特許 7302430 波長可変光源、これを用いた光伝送装置、及び波長可変光源の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-26

(45)【発行日】2023-07-04

(54)【発明の名称】波長可変光源、これを用いた光伝送装置、及び波長可変光源の制御方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/14 20060101AFI20230627BHJP

   H01S 3/08 20230101ALI20230627BHJP

   H04B 10/572 20130101ALI20230627BHJP

【ＦＩ】

H01S5/14

H01S3/08

H04B10/572

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019193560

(22)【出願日】2019-10-24

(65)【公開番号】P2021068823

(43)【公開日】2021-04-30

【審査請求日】2022-07-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000005223

【氏名又は名称】富士通株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】田中 信介

【審査官】淺見 一喜

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－１７１３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１７１７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－００５５３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１９９０５７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／０４２６５８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０

Ｈ０１Ｓ ３／００－３／３０

Ｈ０４Ｂ １０／５７２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の異なる波長でレーザ発振する波長可変光源において、
周期的な透過ピーク波長または反射ピーク波長を有し、複数のチャネルに共通に用いられる共通波長フィルタと、
前記共通波長フィルタに接続され、かつ複数の出力ポートを有する１入力多出力の構成を有する波長可変フィルタであって、前記複数の出力ポートにおいて、前記複数のチャネルに対応する複数の透過ピーク波長を有する波長可変フィルタと、
前記波長可変フィルタの前記複数の出力ポートに接続される複数の利得媒質と、
を有し、
前記共通波長フィルタと前記複数の利得媒質との間に前記複数の異なる波長でレーザ発振する複数のレーザ共振器が形成され、
前記複数のレーザ共振器の出力を一括して増幅する光増幅器と、
前記複数の利得媒質に接続される、多入力１出力の構成を有する第２の波長可変フィルタ、
を有し、前記光増幅器は、前記第２の波長可変フィルタの出力に接続されていることを特徴とする波長可変光源。

【請求項2】

複数の異なる波長でレーザ発振する波長可変光源において、
周期的な透過ピーク波長または反射ピーク波長を有し、複数のチャネルに共通に用いられる共通波長フィルタと、
前記共通波長フィルタに接続され、かつ複数の出力ポートを有する１入力多出力の構成を有する波長可変フィルタであって、前記複数の出力ポートにおいて、前記複数のチャネルに対応する複数の透過ピーク波長を有する波長可変フィルタと、
前記波長可変フィルタの前記複数の出力ポートに接続される複数の利得媒質と、
を有し、
前記共通波長フィルタと前記複数の利得媒質との間に前記複数の異なる波長でレーザ発振する複数のレーザ共振器が形成され、
前記複数のレーザ共振器の出力を一括して増幅する光増幅器、
を有し、
前記複数の利得媒質は、前記波長可変フィルタと反対側の面に高反射膜を有し、
前記共通波長フィルタと前記波長可変フィルタの間の出力タップに前記光増幅器が接続されていることを特徴とする波長可変光源。

【請求項3】

請求項１または２に記載の波長可変光源と、
前記波長可変光源の出力光を前記複数の異なる波長の各々に分波する分波器と、
分波された前記複数の異なる波長の光の各々を変調する光変調器アレイと、
前記光変調器アレイの出力光を合波する合波器と、
を有する光伝送装置。

【請求項4】

複数の異なる波長でレーザ発振する波長可変光源の制御方法において、前記波長可変光源は、共通波長フィルタと、前記共通波長フィルタに接続される１入力多出力の構成の波長可変フィルタと、前記波長可変フィルタの出力ポートに結合される複数の利得媒質を有し、
前記波長可変光源の複数のチャネルの中の１のチャネルを立ち上げた状態で、前記共通波長フィルタの周期的な透過ピーク波長または反射ピーク波長を、所望の波長間隔に調整し、
前記共通波長フィルタの調整の後に、前記波長可変フィルタの前記１のチャネルの透過ピーク波長と、残りのチャネルの少なくとも一部の透過ピーク波長を、前記共通波長フィルタの前記波長間隔に合わせて調整し、
その後に、すべてのチャネルの出力を一括して増幅して出力する、
ことを特徴とする波長可変光源の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、波長可変光源、これを用いた光伝送装置、及び、波長可変光源の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

通信容量を拡大するために、波長分割多重方式の光通信が行われている。とくに、狭い波長間隔で多数の波長を多重する高密度の波長分割多重（ＤＷＤＭ：Dense wavelength Division Multiplexing）では、５０ＧＨｚ間隔で数十波長以上の光信号を多重して送信する。通信容量をさらに増大するために、２５ＧＨｚの波長間隔のＤＷＤＭシステムも検討されている。これを実現するためには、厳密な波長間隔に沿って波長が可変（チューナブル）であり、かつ出力波長数が多い光源が必要である。

【0003】

４波長のレーザ装置で、第１から第４の個別の波長選択フィルタと、４チャネルに共通に用いられる第５の波長選択フィルタを用いる構成が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第ＷＯ２０１６／０４２６５８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

公知のレーザ装置では、チャネル間に相関のない個別のリングフィルタを用いて個別に波長を選択するため、チャネルごとに波長モニタまたは調整機構が必要になり、大型化する。各波長の光は、個別の半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）で増幅され出力されるため、各波長の光を１つのファイバに合波するためのカプラが、別途、必要になる。合波用に単純カプラを用いると、光損失が生じる。ＷＤＭカプラで合波する場合は、追加の波長調整が必要になる。

【0006】

本発明は、簡素化された構成で多数の波長の光を出力することのできる小型の波長可変光源と、可変波長の制御方法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】

【0007】

一つの態様では、複数の異なる波長でレーザ発振する波長可変光源において、
周期的な透過ピーク波長または反射ピーク波長を有し、複数のチャネルに共通に用いられる共通波長フィルタと、
前記共通波長フィルタに接続され、かつ複数の出力ポートを有する１入力多出力の構成を有する波長可変フィルタであって、前記複数の出力ポートにおいて、前記複数のチャネルに対応する複数の透過ピーク波長を有する波長可変フィルタと、
前記波長可変フィルタの前記複数の出力ポートに接続される複数の利得媒質と、
を有し、
前記共通波長フィルタと前記複数の利得媒質との間に前記複数の異なる波長でレーザ発振する複数のレーザ共振器が形成される。

【発明の効果】

【0008】

簡素化された構成で多数の波長の光を出力することのできる小型の波長可変光源と、可変波長の制御方法が実現される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態の波長可変光源が適用される光伝送装置の模式図である。

【図2】第１実施形態の波長可変光源の模式図である。

【図3】波長可変フィルタの具体的な構成例を示す図である。

【図4】各波長フィルタの透過スペクトルを示す図である。

【図5】第２実施形態の波長可変光源の模式図である。

【図6】可変波長制御のための構成を説明する図である。

【図7】実施形態の波長可変光源の制御方法のフローチャートである。

【図8】波長可変光源で用いる波長可変フィルタの変形例である。

【図9】図８の波長可変フィルタにおけるピーク波長の調整構造を示す図である。

【図10】波長可変光源で用いる波長可変フィルタの別の変形例である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１は、本発明の波長可変光源１０を用いた光伝送装置１の送信側の模式図である。光伝送装置１は、ＤＷＤＭ伝送装置であり、送信側では、波長可変光源１０、分波器２、光変調器アレイ３、及び合波器４を有する。光伝送装置１は、変調シンボルレート程度の波長間隔で高密度に並べた波長チャネルを多数用いて、送信機のスペクトル利用効率と伝送容量を向上する。

【0011】

図１の例では、波長可変光源１０から、５０ＧＨｚ間隔で隣接する４チャネルの光が出力されているが、これは一例であって、数十チャネルにわたって異なる波長の光を出力することが可能である。また、波長間隔は、１２．５ＧＨｚ、２５ＧＨｚ、１００ＧＨｚ等であってもよい。その場合の変調ボーレートは、それぞれ１２．５Ｇｂａｕｄ、２５Ｇｂａｕｄ、１００Ｇｂａｕｄとなる。

【0012】

波長可変光源１０は、後述するように、複数のチャネル間で共通に用いられる共通波長フィルタを有する。複数のレーザ共振器の発振波長間隔を、周期的な透過ピークまたは反射ピークを有する一つの共通波長フィルタで定義することで、高精度の波長間隔が得られる。複数波長でのレーザ共振のために、複数チャネルのそれぞれに個別の波長フィルタを設けるのではなく、共通波長フィルタに接続される１入力多出力型のひとつの波長可変フィルタを用いる。これにより、波長可変フィルタの出力ポートで、共通波長フィルタの透過（または反射）ピーク波長の周期と整合した波長間隔が得られる。

【0013】

波長ごとに変調され、合波された光信号は、一本の光ファイバに多重されて伝送路に出力される。

【0014】

波長可変光源１０の出力光の一部は、光伝送装置１の受信側で光信号の検波のための局発光として用いられてもよい。

【0015】

＜第１実施形態＞
図２は、第１実施形態の波長可変光源１０Ａの模式図である。波長可変光源１０Ａは、共通波長フィルタ１１と、波長可変フィルタ１２と、ゲインアレイ１３と、第２の波長可変フィルタ１５と、一括増幅用のＳＯＡ１７を有する。共通波長フィルタ１１に、波長調整機構１６が光学的に接続されていてもよい。

【0016】

共通波長フィルタ１１は、たとえば、Ｓｉ導波路で形成されるリング共振器１１１と、リング共振器１１１に近接して配置される導波路１１２及び１１３と、導波路１１２及び１１３を結合する光カプラ１１４を有する。

【0017】

リング共振器１１１は、周期的に変化するピーク波長を有する。ピーク間隔は、リング共振器１１１の実効的な光路長（周長）によって決まる。波長可変フィルタ１２から共通波長フィルタ１１に入射する光は、光カプラ１１４で分岐されて、導波路１１２と１１３に伝搬する。導波路１１２からリング共振器１１１に結合する光のうち、リング共振器１１１のピーク波長に一致する光成分は、リング共振器１１１を周回することで、干渉により強め合う。ある強度に達した光は導波路１１３に結合し、光カプラ１１４から波長可変フィルタ１２に入射する。同様に、導波路１１３からリング共振器１１１に結合する光のうち、リング共振器１１１のピーク波長に一致する光成分は、リング共振器１１１を周回することで、干渉により強め合う。ある強度に達した光は導波路１１２に結合し、光カプラ１１４から波長可変フィルタ１２に入射する。

【0018】

波長可変フィルタ１２は、１入力多出力の構成を有する。共通波長フィルタ１１に隣接する側が１つのポートであり、反対側が複数のポートとなっている。波長可変フィルタ１２は、この例では、たとえば、Ｓｉ導波路で形成されるマッハツェンダ（ＭＺ）干渉計型の導波路が多段のツリー状に接続されたフィルタである。図２では、図示の便宜上、各ＭＺ干渉計は一対の導波路が対称に配置されているように描かれているが、非対称型マッハツェンダ干渉計（ＡＭＺＩ：Asymmetric Mach-Zehnder Interferometer）の導波路で構成されている。

【0019】

図３は、図２の波長可変フィルタ１２の具体的な構成例を示す。３段の分岐導波路を形成するように配置される複数のＡＭＺＩのそれぞれで、２本の導波路（アーム）の長さが異なる。２本のアームを伝搬する光は、それぞれのアームの実効光路長（導波路の物理長×実効屈折率）に応じた位相変化を受けた後に合波される。実効光路長差のあるＡＭＺＩの光出力は、波長の逆数に対して周期的な依存性を持ち、アーム長差を設計することで、所望の波長間隔を設計することができる。

【0020】

各ＡＭＺＩの各アームに、ヒータ、電極等の位相シフタＰＳを設けることで、導波路の屈折率を調整して細かい波長調整をすることができる。

【0021】

多段構成の波長可変フィルタの場合、各段で用いられるＡＭＺＩの数は、２のべき乗で増加する。３段構成では、波長可変フィルタ１２の出力ポートの数は、２³＝８ポートとなる。ここでは、８つの出力ポートでλ_１～λ_８の波長の光を取り出す例を用いるが、この例に限定されず、多重する波長の数に応じて、段数を設計可能である。

【0022】

後述するように、波長可変フィルタ１２はＡＭＺＩ型の導波路構成に限定されず、リング共振器型、分布帰還型、アレイ導波路型など、多様な構成を採用することができる。

【0023】

図２に戻って、波長可変フィルタ１２の多出力側に、複数の利得導波路が形成されたゲインアレイ１３が設けられている。ゲインアレイ１３は、たとえば、化合物半導体で形成されるＳＯＡアレイである。ゲインアレイ１３の各利得導波路は、波長可変フィルタ１２の出力ポート（たとえば８チャネル）の各々に個別に設けられる利得媒質１３１～１３８となる。

【0024】

ゲインアレイ１３の入力側の端面、すなわち、波長可変フィルタ１２の出力ポートに隣接する端面には、反射防止（ＡＲ：Anti-Reflection）膜１３ａが形成されている。反射防止膜１３ａが施された面と反対側の端面には、低反射（ＬＲ：Low Reflection）膜１３ｂが形成されている。

【0025】

リング共振器１１１と、利得媒質１３１～１３８の各々との間に、それぞれ異なる波長でレーザ発振するレーザ共振器が形成される。光は、利得媒質１３１～１３８の各々の低反射膜１３ｂと、リング共振器１１１の間を反復し、誘導放出により増強された光の一部は、低反射膜１３ｂから取り出される。図２の例では、ゲインアレイ１３から８チャネルに対応する異なる波長λ_１～λ_８の光（図３参照）が取り出される。

【0026】

利得媒質１３１～１３８は、低反射膜１３ｂが施された出力側の端面で、第２の波長可変フィルタ１５に光学的に接続されている。第２の波長可変フィルタ１５は、波長可変フィルタ１２と同様に、１入力多出力（または多入力１出力）の構成を有する。第２の波長可変フィルタは、波長選択フィルタとして機能すると同時に、合波器として機能する。第２の波長可変フィルタ１５の出力端で、８つの波長の光は合波されて出力される。

【0027】

合波器として機能する第２の波長可変フィルタ１５の出力に、光増幅器１７が接続されている。光増幅器１７は、たとえば化合物半導体で形成されたブースターＳＯＡである。光増幅器１７の入射側の端面に反射防止膜１７ａが形成され、出射側の端面には反射防止膜１７ｂが形成されている。

【0028】

光増幅器１７は、多波長の光を一括して増幅する。これにより、高い光出力と電力効率が実現される。さらに、ＳＯＡ内の四光波混合（ＦＷＭ：Four Wave Mixing）によって、出力波長数が増加する。たとえば、本来の８波長を含む波長帯の低周波側と高周波側に、ＦＷＭで生じた追加波長チャネル２８及び２９が生成される。

【0029】

図２では、共通波長フィルタ１１に１入力多出力の波長可変フィルタ１２が接続され、波長可変フィルタ１２の出力ポートに、複数の利得媒質１３１～１３８を有するゲインアレイ１３が光学的に接続されている。波長フィルタの数とサイズ、及びゲイン媒質のサイズを低減することができ、全体として小型の波長可変光源１０Ａが得られる。ブースターＳＯＡとしての光増幅器１７を用いる場合は、波長数を増やすことができる。

【0030】

波長可変フィルタ１２では、ツリーまたはトーナメント型に多段に接続されたＡＭＺＩによって、互いに相関する複数の波長フィルタが形成される。そのため、波長フィルタごとに個別に波長モニタまたは波長調整をする必要がなく、波長ごとのモニタと微調整の負担が軽減される。実施形態の波長可変光源における波長モニタと制御については、図６を参照して後述する。

【0031】

図４は、図２の波長可変光源１０Ａの各フィルタの透過スペクトルを示す。実線は、共通波長フィルタ１１のリング共振器１１１の周期的な透過スペクトルである。４種類の破線は、波長可変フィルタ１２の４つの出力ポートでの透過スペクトルである。

【0032】

波長可変フィルタ１２の各出力ポートでの透過スペクトルの中心波長は、共通波長フィルタ１１のリング共振器１１１の周期的なピーク波長λ_１～λ_４とほぼ一致している。

【0033】

図２の構成では、一つの波長可変フィルタ１２で個々の波長を選択し、周期的な透過ピークまたは反射ピークを有する一つの共通波長フィルタ１１で共振させている。この構成により、出力ポート間のピーク波長間隔を、リング共振器１１１のピーク間隔と整合させることができる。

【0034】

＜第２実施形態＞
図５は、第２実施形態の波長可変光源１０Ｂの模式図である。第１実施形態では、ゲインアレイ１３の出力側に第２の波長可変フィルタ１５を用いて、複数の波長の光を合波していた。第２実施形態では、第２の波長可変フィルタを用いずに、複数の波長の光を合波して一括増幅する。なお、一括増幅は必須ではなく、本来のチャネル分の複数波長の光を出力する構成であってもよい。

【0035】

波長可変光源１０Ｂは、共通波長フィルタ１１と、波長可変フィルタ１２と、ゲインアレイ２３と、共通波長フィルタ１１と波長可変フィルタ１２の間に設けられる出力タップと、出力タップに接続される光増幅器２７を有する。共通波長フィルタ１１に、波長調整機構１６が光学的に接続されていてもよい。

【0036】

共通波長フィルタ１１は、第１実施形態の共通波長フィルタ１１と同じであり、Ｓｉ導波路で形成されるリング共振器１１１、リング共振器１１１に近接して配置される導波路１１２及び導波路１１３、導波路１１２及び１１３を結合する光カプラ１１４を有する。

【0037】

波長可変フィルタ１２は、第１実施形態と同様に、１入力多出力の構成を有する。共通波長フィルタ１１に隣接する側が１つのポートであり、反対側が複数のポートとなっている。波長可変フィルタ１２は、この例では、たとえば、Ｓｉ導波路で形成されるマッハツェンダ（ＭＺ）干渉計型の導波路が多段のツリー状に接続されたフィルタである。図５では、図示の便宜上、各ＭＺ干渉計で一対の導波路が対称に配置されているように描かれているが、実際は、図３で示したように、２つのアーム間に実効光路長差を有するＡＭＺＩ導波路で形成されている。

【0038】

波長可変フィルタ１２の多出力側に、複数の利得導波路が形成されたゲインアレイ２３が設けられている。ゲインアレイ２３は、たとえば、化合物半導体で形成されるＳＯＡアレイである。ゲインアレイ２３の各利得導波路は、波長可変フィルタ１２の出力ポート（たとえば８チャネル）の各々に個別に設けられる利得媒質２３１～２３８となる。

【0039】

ゲインアレイ２３の入力側の端面、すなわち、波長可変フィルタ１２の出力ポートに隣接する端面には、反射防止膜２３ａが形成されている。第１実施形態と異なり、反射防止膜２３ａが施された端面と反対側の端面には、高反射（ＨＲ：High Reflection）膜２３ｂが形成されている。

【0040】

リング共振器１１１と、利得媒質２３１～２３８の各々の高反射膜２３ｂの間に、それぞれ異なる波長でレーザ発振するレーザ共振器が形成される。光は、利得媒質２３１～２３８の各々と、リング共振器１１１の間を反復し、誘導放出により増強される。高反射膜２３ｂで反射された光は、ゲインアレイ２３への入射時と逆の光路をたどって波長可変フィルタ１２通過し、波長可変フィルタ１２の入力側の１つのポートで合波される。

【0041】

増強され合波された光の一部（波長可変フィルタ１２と共通波長フィルタ１１を接続する導波路を伝搬する光パワーの一定割合）は、共通波長フィルタ１１と波長可変フィルタ１２の間の出力タップ２１から取り出される。たとえば、８チャネルに対応する異なる波長λ_１～λ_８の光（図３参照）が、出力タップ２１から取り出される。

【0042】

異なる複数の波長を含む光は、ブースターＳＯＡである光増幅器２７で一括して増幅され、出力される。光増幅器２７の入射側の端面と出射側の端面には、それぞれ反射防止膜２７ａと反射防止膜２７ｂが形成されている。

【0043】

上述のように、光増幅器２７は必須ではないが、光増幅器２７を設けることで、多波長の光が一括して増幅され、高い光出力と電力効率が実現される。さらに、ＳＯＡ内の四光波混合（ＦＷＭ：Four Wave Mixing）によって、出力波長数が増加する。たとえば、本来の８波長を含む波長帯の低周波側と高周波側に、ＦＷＭで生じた追加波長チャネル２８及び２９が生成される。

【0044】

図５の構成では、共通波長フィルタ１１に、１入力多出力の波長可変フィルタ１２が接続され、波長可変フィルタ１２の出力ポートに、複数の利得媒質２３１～２３８を有するゲインアレイ２３が光学的に接続されている。ＡＭＺＩのツリー構造で形成される複数の共振導波路は、ゲインアレイ２３で折り返される構成となり、波長可変光源１０Ｂの全体のサイズをさらに低減することができる。

【0045】

波長可変フィルタ１２で合波された複数波長の光を、ブースターＳＯＡである光増幅器２７で一括増幅する場合は、ＳＯＡの四光波混合を利用して、波長数を増やすことができる。

【0046】

第２実施形態の波長可変光源１０Ｂでも、図４を参照して説明したように、各出力ポートの透過スペクトルの中心波長は、共通波長フィルタ１１のリング共振器１１１の周期的なピーク波長とほぼ一致する。これにより、小型の波長可変光源１０Ｂで、高精度の波長間隔が得られる。

【0047】

＜可変波長の制御＞
図６は、可変波長の制御に用いられる波長可変光源１０Ｃの模式図である。波長可変光源１０Ｃは、第２実施形態と同様に、ゲインアレイ２３で折り返された構成を有する。共通波長フィルタ１１と、ゲインアレイ２３の各利得媒質２３１～２３８の高反射膜２３ｂが形成された端面との間に、異なる波長でレーザ発振する複数のレーザ共振器が形成される。波長可変フィルタ１２は、各波長を選択する波長選択フィルタとして機能すると同時に、利得媒質２３１～２３８で増幅された光を合波する合波器としても機能する。

【0048】

誘導放出により増幅された各波長の光の一部は、共通波長フィルタ１１と波長可変フィルタ１２の間の出力タップ２１から取り出され、光増幅器２７で一括増幅されて、出力される。

【0049】

図６の例では、波長可変フィルタ１２とゲインアレイ２３の間に、縦モード調整部１７０が配置されている。縦モード調整部１７０は必須ではないが、これを挿入することで、各レーザ共振器で、安定して単一の波長でレーザ発振させることができる。

【0050】

可変波長光源１０Ｃに、波長調整機構１６が設けられ、波長調整機構１６の出力に基づいて、波長制御が行われる。図６の例では、共通波長フィルタ１１のリング共振器１１１で共振した光の一部が導波路１１２から取り出されて、波長調整機構１６に入力される。

【0051】

波長調整機構１６は、一例として、ビームスプリッタ１６１と、光検出器１６２と、周期的な透過スペクトルをもつフィルタ１６３と、光検出器１６４を有する。ビームスプリッタ１６１は、入力光を２つに分割する。分割された光の一方は、光検出器１６２で検出され、強度がモニタされる。分割された光の他方は、フィルタ１６３を通過した後に、光検出器１６４で検出される。

【0052】

周期的な透過スペクトルをもつフィルタ１６３として、たとえば、エタロンフィルタを用いてもよい。エタロンフィルタを通して光強度を検出することで、発振波長を高精度にモニタすることができる。

【0053】

波長調整機構１６の出力は、制御機構３０に供給され、波長可変光源１０Ｃの波長制御に用いられる。制御機構３０は、メモリ内蔵のマイクロプロセッサ、ＦＰＧＡのようなロジックデバイス等で実現され得る。波長調整機構１６と制御機構３０を用いた制御は、図６の波長可変光源１０Ｃだけではなく、第１実施形態の波長可変光源１０Ａと、第２実施形態の波長可変光源１０Ｂにも適用され得る。

【0054】

制御機構３０は、波長調整機構１６の出力に基づいて、共通波長フィルタ１１のリング共振器１１１の周期的な透過ピーク波長を制御してもよい（制御１）。リング共振器１１１に設けられた位相シフタ１１５を制御して、リング共振器１１１を制御する。一例として位相シフタ１１５として機能するヒータを温度制御して、リング共振器１１１を形成するＳｉ導波路の局所温度を変化させて、伝搬する光が感じる実効屈折率を調整する。

【0055】

制御機構３０は、波長調整機構１６の出力に基づいて、波長可変フィルタ１２を形成するＡＭＺＩ３１～３７の少なくとも一部を制御する（制御２）。ＡＭＺＩ３１～３７の各アームに設けられた位相シフタＰＳの少なくとも一部を用いて、波長選択導波路の温度制御を行ってもよい。

【0056】

実施形態の１入力多出力型の波長可変フィルタ１２では、形成された波長選択導波路は互いに相関するので、波長ごとにすべてのＡＭＺＩを制御する必要はない。波長可変フィルタ１２の制御の一例については、後述する。

【0057】

制御機構３０は、波長調整機構１６の出力に基づいて、縦モード調整部１７０を制御してもよい（制御３）。縦モード調整部１７０は、一例として、波長可変フィルタ１２の複数の出力ポートのそれぞれに設けられる位相シフタ１７１～１７８を有する。位相シフタ１７１～１７８の少なくとも一部を制御して縦モードを調整してもよい。

【0058】

波長可変光源１０Ａ～１０Ｃにおいて、必ずしも制御１～制御３のすべてを行う必要はなく、波長調整機構１６の出力に基づいて、制御１～制御３の少なくとも一つが行われてもよい。

【0059】

図６の状態では、一例として、ゲインアレイ２３の利得媒質２３１がオンにされ、この利得媒質２３１を用いるチャネルに着目して波長制御が行われている。このとき、他の利得媒質２３２～２３８はオフにされている。次のチャネルが波長調整のために選択されたときは、選択されたチャネルの利得媒質がオンにされ、その他のチャネルは、オフにされる。

【0060】

個別のチャネルを制御したあとに、全チャネルの制御を行ってもよい。１入力多出力型の波長可変フィルタ１２では、複数の波長選択用の導波路は互いに相関するので、各チャネルの波長調整を終了した時点で、全体的な波長調整がかなりの程度まで自動的になされている。波長調整の精度をさらに向上するために、追加で全体の波長調整が行われる場合は、利得媒質２３１～２３８のすべてがオンにされ、波長調整機構１６の出力に基づいて波長可変フィルタ１２が微調整される。

【0061】

図７は、実施形態の波長可変光源の制御方法のフローチャートである。この制御フローは、制御機構３０によって実行される。まず、いずれか１つの波長のチャネルを立ち上げる（Ｓ１１）。たとえば、レーザ共振器内の利得媒質２３１～２３８のいずれか１つをＯＮにして、単一の波長でレーザ発振させる。

【0062】

次に、波長調整機構１６の出力をモニタしながら、共通波長フィルタ１１のリング共振器１１１を制御して、周期的な透過ピークまたは反射ピークの波長が所望の波長間隔になるように制御する（Ｓ１２）。

【0063】

また、波長調整機構１６の検出パワーが最大になるように、波長可変フィルタ１２を制御する（Ｓ１３）。波長調整機構１６で検出される光のパワーが最大になるということは、着目するチャネルのＡＭＺＩフィルタのピーク波長が、リング共振器１１１のピーク波長に整合することを意味する。

【0064】

オプショナルで、波長調整機構１６の出力に基づいて、縦モード調整部１７０の調整を行う（Ｓ１４）。対応するチャネルの位相シフタ（１７１～１７８のひとつ）を制御して、そのチャネルのレーザ出力がモードホップ現象に対して最も安定化するポイントに、位相を微調整する。

【0065】

その後、一旦、ゲインＳＯＡ（ゲインアレイ２３）をオフにする（Ｓ１５）。他に制御すべきチャネルがあるかどうかを判定し（Ｓ１６）、他のチャネルがある場合は、Ｓ１１及びＳ１３～Ｓ１６を繰り返す。２番目以降のチャネルについては、共通波長フィルタ１１のリング共振器１１１の制御（Ｓ１２）をスキップすることができる。他に制御すべきチャネルが無い場合は、すべてのチャネルをオンにして、再度、波長調整機構１６の出力をモニタし、発振波長を微調整する（Ｓ１７）。その後、プースタＳＯＡである光増幅器２７をオンにして、多波長で光を出力する（Ｓ１８）。

【0066】

Ｓ１１～Ｓ１６の繰り返しループで、２番目以降のチャネルの波長可変フィルタ１２の制御（Ｓ１３）は、１番目のチャネルの波長制御よりも簡易である。あるいは、２番目以降のチャネルのすべてを制御せずに、いくつかのチャネルの制御をスキップしてもよい。

【0067】

たとえば、図６において、１番目のチャネルの制御で、１段目のＡＭＺＩ３１、２段目のＡＭＺＩ３２、及び３段目のＡＭＺＩ３４が選択され、位相シフタＰＳを用いて介して波長λ_１が調整される。波長可変フィルタ１２の波長λ_１が調整された時点で、隣接するチャネルの波長λ_２もほぼ正確に調整されている。

【0068】

そこで、２番目のチャネルの調整をスキップして、３番目のチャネルで波長λ_３を調整する。このときλ_１のチャネル調整で、１段目のＡＭＺＩ３１と、２段目のＡＭＺＩ３２は、正確に調整されているので、３段目のＡＭＺＩ３５のみを制御してもよい。波長可変フィルタ１２の波長λ_３が調整された時点で、隣接するチャネルの波長λ_４も、ほぼ正確に調整されている。したがって、４番目のチャネルの調整をスキップしてもよい。

【0069】

５番目のチャネルで波長λ_５を調整するときは、１段目のＡＭＺＩ３１は、すでに調整済みなので、２段目のＡＭＺＩ３３と、３段目のＡＭＺＩ３６を制御する。波長可変フィルタ１２の波長λ_５が調整された時点で、隣接するチャネルの波長λ_６もほぼ正確に調整されており、６番目のチャネル（波長λ_６）の調整はスキップ可能である。

【0070】

７番目のチャネルで波長λ_７を調整するときは、１段目のＡＭＺＩ３１と、２段目のＡＭＺＩ３３は、調整済みなので、３段目のＡＭＺＩ３７のみを制御してもよい。波長可変フィルタ１２の波長λ_７が調整された時点で、隣接するチャネルの波長λ_８も、ほぼ正確に調整されている。したがって、８番目のチャネルの調整をスキップしてもよい。

【0071】

このように、１入力多出力型の波長可変フィルタ１２を、共通波長フィルタ１１に接続することで、各チャネル間の関連性を高めて、個別波長の調整の負担を軽減することができる。

【0072】

図８は、波長可変フィルタ１２の変形例として、波長可変フィルタ２２Ａを示す。波長可変フィルタ２２Ａは、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Array Waveguide Gratings）型の波長選択フィルタである。異なる実効光路長を有する複数のアレイ導波路で形成される導波路アレイ２２１の入力側にスラブ導波路２２３が設けられ、出力側にスラブ導波路２２２が形成されている。入力側のスラブ導波路２２３は、１つの入力導波路で、共通波長フィルタ１１に接続されている。出力側のスラブ導波路２２２は、複数のアレイ導波路から入射した光を、対応する波長の出力導波路へと結合させる。

【0073】

ＡＷＧ型の波長可変フィルタ２２Ａでは、実効光路長の異なる多数本のアレイ導波路を伝搬する光で生じる波長分散を利用して、波長ごとに異なるポートに結合することができる。アレイ導波路の長さと、出力ポートの位置で、波長間隔を設計することができる。スラブ導波路２２２の各出力ポートから出力される波長λ_１～λ_Ｎの光は、対応する利得媒質に入射する。波長可変フィルタ２２Ａも、１入力多出力型の波長可変フィルタである。

【0074】

図９は、図８の波長可変フィルタ２２のピーク波長の調整構造を示す。図９の（Ａ）と（Ｂ）で、アレイ導波路２２１Ａとアレイ導波路２２１Ｂに、それぞれ非等長の位相制御器２２４Ａと２２４Ｂを設ける。図９の（Ａ）では、外側の（長さの長い）アレイ導波路ほど、位相制御領域の長さが長い。この構成を正フィルタと呼んでもよい。図９の（Ｂ）では、内側の（長さの短い）アレイ導波路ほど、位相制御領域の長さが長い。この構成を負フィルタと呼んでもよい。たとえば、位相制御器２２４Ａまたは２２４Ｂに印加される電圧を制御して、ＡＷＧ型波長可変フィルタの中心ピーク波長を調整することができる。

【0075】

図１０は、波長可変フィルタ１２のさらに別の変形例として、波長可変フィルタ２２Ｂを示す。波長可変フィルタ２２Ｂは、エシェルグレーティング型の波長選択フィルタである。波長可変フィルタ２２Ｂは、一本の入力導波路２２５と、スラブ領域２２８と、Ｎ本の出力導波路２２７を有する。入力導波路２２５とＮ本の出力導波路２２７は、スラブ領域２２８の同じ側に配置されている。

【0076】

スラブ領域２２８は、入出力導波路と反対側の端部に、側壁回折格子２２９を有する。側壁回折格子２２９では、複数の次数（たとえば０次からｍ次、図１０の例ではｍ＝３）の光が、同じ方向に回折される。側壁回折格子２２９の波長分散効果によって波長ごとに光出射位置を変化させ、ポートごとに異なる波長λ_１～λ_Ｎの光を出力する。

【0077】

スラブ領域２２８に波長制御領域２２６を設け、温度制御等によって屈折率を変化させることで、ピーク波長を微調整してもよい。この波長可変フィルタ２２Ｂも、１入力多出力の波長選択フィルタであり、複数の出力導波路２２７のそれぞれは、対応する利得媒質に結合されている。

【0078】

実施形態と変形例を通じて、共通波長フィルタ１１に接続される波長可変フィルタは、１入力多出力の構成で、出力ポートごとに周期的に並ぶ透過ピーク波長を有する。多チャネルの発振波長と強度は、共通の波長調整機構１６でモニタされ、共通の制御機構３０で制御される。共通波長フィルタ１１による厳密な発振波長間隔を維持したまま、多チャネルと小型化を両立することができる。

【0079】

本発明は、上述した構成例に限定されず、多様な変形、代替を含む。たとえば、共通波長フィルタ１１の周期的な透過または反射ピークを有する共振器は、リング共振器に限定されず、レーストラック型、ダブルリング型、楕円型などであってもよい。複数の透過ピーク波長を有する波長可変フィルタは、ＡＭＺＩや、ＡＷＧ型の他に、リング共振器型であってもよい。いずれの場合も、厳密な波長間隔を維持した小型の波長可変光源が得られる。

【0080】

以上の説明に対し、以下の付記を呈示する。
（付記１）
複数の異なる波長でレーザ発振する波長可変光源において、
周期的な透過ピーク波長または反射ピーク波長を有し、複数のチャネルに共通に用いられる共通波長フィルタと、
前記共通波長フィルタに接続され、かつ複数の出力ポートを有する１入力多出力の構成を有する波長可変フィルタであって、前記複数の出力ポートにおいて、前記複数のチャネルに対応する複数の透過ピーク波長を有する波長可変フィルタと、
前記波長可変フィルタの前記複数の出力ポートに光学的に接続される複数の利得媒質と、
を有し、
前記共通波長フィルタと前記複数の利得媒質との間に前記複数の異なる波長でレーザ発振する複数のレーザ共振器が形成されることを特徴とする波長可変光源。
（付記２）
前記複数のレーザ共振器の出力を一括して増幅する光増幅器、
を有することを特徴とする付記１に記載の波長可変光源。
（付記３）
前記複数の利得媒質に接続される、多入力１出力の構成を有する第２の波長可変フィルタ、
を有し、前記光増幅器は、前記第２の波長可変フィルタの出力に接続されていることを特徴とする付記２に記載の波長可変光源。
（付記４）
前記複数の利得媒質は、前記波長可変フィルタと反対側の面に高反射膜を有し、
前記共通波長フィルタと前記波長可変フィルタの間の出力タップに光増幅器が接続されていることを特徴とする付記１に記載の波長可変光源。
（付記５）
前記共通波長フィルタは、前記周期的な透過ピーク波長または反射ピーク波長を有する共振器を有することを特徴とする付記１～４のいずれかに記載の波長可変光源。
（付記６）
前記共通波長フィルタに光学的に接続される波長調整機構、
をさらに有することを特徴とする付記１～５のいずれかに記載の波長可変光源。
（付記７）
前記波長調整機構の出力に基づいて、前記共通波長フィルタと、前記波長可変フィルタの少なくとも一方が制御されることを特徴とする付記６に記載の波長可変光源。
（付記８）
前記複数のレーザ共振器の縦モードを調整する縦モード調整器、
をさらに有する付記１～７のいずれかに記載の波長可変光源。
（付記９）
前記縦モード調整器は、前記波長可変フィルタの前記出力ポートと、前記複数の利得媒質の間に挿入されていることを特徴とする付記８に記載の波長可変光源。
（付記１０）
前記波長可変フィルタは、非対称マッハツェンダ干渉計型、アレイ導波路回折格子型、エシャレグレーティング型、またはリング共振器型の波長選択フィルタであることを特徴とする付記１～９のいずれかに記載の波長可変光源。
（付記１１）
付記１～１０のいずれかに記載の波長可変光源と、
前記波長可変光源の出力光を前記複数の異なる波長の各々に分波する分波器と、
分波された前記複数の異なる波長の光の各々を変調する光変調器アレイと、
前記光変調器アレイの出力光を合波する合波器と、
を有する光伝送装置。
（付記１２）
複数の異なる波長でレーザ発振する波長可変光源の制御方法において、前記波長可変光源は、共通波長フィルタと、前記共通波長フィルタに接続される１入力多出力の構成の波長可変フィルタと、前記波長可変フィルタの出力ポートに結合される複数の利得媒質を有し、
前記波長可変光源の複数のチャネルの中の１のチャネルを立ち上げた状態で、前記共通波長フィルタの周期的な透過ピーク波長または反射ピーク波長を、所望の波長間隔に調整し、
前記共通波長フィルタの調整の後に、前記波長可変フィルタの前記１のチャネルの透過ピーク波長と、残りのチャネルの少なくとも一部の透過ピーク波長を、前記共通波長フィルタの前記波長間隔に合わせて調整し、
その後に、すべてのチャネルの出力を一括して増幅して出力する、
ことを特徴とする波長可変光源の制御方法。
（付記１３）
前記波長可変フィルタは、複数の非対称マッハツェンダ干渉計が多段のツリー状に接続された導波路を有し、
前記波長可変フィルタの複数の前記出力ポートを一つおきに選択して、選択されたチャネルの透過ピーク波長を制御する、
ことを特徴とする付記１２に記載の波長可変光源の制御方法。

【符号の説明】

【0081】

１ 光伝送装置
２ 分波器
３ 光変調器アレイ
４ 合波器
１０、１０Ａ～１０Ｃ 波長可変光源
１１ 共通波長フィルタ
１１１ リング共振器
１２、２２Ａ、２２Ｂ 波長可変フィルタ
１３ ゲインアレイ
１３ａ 反射防止膜
１３ｂ 低反射膜
１３１～１３８、２３１～２３８ 利得媒質
１５ 第２の波長可変フィルタ
１６ 波長調整機構
１７、２７ ＳＯＡ（光増幅器）
１７ａ、１７ｂ、２７ａ、２７ｂ 反射防止膜
２１ 出力タップ
２３ａ 反射防止膜
２３ｂ 高反射膜
３０ 制御機構
３１～３７ ＡＭＺＩ
１７０ 縦モード調整部
１７１～１７８ 位相シフタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】