振モードが励振される。共振波長を有する光が反射され、利得部５０に向けてアクセス導波路１０を伝搬する。光フィルタ１００からも、共振波長を有する光が反射され、利得部５０に向けてアクセス導波路１０を伝搬する。
【0070】
光フィルタ１００と光フィルタ１１０とで光が繰り返し反射されることで、波長可変レーザ素子２００がレーザ発振する。光フィルタ１００の共振波長と、光フィルタ１１０の共振波長とが一致する波長が、発振波長である。
【0071】
図６Ｃは、レーザ光の強度を例示する模式図である。横軸は、光の波長を表す。縦軸は、光の強度を表す。図６Ａの複数の共振波長のうち１つ（例えばλ２）と、図６Ｂの複数の共振波長のうち１つ（例えばλ５）とが一致すると、当該波長においてレーザ光が生じる。図６Ｃに示すように、波長λａ（＝λ２＝λ５）が発振波長になり、高い強度のレーザ光が発振する。
【0072】
レーザ光は、アクセス導波路１０を伝搬し、アクセス導波路１０から光フィルタ１００の導波路１２に乗り移り、ループミラー２０および２５を伝搬する。レーザ光の一部は、ループミラー２５のループ導波路２６からループ導波路３２に乗り移る。ループ導波路３２を伝搬するレーザ光は、導波路３８では打ち消される。一方、ループ導波路３２から導波路３６に乗り移るレーザ光は、導波路３６の端部３６ａから外部に出射される。
【0073】
波長可変レーザ素子２００の外部の光源から、図４に示す端部１６ａを通じて光フィルタ１００のアクセス導波路１６－１に光を入射し、端部１６ｃを通じて光フィルタ１１０のアクセス導波路１６－２に光を入射する。光フィルタ１００および１１０において、共振器１３の共振モードが励振される。共振波長を有する光は、光フィルタ１００で反射され、アクセス導波路１６－１を伝搬し、端部１６ａから外部に出射される。共振波長を有する光は、光フィルタ１１０で反射され、アクセス導波路１６－２を伝搬し、端部１６ｃから外部に出射される。共振波長以外の波長を有する光（透過光）は、アクセス導波路１６－１を伝搬し、端部１６ｂから外部に出射される。透過光は、アクセス導波路１６－２を伝搬し、端部１６ｄから外部に出射される。
【0074】
光フィルタ１００の共振器１３に発生する共振モードの一部は、出力部３０に乗り移り、導波路３６では打ち消され、導波路３８を伝搬し、導波路３８の端部３８ａから外部に出射される。
【0075】
第２実施形態によれば、利得部５０は２つの光フィルタ１００および１１０に光学的に結合する。利得部５０の出射光は、光フィルタ１００および１１０により反射される。光フィルタ１００のＦＳＲは光フィルタ１１０のＦＳＲとは異なる。光フィルタ１００および１１０のバーニア効果によりレーザ光を発振させる。レーザ光の一部は、光フィルタ１００の出力部３０に遷移し、導波路３６から出射される。アクセス導波路１６－１に光を入射すると、光フィルタ１００の共振器１３に共振モードが励振する。共振波長を有する光は、出力部３０に遷移し、導波路３８から出射される。
【0076】
導波路３６および３８から、波長可変レーザ素子２００の外部に光を取り出すことができる。導波路３６からは、レーザ光が出射される。導波路３６から出射されるレーザ光を、例えば光通信などに用いることができる。導波路３８からは、共振波長で高い強度を有する光が出射される。導波路３８の出射光は、光フィルタ１００の特性のモニタに用いる。導波路３６および３８からの光の取り出し量は、図３に示したようにループ導波路２６とループ導波路３２との結合係数に依存する。ループ導波路２６とループ導波路３２との距離を小さくすることで、結合係数を高め、出射光の強度を大きくすることができる。例えば、利得部５０側に反射する光の強度と、導波路３６から外部に出射する光の強度とが適切な大きさになるように、ループ導波路間の距離を定める。
【0077】
アクセス導波路１０の端部１０ａおよびアクセス導波路１６－２の端部１６ｄからも光が出射される。アクセス導波路１６－２からの出射光は、光フィルタ１１０の特性のモニタに用いることができる。出射光が消光する波長が、光フィルタ１１０の共振波長である。
【0078】
電極６０に電流を流すことで、光導波路の屈折率を変化させ、光の位相を調整する。位相の変化により、光フィルタ１００および１１０の共振波長を変化させる。すなわち、図６Ａおよび図６Ｂのスペクトルをシフトさせる。発振波長を、図６Ｃのλａから変化させることができる。以上のように、波長可変レーザ素子２００では、レーザ光の発振波長を変えることが可能である。
【0079】
電極６０は、光フィルタのループ導波路２２および２６に設けることが有効である。電極６０によりループ導波路を加熱することで、ループ導波路の屈折率を変え、光路長を変化させる。光路長の変化により、共振器１１および１３の共振波長を制御することができる。電極６０は、光フィルタのループ導波路２２および２６のうち少なくとも一方に設けられてもよい。電極６０は、図４に示した位置以外の位置に設けてもよい。光の位相を調整する構成は、電極６０以外でもよい。
【0080】
光フィルタ１００および１１０の光導波路は、Ｓｉの導波路コア４８を有する。導波路コア４８は、ＳｉＯ２のクラッド層４４に囲まれている。Ｓｉの屈折率は約３．５である。ＳｉＯ２の屈折率は約１．４である。クラッド層４４に比べて高い屈折率を有する導波路コア４８に、光を強く閉じ込めることができる。アクセス導波路、ループ導波路のように、屈曲した光導波路における光の損失が抑制される。
【0081】
利得部５０、光フィルタ１００および１１０を、化合物半導体基板にモノリシック集積してもよい。光導波路は、例えばＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を含むハイメサ構造とする。波長可変レーザ素子２００の光フィルタ１１０を、光を反射させる構成としてもよい。反射のための構成（反射部）として、例えば光フィルタ１１０以外のフィルタまたは反射鏡などを用いてもよい。利得部５０を光フィルタ１００と反射部との間に配置する。利得部５０の１つの端部からの出射光を光フィルタ１００で反射し、もう１つの端部からの出射光を反射部で反射することで、レーザ発振が可能である。光を取り出す側に光フィルタ１００を配置することで、高い強度の光を出射することができる。
【0082】
以上、本開示の実施形態について詳述したが、本開示は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【0083】
１０、１６、１６－１、１６－２ アクセス導波路
１０ａ、１０ｂ、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ 端部
１１、１３ 共振器
１２、１４、３６、３８ 導波路
２０、２５ ループミラー
２２、２６、３２ ループ導波路
２４、２８、３１ 合分波器
３０ 出力部
４０、４２ 基板
４４、５２、５６ クラッド層
４５ テラス
４７ 溝
４８ 導波路コア
５７ 絶縁膜
５０ 利得部
５１ メサ
５３、５５、６０ 電極
５４ 活性層
５８ コンタクト層
１００、１１０ 光フィルタ
２００ 波長可変レーザ素子
１０ａ、１０ｂ、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ 端部
１１、１３ 共振器
１２、１４、３６、３８ 導波路
２０、２５ ループミラー
２２、２６、３２ ループ導波路
２４、２８、３１ 合分波器
３０ 出力部
４０、４２ 基板
４４、５２、５６ クラッド層
４５ テラス
４７ 溝
４８ 導波路コア
５７ 絶縁膜
５０ 利得部
５１ メサ
５３、５５、６０ 電極
５４ 活性層
５８ コンタクト層
１００、１１０ 光フィルタ
２００ 波長可変レーザ素子
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6A】
【図6B】
【図6C】