特許 7481653 波長可変光源およびその制御方法

(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】2024-05-01

(45)【発行日】2024-05-13

(54)【発明の名称】波長可変光源およびその制御方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/068 20060101AFI20240502BHJP

【ＦＩ】

H01S5/068

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022556735

(86)(22)【出願日】2020-10-13

(86)【国際出願番号】 JP2020038674

(87)【国際公開番号】W WO2022079814

(87)【国際公開日】2022-04-21

【審査請求日】2023-01-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】弁理士法人谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】上田 悠太

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 侑祐

【審査官】大西 孝宣

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０８２６３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２７１９２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０８３５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０００－５１７１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００５／０１２９３６１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１６３００８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００ － ５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｍ×Ｎポート構成の多モード干渉導波路（ＭＭＩ導波路）（Ｍは１以上の整数、Ｎは２以上の整数）、前記ＭＭＩ導波路のＮポート側にそれぞれ接続されたＮ個の反射型遅延線、および、前記ＭＭＩ導波路のＭポート側の少なくとも１つのポートに接続された光利得導波路を備えた波長可変光源における発振光を制御する方法であって、
前記Ｎ個の反射型遅延線の各々は、長さの異なる光導波路であり、
前記発振光の発振波長において、前記少なくとも１つのポートを除く、前記ＭＭＩ導波路の前記Ｍポート側からの光の強度を検出するステップと、
前記検出された強度に基づいて、前記発振光を制御する信号を生成するステップと
を備えることを特徴とする方法。

【請求項2】

前記強度は、
発振動作に寄与しないポートからの強度、または、
前記Ｍポート側のポートを除いた部分からの前記発振光の漏れ光の強度
であることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記強度は、発振動作に寄与しない２つ以上のポートからの強度の総和によって決定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記Ｍポート側の発振動作に寄与しない２つ以上のポートからの強度の大小関係に基づいて、前記信号が生成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記強度は、発振動作に寄与しない２つ以上のポートからの強度であって、
前記２つ以上のポートからの前記強度をそれぞれ最小化するステップ
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記信号は、前記波長可変光源の出力を変化させる光強度変調器に対する制御信号を含むことを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の方法。

【請求項7】

Ｍ×Ｎポート構成の多モード干渉導波路（ＭＭＩ導波路）（Ｍは１以上の整数、Ｎは２以上の整数）と、
前記ＭＭＩ導波路のＮポート側にそれぞれ接続されたＮ個の反射型遅延線であって、各々が長さの異なる光導波路である、Ｎ個の反射型遅延線と、
前記ＭＭＩ導波路のＭポート側の少なくとも１つのポートに接続された光利得導波路と、
発振光の発振波長において、前記少なくとも１つのポートを除く、前記ＭＭＩ導波路の前記Ｍポート側からの光の強度を検出する受光器と、
前記受光器で検出された前記強度に基づいて、前記発振光を制御する信号を生成するコントローラと
を備えた波長可変光源。

【請求項8】

前記強度は、発振動作に寄与しない２つ以上のポートからの各発振光の強度の総和によって決定され、前記コントローラは前記総和を最小化し、または、
前記強度は、発振動作に寄与しない２つ以上のポートからの強度であって、前記コントローラは、前記２つ以上のポートからの前記強度をそれぞれ最小化するよう構成されことを特徴とする請求項７に記載の波長可変光源。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、波長可変光源およびその制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

波長可変光源は、発振波長を一定の波長帯域の範囲内において任意に調整できる光源として広く利用されている。半導体を用いた波長可変光源の代表的なものに、波長可変レーザダイオード（ＴＬＤ：Tunable Laser Diode）がある。ＴＬＤは、その小型性から光通信用の搬送波光源やガスセンシングなど広い応用範囲で用いられている。ＴＬＤを運用するにあたって、発振出力光の波長安定性が様々なシステムで重要である。発振出力光の波長安定性とは、第１に、ユーザの意図した通りの発振波長をＴＬＤが出力し続けることである。第２に、発振出力光の波長の精度・安定度に加えて、サイドモード抑圧比（ＳＭＳＲ：Side-Mode Suppression Ratio）が一定以上であることが重要である。

【0003】

ＳＭＳＲは、レーザ光の品質を表す指数の１つであり、レーザ出力のスペクトル強度のピーク（発振モード）と２番目のピーク（副モード）との強度比として定義される。例えば光通信においては、一般的に、無変調時でＳＭＳＲが４０ｄＢ以上の光源が求められる。この理由は、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）を用いた光通信ネットワークにおいて、ＳＭＳＲの劣化がそのまま隣接する他の波長チャネルに対する雑音光になり得るからである。

【0004】

ＴＬＤの発振波長を一定に保つ方法として、適当な波長フィルタへＴＬＤからの光出力の一部を入力して、この波長フィルタからの光出力をモニタする方法が採られている。具体的には、非特許文献１に開示されているように、適当な波長周期（ＦＳＲ：Free Spectrum Range)を持つエタロンにＴＬＤからの光を入力し、エタロンからの光出力が常に一定になる様にＴＬＤの発振波長を制御する。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【文献】石井啓之、他、” 高機能波長可変光源技術”、NTT技術ジャーナル、2007年11月、p.66

【文献】Yuta Ueda, et al., “Electro-optically tunable laser with ultra-low tuning power dissipation and nanosecond-order wavelength switching for coherent networks”, Vol. 7, No. 8 / August 2020 / Optica

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、波長可変光源においてＳＭＳＲの検査や実動作中のモニタを簡単な機構によって実現することはできなかった。非特許文献１に開示されている発振波長の制御機構は波長ロッカーとも呼ばれ、狭帯域の透過特性のエタロンを用いて高精度に波長を制御可能である。波長ロッカーを用いた手法は、レーザ光の波長を一定に保つためには有用であるが、ＳＭＳＲの状態を知ることは難しい。なぜならば、上述のエタロンからの光出力はＴＬＤの発振モードの波長を反映したものであって、発振光と比べて通常４０ｄＢ程度の強度が低い副モードの出力に対して波長情報を取り出すことは難しいからである。

【0007】

ＴＬＤの発振出力光のＳＭＳＲを直接的に知るためには、光スペクトラムアナライザを利用することができる。しかしながら光スペクトラムアナライザは、回折格子の回折波長を掃引する機構が必要であって、本来の波長掃引光源としてのＴＬＤにさらに追加の掃引機構を備えることになる。ＴＬＤ性能の検査として、または、ＴＬＤの実際の運用中のモニタのために、ＴＬＤに光スペクトラムアナライザ測定を実装することは装置サイズやコストの面から現実的でない。従って波長可変光源の発振出力光におけるＳＭＳＲ特性を反映して、高いＳＭＳＲを持つ出力を取り出すことができる機構と、発振出力光の制御方法が求められている。

【0008】

本発明は上述の課題に鑑みてなされたもので、ＳＭＳＲを反映した発振出力光を得ることのできる波長可変光源の機構およびその制御方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の１つの実施態様は、Ｍ×Ｎポート構成の多モード干渉導波路（ＭＭＩ導波路）（Ｍは１以上の整数、Ｎは２以上の整数）、前記ＭＭＩ導波路のＮポート側にそれぞれ接続されたＮ個の反射型遅延線、および、前記ＭＭＩ導波路のＭポート側の少なくとも１つのポートに接続された光利得導波路を備えた波長可変光源における発振光を制御する方法であって、前記発振光の発振波長において、前記少なくとも１つのポートを除く、前記ＭＭＩ導波路の前記Ｍポート側からの光の強度を検出するステップと、前記検出された強度に基づいて、前記発振光を制御する信号を生成するステップとを備えることを特徴とする方法である。

【0010】

本発明のもう１つの実施態様は、Ｍ×Ｎポート構成の多モード干渉導波路（ＭＭＩ導波路）（Ｍは１以上の整数、Ｎは２以上の整数）と、前記ＭＭＩ導波路のＮポート側にそれぞれ接続されたＮ個の反射型遅延線と、前記ＭＭＩ導波路のＭポート側の少なくとも１つのポートに接続された光利得導波路と、発振光の発振波長において、前記少なくとも１つのポートを除く、前記ＭＭＩ導波路の前記Ｍポート側からの光の強度を検出する受光器と、前記受光器で検出された前記強度に基づいて、前記発振光を制御する信号を生成するコントローラとを備えた波長可変光源である。

【発明の効果】

【0011】

本発明により、ＳＭＳＲを反映した発振出力光を得る波長可変光源の機構およびその制御方法を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】５×５ポートＭＭＩを用いたＲＴＦレーザの構成を示す模式図である。

【図2】本開示のＲＴＦレーザにおける波長選択フィルタ特性を示した図である。

【図3】波長１．５４４μｍ近傍における反射率を拡大して示した図である。

【図4】ＲＴＦレーザの反射スペクトルと縦モード条件の関係を示した図である。

【図5】非稼働ポートの発振光の強度によるＳＭＳＲ調整を説明する図である。

【図6】隣接するｆｉｎｅスペクトルのピークにおける最適化を説明する図である。

【図7】発振出力光の遮断手段を備えた波長可変光源の構成を示す図である。

【図8】本開示の波長可変光源の変形例の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本開示の波長可変光源およびその制御方法は、反射型トランスバーサルフィルタ（ＲＴＦ：Reflection-type Transversal Filter）を用いたＲＴＦレーザにおいて、ＲＴＦレーザが本来的に持つフィルタ特性に着目して、複数の受光器を設けただけの簡単な構成で、ＳＭＳＲの制御を実現する。ＲＴＦレーザは、近年注目されている波長可変光源の形態であって、多モード干渉（ＭＭＩ：Multi-Mode Interference）導波路および複数の反射型遅延線を備えたＲＴＦを含む。以下の説明では、簡単のためＭＭＩ導波路を単に「ＭＭＩ」と呼ぶ。

【0014】

発明者らは、ＲＴＦレーザのＭＭＩにおけるポート間の反射特性や透過特性で表される波長選択フィルタ特性が、発振波長および副モードの波長における強度差を反映し得ることに着目した。後述するようにＭＭＩを使用するＲＴＦレーザでは、発振動作に寄与する光利得媒体が接続されていないポートが必ず存在する。発振動作に寄与する光利得媒体が接続された稼働ポートと、発振動作に直接寄与しない非稼働ポートとの間のフィルタ特性を考慮して、ＭＭＩの複数の非稼働ポートにおける発振光の強度をモニタする。モニタされた発振光の強度が所定の関係となるようにＲＴＦレーザを制御することで、ＳＭＳＲ特性を反映させた波長可変光源の制御が実現される。

【0015】

以下の説明では、まずＲＴＦレーザの基本的な構成について述べるとともに、ＲＴＦレーザのＭＭＩの非稼働ポートで観測される波長選択フィルタ特性に着目しながら、波長可変光源の制御機構の基本的な仕組みおよびいくつかの実施例を示す。最初に、ＲＴＦレーザにおいてＳＭＳＲを反映した信号（情報）をモニタし、ＲＴＦレーザの種々の波長制御機構にフィードバックしてＳＭＳＲを制御する仕組みを説明する。

【0016】

[ＲＴＦレーザの構成]
図１は、５×５ポートＭＭＩを用いたＲＴＦレーザの構成を示す模式図である。ＲＴＦレーザ１００は、Ｍ×ＮポートＭＭＩ１２の一方の側のＮポートに接続されたＮ本の反射型遅延線１３と、ＭＭＩ１２の他方のＭポートの内の少なくとも１つのポートに接続された光利得領域（光利得導波路）１１を備えている。ＭＭＩ１２および複数の反射型遅延線１３が、反射型トランスバーサルフィルタ（ＲＴＦ）１０を構成する。複数の反射型遅延線の各々は、長さの異なる光導波路である遅延線１３－１と端部のミラー１４－１とを有しており、ＭＭＩの光利得領域１１側の各ポートと端部のミラーとの間で、異なる光路長の往復光路が形成される。

【0017】

図１では、ＭＭＩ１２のポート３に光利得領域１１が接続されており、光利得領域１１の端部から発振光２４が出力される。光利得領域１１は、光利得領域を含む光利得導波路であり得る。ここでＲＴＦレーザ１００の発振機構についての詳細な説明は行わないが、長さの異なる複数のＲＴＦの各々からの反射光が、ＭＭＩ１２のポート３において強め合うような関係となる波長においてレーザ発振が生じる。発振波長は、ＭＭＩ１２上の位相調整電極１７、複数の反射型遅延線１３上の波長調整電極１８で調整される。詳細は、例えば非特許文献２を参照されたい。

【0018】

本開示のＲＴＦレーザ１００においては、ＳＭＳＲをモニタして制御するために、ＭＭＩの光利得領域１１側で、発振動作のためには寄与していない（未使用だった）ポートに受光器（ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ４、ＰＤ５）１５－１～１５－２、１５－４～１５－５を備えている。従来技術の波長可変光源としてのＲＴＦレーザでは、光利得領域１１からの発振光自体の波長や強度をモニタして、その波長安定性を確保していた。発明者らは、ＭＭＩにおいて発振動作には寄与していなかった、いわば非稼働ポートからの発振光の波長の光強度情報をＳＭＳＲの制御のために利用する着想を得た。受光器からの光強度信号２１－１～２１－５は、制御部（以下、コントローラ）１６に供給される。コントローラ１６は、後述するように位相調整電極１７および波長調整電極１８にそれぞれ制御信号２２、２３を供給して、後述の本開示の制御方法にしたがってＳＭＳＲを制御する。

【0019】

図１のＲＴＦレーザ１００において、ＭＭＩ１２は５×５ポートのものとしているが、この構成に限定されず、光利得領域側のポート数Ｍを１以上の整数、ＲＴＦ側のポート数Ｎを２以上の整数として、一般にＭ×Ｎポートの構成とすることができる。また、図１では光を発生・増幅する光利得領域１１がポート３に接続されているが、その他のポートに接続されていても良い。また光利得領域１１は、非特許文献２にも記載されているように、Ｍポート側の複数のポートに備わっていても構わない。さらに、一般に光利得領域は光吸収層としても用いることができるので、例えばＭポートのすべてに光利得領域が備わっていて、発振動作に寄与しない光利得領域を受光器として用いても構わない。また、ＲＴＦレーザ１００の複数の反射型遅延線の内で、１つ以上の端部（ミラー）から発振光を出力する構成であっても良い。

【0020】

図１における非稼働ポートに接続された受光器（ＰＤ１～ＰＤ５）は、ＲＴＦレーザ１００を構成する基板と同一の基板にモノリシックに集積されていても良いし、基板の外部に設けられて、ＲＴＦレーザのＭＭＩポートからの光を受け取っても良い。次に、本開示の波長可変光源の制御方法における制御動作を、ＲＴＦレーザ１００における波長選択フィルタの特性に着目して、説明する。

【0021】

[ＲＴＦレーザにおけるＳＭＳＲの制御]
図２は、本開示のＲＴＦレーザにおける波長選択フィルタ特性を示した図である。図２における多数の波形は、図１に示した構成のＲＴＦレーザにおいて、光利得領域１１が接続され発振動作のために稼働しているポート３（以下、稼働ポート）から見た、ポート１～５（Ｍ側）の反射スペクトルである。横軸に波長（μｍ）を、縦軸に反射率を示しており、＃１～＃５の表示によって、対応するポート１～５を示している。

【0022】

ここで留意すべきは、以下の説明における「反射率」が、稼働ポート３から見た、ＭＭＩ１２および複数の反射型遅延線１３からなるＲＴＦ１０全体に対する反射スペクトルを表していることである。稼働ポート３については、図２で＃３のラベルで示されており、文字通り稼働ポート３における反射率を表している。稼働ポート３の反射率は、光回路で一般に使用される特定のポートにおける光の反射率と同じであって、この反射率の値から反射損失も求められる。レーザ発振を生じている状態では、理想的には稼働ポート３の反射率は１となる。

【0023】

一方、図２の＃１、＃２、＃４、＃５のラベルで示されている波形曲線は、それぞれ、ＲＴＦ１０全体を見たときの、非稼働ポート１、２、４、５における反射率である。実質的には、各遅延線の端部のミラーで折り返して形成される往路・復路からなる、ＲＴＦ１０のすべての光路が反映された、異なるポート間の「透過特性」を表している点に留意されたい。例えば、図２で＃１のラベルで示された反射スペクトル曲線は、ポート３→ポート１間の透過特性である。図２では、波長軸上の異なる位置にあって概ね相似した形状の波形を示している反射スペクトル＃１～＃５が確認できる。これらの反射スペクトルは、図１のＲＴＦ１０における異なる長さのＮ個の反射型遅延線による干渉状態が、ＭＭＩのＭ個のポートに応じて、異なるフィルタ特性として観測されることを表している。図２のＭＭＩの各ポートで観測される反射特性は、特定の波長においてレーザ発振を生じさせるためのＲＴＦ１０全体の「波長選択フィルタ特性」を示していることに留意されたい。以下の説明では、ＭＭＩの光利得領域１１側の各ポートにおいて観測される反射特性または透過特性を、簡単のため反射率または反射スペクトルと呼ぶ。

【0024】

さらに図２を詳細に見ると、ＭＭＩの各ポートで観測される反射スペクトル＃１～＃５は、ＦＳＲが２ｎｍ弱の短い周期の成分と、その包絡線である長い周期の成分とから成り立っている。ここで短い周期の成分のスペクトルをｆｉｎｅスペクトル３１、点線で示した長い周期の成分をｃｏａｒｓｅスペクトル３０と呼ぶ。ｆｉｎｅスペクトル３１およびｃｏａｒｓｅスペクトル３０は、図１に示したＮ個の反射型遅延線上の波長調整電極１８に対して適当な電気信号を付与することで、それぞれ独立に調整が可能である（非特許文献２）。例えば、ｃｏａｒｓｅスペクトル３０の波長軸上での位置を同じ位置に保ったままで、ｆｉｎｅスペクトル３１の波長軸上の位置を制御することもできる。このとき、ｆｉｎｅスペクトル３１は、ｃｏａｒｓｅスペクトル３０を示した点線に内接しながらそのピーク位置をシフトするように制御される。

【0025】

図３は、波長１．５４４μｍ近傍における反射率を拡大して示した図である。図２の横軸の１．５４４μｍ付近において、＃３のラベルで示された稼働ポート３の反射率がピークを有している波長域の反射スペクトルを表している。図１のＲＴＦレーザでは、ポート３に光利得領域１１が接続されているので、図３の＃３のｆｉｎｅスペクトルのピーク波長近傍において、レーザ発振が実現される。以降では、レーザ発振に寄与しているｆｉｎｅスペクトルにおいてそのピーク近傍で生じる発振を発振ｆｉｎｅモードと呼ぶ。

【0026】

発振ｆｉｎｅモードにおけるより厳密なレーザ発振波長は、共振器縦モード条件を満たす波長となる。共振器縦モード条件は、ＲＴＦ１０によって形成される共振器を往復した光が、共振器内で定在波を形成する条件である。図１のＲＴＦレーザ１００の共振器としての屈折率をｎ、長さをＬとした時、次式を満たす波長λが（ｍは自然数）が縦モード条件を満たす波長λになる。
ｍλ＝２ｎＬ 式（１）
上式の共振器縦モード条件を満たす波長は、ＲＴＦ１０の光導波路で構成される遅延線の数、長さ、構造、ＭＭＩ導波路の構造、各部の材料の屈折率などによって決定され、位相調整電極１７によって調整できる。

【0027】

図４は、ＲＴＦレーザにおいて反射スペクトルと縦モード条件の関係を示した図である。図４の（ａ）は、図３に示した波長１．５４４μｍ近傍の拡大図に対して、ＦＳＲ＝０．３ｎｍの縦モード周期を重ね書きした図である。したがって、図４の（ａ）に示した反射スペクトルは、図３に示した反射スペクトルと同一である。図４の（ｂ）は、（ａ）の反射スペクトルの発振ｆｉｎｅモード近傍の波長域で反射率が０付近の非稼働ポート１、２、４、５の反射率をさらに拡大して示した図である。

【0028】

図４の（ａ）では、ＭＭＩの稼働ポート３の反射スペクトル３２ａに対して、等間隔の線が縦モード条件を満たす波長を示している。稼働ポート３のｆｉｎｅスペクトル３２ａのピーク波長近傍では、発振縦モード線３３ａ、３３ｂ、３３ｃの内の、発振ｆｉｎｅモードのピークに最も近い発振縦モード線３３ａが、図１のＲＴＦレーザ１００の発振波長となる。図４の（ａ）では、発振縦モード線３３ａより短い波長側の発振縦モード線３３ｃが次に高い反射率を示している。

【0029】

図４の（ｂ）では、非稼働ポートにおける反射スペクトル＃１、＃２、＃４、＃５が拡大して示されており、４つの非稼働ポートの反射率を加算した合計反射スペクトル３４ａも示されている。ここで、図４の（ｂ）の４つの非稼働ポートにおける反射スペクトルは、発振波長の発振縦モード線３３ａの波長で、異なる値を持っている。縦モード条件を満たす発振状態では、発振波長の光が、４つの非稼働ポートにおいて、それぞれ図４の（ｂ）の反射率に対応する強度で観測されることになる。

【0030】

従来技術の例として述べた非特許文献１における波長ロッカーでは、発振波長の微調整を主に縦モード波長を制御することで実現していた。図１に示したＲＴＦレーザ１００では、位相調整電極１７に適切な電気信号を印加して式（１）における屈折率ｎを微調整することで、発振波長の微調整が実現される。このとき位相調整電極１７への電気信号を微調整することは、図２の波長軸上で稼働ポート３の反射スペクトルに対して発振縦モード線３３ａ、３３ｂ、３３ｃを調整することに相当する。

【0031】

ここでＲＴＦレーザ１００におけるＳＭＳＲについて考えると、図４の（ｂ）において縦モード条件の内の発振縦モード線３３ａの波長で発振している状態では、２つの発振縦モード線３３ａ、３３ｃにおける縦モード反射率差３５が、ＳＭＳＲを決める。発振状態においては、光利得領域に供給されるエネルギーの大部分が縦モード波長の発振波長で消費されるが、発振縦モード線３３ａの次に反射率の高い発振縦モード線３３ｃの波長においても発振状態が観測される。したがって、図４の（ａ）における稼働ポート３の反射率３２ａのピーク波長と、発振縦モード線３３ａが一致すれば、隣接する縦モードとの強度差である縦モード反射率差３５が最大となって、ＳＭＳＲが最大となる。

【0032】

上述のように、ＲＴＦレーザ１００において発振縦モード線の位置を調整しても、ｃｏａｒｓｅスペクトル３０とともにｆｉｎｅスペクトルの包絡線の位置が相対的に調整されるだけで、反射スペクトル３２ａのピークと発振縦モード線３３ａが完全に一致しない場合がある。従来技術のＲＴＦレーザは、図４の（ａ）のようｆｉｎｅスペクトル３２ａのピークと発振縦モード線３３ａが完全に一致していない状態に相当していたと考えられる。

【0033】

発明者らは、発振縦モード線とｃｏａｒｓｅスペクトルの相対位置を調整して、波長軸上における縦モード発振波長を調整することに加えて、ＳＭＳＲを最大化するためにｆｉｎｅスペクトルも調整する必要があると考えた。図４の（ａ）、（ｂ）の稼働ポート３の反射スペクトル＃３と、反射スペクトル＃１、＃２、＃４、＃５との間の関係からも明らかなように、ｆｉｎｅスペクトル３２ａのピークの波長と、４つの非稼働ポートの反射率を加算した合計反射スペクトル３４ａの最小値の波長は概ね一致していることがわかる。したがって、ＲＴＦレーザ１００のＭＭＩ１１において、非稼働ポートで観測される発振光の波長の光の強度をモニタしながら、図４の（ｂ）に示した反射スペクトル＃１、＃２、＃４、＃５を調整すれば、ＳＭＳＲを最大化できる。

【0034】

図５は、本開示の波長可変光源の制御方法における非稼働ポートの発振光強度によるＳＭＳＲ調整を説明する図である。図５の（ａ）は、縦モード発振波長の調整後にさらにｆｉｎｅスペクトルを調整した反射スペクトルを示している。図５の（ｂ）は、（ａ）の反射スペクトルの発振ｆｉｎｅモード近傍の波長域で、反射率が０付近の非稼働ポート１、２、４、５の反射率をさらに拡大して示した図である。

【0035】

図５の（ａ）では、点線３２ａでｆｉｎｅスペクトルを調整前の稼働ポート３の反射スペクトルのみを示しており、点線３２ａは図４の（ａ）の反射スペクトル３２ａと同一である。実線で示したのは、ｆｉｎｅスペクトルを僅かに長波長側にシフトさせて、発振ｆｉｎｅモードのピークと、発振縦モード線３３ａとが完全に一致している状態を示している。この時の縦モード反射率差３５は、図４の（ａ）の場合よりも３倍以上の大きな値が得られており、ＳＭＳＲが改善されることを期待できる。

【0036】

図５の（ｂ）では、非稼働ポートにおける反射スペクトル＃１、＃２、＃４、＃５で示されており、４つの非稼働ポートの反射率を加算した合計反射スペクトル３４ｂも示されている。ここで、合計反射スペクトル３４ｂの最小点を与える波長は、発振縦モード線３３ａと一致している。したがって、非稼働ポート＃１、＃２、＃４、＃５における受光器１５－１～１５－５で検出される信号強度の総量が、所定のレーザ発振波長（発振縦モード線３３ａ）において最小となるように、波長可変光源を制御すれば良い。

【0037】

したがって本開示の波長可変光源における発振光を制御する方法は、少なくとも１つのポートを除く、ＭＭＩ導波路のＭポート側からの光の強度２１－１～２１－５を検出するステップを含む。さらに、コントローラ１６が、検出された強度に基づいて、発振光２４を制御する信号２２、２３を生成するステップを含む。制御する信号２２、２３は、波長調整電極１８に対して、ｆｉｎｅスペクトルおよびｃｏａｒｓｅスペクトルの波長軸上の位置を制御するよう動作する。

【0038】

既に説明したように、反射スペクトルの波長軸上での調整は、波長調整電極１８によって実現される。波長調整電極１８は、複数の反射型遅延線１３上に形成された複数の電極である。波長調整電極１８にどのような電圧を印加して、反射スペクトルをどのように変化させるかの具体的な方法は、本発明では何の限定も無い。すなわち、光利得導波路が接続された少なくとも１つのポートを除く、ＭＭＩ導波路のＭポート側からの光の強度を検出するステップと、検出された強度に基づいて、発振光を制御する信号を生成する点に、ＲＴＦレーザの波長可変光源における発振光を制御方法の特徴がある。非稼働ポートにおける反射スペクトル＃１、＃２、＃４、＃５の反射率を加算した合計反射スペクトル３４ｂが最小となるように、波長調整電極１８を制御できれば良い。

【0039】

したがって本発明は、Ｍ×Ｎポート構成の多モード干渉導波路（ＭＭＩ導波路）（Ｍは１以上の整数、Ｎは２以上の整数）、前記ＭＭＩ導波路のＮポート側にそれぞれ接続されたＮ個の反射型遅延線、および、前記ＭＭＩ導波路のＭポート側の少なくとも１つのポートに接続された光利得導波路を備えた波長可変光源における発振光を制御する方法であって、前記発振光の発振波長において、前記少なくとも１つのポートを除く、前記ＭＭＩ導波路の前記Ｍポート側からの光の強度を検出するステップと、前記検出された強度に基づいて、前記発振光を制御する信号を生成するステップとを備えることを特徴とする方法として実施できる。

【0040】

図１を再び参照すれば、受光器１５－１～１５－５から光強度信号２１－１～２１－５が、コントローラ１６に供給され、コントローラ１６は受信した光強度信号２１－１～２１－５に基づいて、波長調整電極１８への制御信号２３を生成する。各光強度信号は、反射スペクトル＃１、＃２、＃４、＃５の反射率に対応した電気信号であり、合計反射スペクトル３４ｂは、これら４つの電気信号を合算したものとなる。図１では、光強度信号２１－１～２１－５がコントローラ１６に供給されることだけを示しており、合計反射スペクトル３４ｂに対応した合計信号をどのようにして取得するかは何の限定もない。４つの電気信号を物理的に合算しても良いし、各電気信号をデジタル信号に変換した後は、演算処理を行って求めても良い。

【0041】

したがって本発明は、Ｍ×Ｎポート構成の多モード干渉導波路（ＭＭＩ導波路１２）（Ｍは１以上の整数、Ｎは２以上の整数）と、前記ＭＭＩ導波路のＮポート側にそれぞれ接続されたＮ個の反射型遅延線１３と、前記ＭＭＩ導波路のＭポート側の少なくとも１つのポートに接続された光利得領域（光利得導波路）１１と、発振光の発振波長において、前記少なくとも１つのポートを除く、前記ＭＭＩ導波路の前記Ｍポート側からの光の強度を検出する受光器１５－１～１５－５と、前記受光器で検出された前記強度に基づいて、前記発振光を制御する信号を生成するコントローラ１６とを備えた波長可変光源として実施できる。

【0042】

上述のように、本開示の波長可変光源すなわちＲＴＦレーザ、およびその制御方法では、ＲＴＦレーザの光利得領域が接続された少なくとも１つのポートを除いた、発振動作に寄与しない非稼働ポートからの発振波長における強度を受光器で検出し、モニタしている。本開示の波長可変光源では、受光器によって得られる、非稼働ポートにおいて観測される光の強度に基づいて、コントローラを通じて波長可変光源における発振出力光を制御する信号を生成する仕組みに特徴がある。非稼働ポートに接続された受光器では、非稼働ポートにおいて表れるすべての波長の光が検出される。しかしながら、図５の（ｂ）の反射スペクトル＃１、＃２、＃４、＃５から明らかなように、ＭＭＩ１１のポート３においてレーザ発振している状態では、ポート１、２、４、５で観測される発振波長の信号強度は０．０１以下であって、ポート３における発振出力光の「漏れ光」が受光器で測定されている点に留意されたい。従来技術のＲＴＦレーザでは、発振動作に寄与している光利得領域が接続された稼働ポートからの発振光自体を検出していた点で、非稼働ポートからの発振光の強度を利用する本開示のＲＴＦレーザと大きく相違している。コントローラからの信号によって、発振出力光のｆｉｎｅスペクトルおよびｃｏａｒｓｅスペクトルの波長軸上の位置を制御することで、ＳＭＳＲを最大化するように波長可変光源が制御される。

【0043】

本開示の波長可変光源およびその制御方法について、さらにより具体的な制御方法を次の実施例において説明する。

【実施例1】

【0044】

上述の本開示の波長可変光源およびその制御方法では、非稼働ポートに接続された受光器で測定される強度信号の総量を最小化することで、発振出力光におけるＳＭＳＲを最大化するよう制御していた。ＳＭＳＲの最大化は、非稼働ポートの反射スペクトルにおけるｆｉｎｅスペクトルを波長軸上でシフトさせ、ＲＴＦの波長選択フィルタ特性を微調整することで実現できる。ここで、ＲＴＦのスペクトルを制御する際には、そのスペクトルの波長軸上での制御方向を決定する情報が必要になる。例えば、図４の（ａ）と図５の（ａ）とを比較すると、ポート３の反射スペクトル３２ａの発振ｆｉｎｅモードのピーク波長と縦モード波長（発振縦モード線３３ａ）を一致させるために、ｆｉｎｅスペクトルを長波長側へシフトさせている。したがって、従来技術のＲＴＦレーザにおいて位相調整電極１７に適切な電気信号を印加して、発振波長の微調整を実施した後の段階で、ｆｉｎｅスペクトルをさらに波長軸上でシフトすべき方向の情報が得られれば良い。この情報によって、図１のＲＴＦレーザにおけるコントローラ１６による制御手順を簡素化して、ＳＭＳＲの最適化をより簡単に実施できる。そこで、非稼働ポートで観測される発振出力光の強度の大小関係に着目して、ＲＴＦの反射スペクトルの波長軸上の調整方向を決定する実施例について説明する。

【0045】

ここで再び、発振波長の微調整を実施した後の図４の（ｂ）非稼働ポートにおける反射スペクトル＃１、＃２、＃４、＃５に注目する。稼働ポートであるポート３の反射率３２ａのピーク波長（概ね合計反射スペクトル３４ａの最小値の波長）に対して長波長側および短波長側で観測される光の強度が、ポートによって異なることがわかる。図１のＲＴＦレーザの５×５構成のＭＭＩ１２の場合であれば、図４の（ｂ）のようにポート３の反射率３２ａのピークの長波長側（例えば発振縦モード線３３ａ）では、反射率＃２、＃４＞反射率＃１、＃５の関係が成り立つ。一方で、ポート３の反射率３２ａのピークの短波長側（例えば発振縦モード線３３ｃ）では、逆に反射率＃２、＃４＜反射率＃１、＃５の関係が成り立つ。

【0046】

例えばＲＴＦレーザを実際に運用している際に、受光器１５－１～１５－５からの光の強度の関係が反射率＃２、＃４＞反射率＃１、＃５の場合は、発振ｆｉｎｅモード３２ａのピーク波長が所望の発振縦モードピーク波長（発振縦モード線３３ａ）に対して短波長側に位置していると判断できる。一方で、反射率＃２、＃４＜反射率＃１、＃５の場合は発振ｆｉｎｅモード３２ａのピーク波長が所望の発振縦モードピーク波長（発振縦モード線３３ａ）に対して長波長側に位置していると判断できる。与えられた縦モード波長（発振波長）に対して、受光器１５－１～１５－５におけるそれぞれの光の強度の大小関係を比較することで、ｆｉｎｅモードピーク波長すなわちポート３の反射率３２ａを、長波長側および短波長側のどちら側にシフトすれば良いのかについて、調整方向の情報が得られる。

【0047】

上述のＲＴＦの反射スペクトルの波長軸上の調整方向を決定は、図１において、受光器１５－１～１５－５からの光強度信号をそれぞれ予め知られた大小関係に基づいて比較すれば良い。したがって、図１のＲＴＦレーザの構成そのままで、コントローラ１６における制御信号２３の決定処理を変更するだけである。上述の図４の（ｂ）で説明した反射スペクトル＃１、＃２、＃４、＃５のポート間の大小関係は、ポート３に光利得領域が接続された図１のＭＭＩ１１の構成におけるものであって、ＭＭＩの構成や光利得領域が接続される稼働ポートの位置によって異なる。したがって、使用しているＭＭＩを含むＲＴＦレーザの構成に応じて、予め非稼働ポートの内の特定のポート間で観測される発振波長の光の強度の関係を知っておけば良い。要するに、図２で示した波長選択フィルタ特性を把握して、反射スペクトルの波長軸上の調整方向を決定できる関係を知っておけば良い。受光器での光の強度の大小関係を比較する非稼働ポートは何ら限定されず、強度を比較するポートの数も、上述の２ポートと別の２ポートとの関係だけに限られず任意である。

【実施例2】

【0048】

図４および図５で説明したＲＴＦレーザにおけるＳＭＳＲの基本的な制御方法では、発振ｆｉｎｅモードのピーク近傍の発振縦モード線３３ａの波長における各ポートの反射率のみに着目していた。しかしながらＳＭＳＲを最適化するにあたり、ｃｏａｒｓｅスペクトルとｆｉｎｅスペクトルの相対関係に着目すると、発振縦モード線３３ａから離れた隣接するｆｉｎｅスペクトルのピークにおいても、ＳＭＳＲを最適化する上で有効な指標を見出すことができる。

【0049】

図６は、隣接するｆｉｎｅスペクトルのピークにおける最適化を説明する図である。図６の（ａ）および（ｂ）は、発振ｆｉｎｅモードのピーク波長が縦モード条件を満たしている図５の（ａ）および（ｂ）の状態から、さらに隣接するｆｉｎｅモードの反射率をｃｏａｒｓｅフィルタによって調整し、ＳＭＳＲを最適化した状態を示す。図５と同様に、図６の（ａ）は、隣接するｆｉｎｅモードの反射率を調整した反射スペクトルを示している。図６の（ｂ）は、（ａ）の反射スペクトルの発振ｆｉｎｅモード近傍の波長域で、反射率が０付近の非稼働ポート１、２、４、５の反射率を拡大して示した図である。

【0050】

図６の（ｂ）と図５の（ｂ）とを比較すると、図５の（ｂ）では発振縦モードすなわち発振縦モード線３３ａの波長において、非稼働ポートの合計反射スペクトル３４ｂは極値をとっている。しかしながら、非稼働ポートの個別の反射スペクトル＃１、＃２、＃４、＃５は極値ではない。一方で、本実施例の隣接するｆｉｎｅスペクトルのピークでＳＭＳＲを最適化した図６の（ｂ）では、非稼働ポートの合計反射スペクトル３４ｃ、および、個別の反射スペクトル＃１、＃２、＃４、＃５のすべてが、発振縦モード線３３ａの波長で極値を取っている。すなわち、非稼働ポートの合計反射スペクトルを最小化するだけではなく、非稼働ポートの個別の反射スペクトル＃１、＃２、＃４、＃５をそれぞれ最小化するように波長調整電極１８を制御すれば良い。個別の反射スペクトル＃１、＃２、＃４、＃５をそれぞれ独立に波長軸上で制御する方法は知られており、波長調整電極１８のどの電極にどのような電圧を加えるかは、波長調整電極１８の仕様に依る。

【0051】

上述のＳＭＳＲの基本的な制御方法と本実施例との違いは、ｃｏａｒｓｅスペクトルとｆｉｎｅスペクトルの相対関係を反映している点にある。図６の（ａ）を参照すれば、稼働ポート３のｆｉｎｅスペクトルにおいて、発振縦モード線３３ａと一致するピークに隣接する、両側の２つのピークが同じ強度となっている。この時、稼働ポート３のｆｉｎｅスペクトルのピークと隣接するピークとの強度差、すなわちｆｉｎｅモード反射率差３６が最大となっている。図５の（ａ）のｆｉｎｅモード反射率差３６と比較すれば、ｆｉｎｅモードスペクトルの差異は明らかである。ｆｉｎｅモード反射率差３６が最大となる状態は、図６の（ｂ）のように非稼働ポートの個別の反射スペクトル＃１、＃２、＃４、＃５がそれぞれ最小化された状態に対応している。図２で説明したｆｉｎｅスペクトル３１とｃｏａｒｓｅスペクトル３０の関係から理解されるように、図６の（ａ）の調整がされた状態では、ｃｏａｒｓｅスペクトルとｆｉｎｅスペクトルのピークが一致するように調整されていることがわかる。

【0052】

図１において、受光器１５－１～１５－５からの光強度信号２１－１～２１－５について、それぞれを最小化するように波長調整電極１８を制御することができる。このとき、ｃｏａｒｓｅスペクトルおよびｆｉｎｅスペクトルが調整され、発振ｆｉｎｅモードとは異なるモード由来（隣接するｆｉｎｅモード）のＳＭＳＲ劣化も低減することができる。本実施例でも、図１のＲＴＦレーザ１００の構成そのままで、コントローラ１６における制御信号２３の決定処理を変更するだけで良い。すなわち、波長可変光源における発振光を制御する方法で、発振動作に寄与しない２つ以上のポートからの光（反射スペクトル＃１、＃２、＃４、＃５）からの強度に基づいて、これらの強度をそれぞれ最小化するステップを実施すれば良い。

【実施例3】

【0053】

波長可変光源を利用するシステムにおいては、ユーザが求める波長と実際に出力される発振光の波長の差が一定値よりも大きい場合や、レーザ発振光のＳＭＳＲが一定値を下回ってしまう場合が生じ得る。このような状態では、その波長可変光源で意図していた波長チャネルを除いた他の波長チャネルで見ると、波長クロストークが生じており、干渉や妨害が生じていることになる。例えば光通信ネットワークにおいて、異なる波長チャネルごとに情報を搬送する波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）システムにおいては、ある波長可変光源のＳＭＳＲの劣化が、そのまま他の波長チャネルから見た際の雑音光になり得る。通信品質の低下に直結するため、波長可変光源のＳＭＳＲが一定以下になりつつある場合には、その波長可変光源からの光出力そのものを遮断することが望ましい。

【0054】

図７は、発振出力光の遮断手段を備えた波長可変光源の構成を示す図である。図７の波長可変光源はＲＴＦレーザ２００であって、図１に示したＲＴＦレーザ１００と基本的な構成において共通している。したがって、ここでは相違点のみを説明する。実施例３のＲＴＦレーザ２００は、ＲＴＦ１０、光利得領域１１、受光器１５～１～１５－５の構成、および、位相調整電極１７、波長調整電極１８は、図１のＲＴＦレーザ１００と同じである。コントローラ１６－１は、図１のＲＴＦレーザ１００のコントローラ１６と共通のものでも良いし、別個の専用のものでも良い。

【0055】

本実施例のＲＴＦレーザ２００は、光利得領域１１の出力側に、さらに光強度調整器１９を備えている。各受光器で観測される非稼働ポートからの光強度信号２１－１～２１－５は、コントローラ１６－１に与えられる。上述の実施例１および実施例２のように、非稼働ポートからの光強度信号２１－１～２１－５は、発振出力光のＳＭＳＲを反映しており、ＳＭＳＲを最適化するために利用可能である。したがって、上述のＲＴＦレーザにおけるＳＭＳＲの制御方法、実施例１および実施例２において利用される光強度信号２１－１～２１－５を使って、一定程度のＳＭＳＲの低下が確認された場合に、光強度調整器１９でレーザ出力光を遮断または減衰させれば良い。レーザ出力光の強度をオフまたは大幅に下げることで他の波長チャネルへの影響を最小限にできる。光強度調整器１９は、レーザ出力光の出力強度を可変できればどのようなものでも良い。例えば、半導体光増幅器のように光信号を増幅する機構でも良いし、電界吸収型光変調器やマッハツェンダ光変調器などの本来は光信号を生成することを目的とした光変調器でも構わない。

【0056】

上述のように本開示の波長可変光源およびその制御方法では、ＲＴＦレーザの波長選択フィルタの性質を利用し、稼働ポートと、発振動作に直接寄与しない非稼働ポートとの間のフィルタ特性に着目して、非稼働ポートで観測される発振光の波長の光の強度をモニタしている。上述のＲＴＦレーザの波長選択フィルタ特性は、Ｍ×Ｎ構成のＭＭＩで規定されているＭポートにおいて観測される発振波長の光の強度に基づいたものであった。すなわち、図１のＭＭＩ１２において、光利得領域が接続される光導波路を含めて、光導波路が接続される「Ｍポート」の各々からの光を受光器でモニタしている。しかしながら、ＭＭＩでは、一定の幅に限定された光導波路が接続され、ポートとして画定される部分の他の、Ｍポート側の「ポートを除いた部分」からの発振光の漏れ光を含めた強度を利用しても、ＳＭＳＲが反映された情報が得られる。

【0057】

図８は、本開示の波長可変光源の変形例であって、光利得領域が接続される導波路を除いたの「ポートを除いた部分」からの光も利用する形態を示す図である。図８の変形例のＲＴＦレーザ３００において、受光器はＰＤ Ａ ４０ａとＰＤ Ｂ ４０ｂからなり、２つの受光器からの光強度信号４１ａ、４１ｂのみがコントローラ１６に供給される。２つの受光器では、受光器ＰＤ Ａ ４０ａで、ポート１、ポート２および漏れ光を含めた光の強度をモニタし、受光器ＰＤ Ｂ ４０ｂで、ポート４、ポート５および漏れ光を含めた光の強度をモニタしている。すなわち、変形例のＲＴＦレーザでは、Ｍポート側のポートを除いた部分からの発振光の漏れ光の強度に基づいて、ＳＭＳＲを制御することになる。このような形態のＲＴＦレーザ３００でも、上述のＲＴＦレーザにおけるＳＭＳＲの制御および実施例１～３の基本的な仕組みを適応できる。

【0058】

以上詳細に説明をしたように、本開示の波長可変光源およびその制御方法では、稼働ポートと、発振動作に直接寄与しない非稼働ポートとの間のフィルタ特性を考慮して、ＭＭＩの複数の非稼働ポートにおける発振光の波長の光強度を利用する。非稼働ポートにおけるモニタされた光強度が所望の関係となるようにＲＴＦレーザを制御することで、ＳＭＳＲ特性を反映させた波長可変光源の制御が実現される。従来技術のＲＴＦレーザで考慮されていなかった非稼働ポートに対して、受光器を追加するだけでＳＭＳＲを効果的に制御可能となる。波長可変光源においてＳＭＳＲの検査や実動作中のモニタを簡単な機構によって実現できる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】