JP6320192B2 - 波長可変光源および波長可変光源モジュール - Google Patents

Description

本発明は、複数の半導体レーザを集積した波長可変光源および当該波長可変光源を備える波長可変光源モジュールに関する。

近年、通信需要の飛躍的な増加に伴い、波長が異なる複数の信号光を多重化することによって１本の光ファイバで大容量伝送を可能とする波長分割多重通信システムが実現されている。

上記の波長分割多重通信システムに用いられる光源としては、少なくとも３０〜４０ｄＢ以上の高いサイドモード抑圧比（Side Mode Suppression Ratio：SMSR）が得られる単一モードのＬＤ（Laser Diode）（以下、単一モードＬＤという）が好適である。単一モードＬＤには、例えば、分布帰還型ＬＤ（Distributed Feedback Laser Diode、以下、ＤＦＢ−ＬＤという）や、分布ブラッグ反射型ＬＤ（Distributed Bragg Reflector Laser Diode、以下、ＤＢＲ−ＬＤという）等がある。

また、波長分割多重通信システムを実現するためには、全波長帯域をカバーする低コストの波長可変光源が必要となる。当該波長可変光源としては、同一基板上にモノリシック集積されたＬＤ光源が注目されている。

一般的に、上記の波長可変光源は、データ信号を生成する外部変調器モジュールと組み合わせて用いられるが、他に電界吸収（Electro absorption：ＥＡ）型光変調器やマッハツェンダ（Mach Zehnder：MZ）型光変調器を同一基板上にモノリシック集積する研究も行われている。

従来、複数のＤＦＢ−ＬＤの出力側が多モード干渉（Multi Mode Interference）型の光合波回路（以下、ＭＭＩという）の入力導波路に接続され、ＭＭＩにて合波された光が出力導波路から出力するよう構成された波長可変光源が開示されている（例えば、特許文献１参照）。なお、以下では、Ｋ入力（Ｋは自然数）、Ｌ出力（Ｌは自然数）のＭＭＩのことを、Ｋ×Ｌ−ＭＭＩと記す。すなわち、Ｋ入力とはＭＭＩに接続されるＫ本の入力導波路のことをいい、Ｌ出力とはＭＭＩに接続されるＬ本の出力導波路のことをいう。

また、複数のＬＤの出力側がＮ×２−ＭＭＩ（Ｎは３以上の自然数）に接続され、ＭＭＩの２本の出力導波路がマッハツェンダ変調器の２本のアームに接続された波長可変光源が開示されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２によれば、Ｎ×１−ＭＭＩを用いる場合と比較して、光損失を改善することが可能となる。

また、複数のＤＦＢ−ＬＤの出力側がＭＭＩに接続され、ＭＭＩの２本の出力導波路の各々にて位相調整を行った後、他のＭＭＩを介して１本の出力導波路から光が出力されるよう構成された波長可変光源が開示されている（例えば、特許文献３参照）。特許文献３によれば、高出力化とＳＮ比（Signal to Noise ratio）の改善が可能となる。

特許第３８８７７４４号公報 特許第４７２８７４６号公報 特開２０１１−４４５８１号公報

幹線系において伝送速度４０Ｇｂｐｓ以上の波長分割多重通信システムでは、近年、光位相変調を用いたデジタルコヒーレント通信が実用化されつつある。デジタルコヒーレント通信を採用した波長分割多重通信システムでは、レーザ発振線幅が１ＭＨｚ以下、より望ましくは５００ｋＨｚ以下の狭線幅波長可変光源が送受信用の光源として用いられている。

上記のデジタルコヒーレント通信を採用した波長分割多重通信において、送信用および受信用で使用する光信号の波長が異なる場合、送信用と受信用とで別個の波長可変光源が必要であり、当該波長可変光源を備える送受信装置全体の消費電力が増加する。

一方、上記のデジタルコヒーレント通信を採用した波長分割多重通信において、送信用および受信用で使用する光信号の波長が同じ場合も多くあり、一般的に送信用と受信用とで必要とされる狭線幅波長可変光源の光出力は異なる。このような場合は、送受信装置全体の消費電力の低減や実装面積の低減の観点から、１つの波長可変光源を送受信用の光源として兼用することが望ましい。

例えば、特許文献１〜３の波長可変光源を送受信用の光源として兼用する場合において、特許文献１〜３の波長可変光源は１出力であるため偏波保持カプラによって２出力にする必要がある。しかし、このような構成では偏波保持カプラで分岐損が生じてしまうため、当該分岐損を補うために波長可変光源の出力側に設けられた半導体光増幅素子（Semiconductor Optical Amplifier、以下、ＳＯＡという）に対する注入電流を増やして波長可変光源からの光出力を増加させる必要があるが、消費電力やレーザ発振線幅の増大の原因になるという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、送受信用の光源として兼用し、かつレーザ発振線幅および消費電力の増大を抑制することが可能な波長可変光源および波長可変モジュールを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明による波長可変光源は、入力側および出力側を有し、入力側に複数の第１の入力導波路の一端が接続され、出力側に複数の第１の出力導波路が接続され、かつ各第１の入力導波路から入力された光を合波し、当該合波した光を各第１の出力導波路に出力する第１の光合波回路と、各第１の入力導波路の他端に接続され、各々が異なる波長で単一モード発振可能な複数の半導体レーザと、各第１の出力導波路のうちの２つの第１の出力導波路に各々接続され、互いの増幅率が同一ではない２つの光増幅器とを備え、各光増幅器は、出力端側が曲がり導波路として形成され、第１の入力導波路は、１０本以上であり、第１の光合波回路の入力側の入力端面および出力側の出力端面の幅がＷであり、第１の入力導波路がＮ本（Ｎは１０以上の自然数）、かつ第１の出力導波路が２本存在する場合において、第１の入力導波路は、入力端面のＷ／２を中心として対称かつＷ／Ｎの間隔で配置され、第１の出力導波路は、出力端面のＷ／２を中心として対称かつＷ／Ｎの０．７倍以上１．１倍以下の間隔で配置されることを特徴とする。

本発明によると、入力側および出力側を有し、入力側に複数の第１の入力導波路の一端が接続され、出力側に複数の第１の出力導波路が接続され、かつ各第１の入力導波路から入力された光を合波し、当該合波した光を各第１の出力導波路に出力する第１の光合波回路と、各第１の入力導波路の他端に接続され、各々が異なる波長で単一モード発振可能な複数の半導体レーザと、各第１の出力導波路のうちの２つの第１の出力導波路に各々接続され、互いの増幅率が同一ではない２つの光増幅器とを備え、各光増幅器は、出力端側が曲がり導波路として形成され、第１の入力導波路は、１０本以上であり、第１の光合波回路の入力側の入力端面および出力側の出力端面の幅がＷであり、第１の入力導波路がＮ本（Ｎは１０以上の自然数）、かつ第１の出力導波路が２本存在する場合において、第１の入力導波路は、入力端面のＷ／２を中心として対称かつＷ／Ｎの間隔で配置され、第１の出力導波路は、出力端面のＷ／２を中心として対称かつＷ／Ｎの０．７倍以上１．１倍以下の間隔で配置されることを特徴とするため、送受信用の光源として兼用し、かつレーザ発振線幅および消費電力の増大を抑制することが可能となる。

本発明の実施の形態１による波長可変光源の構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態２による波長可変光源の構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態３による波長可変光源の構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態４による波長可変光源の構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態５による波長可変光源におけるＭＭＩ分岐特性の出力導波路間隔依存性を示す図である。 本発明の実施の形態６による波長可変光源におけるＭＭＩ分岐特性の最大導波路幅依存性を示す図である。 本発明の実施の形態７による波長可変光源の構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態８による波長可変光源の構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態９による波長可変光源モジュールの構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１０による送受信装置の構成の一例を示す図である。 前提技術による波長可変光源の構成の一例を示す図である。 前提技術による波長可変光源におけるＭＭＩ入力導波路の構成の一例を示す断面図である。 前提技術による波長可変光源におけるＳＯＡの構成の一例を示す断面図である。 前提技術による送受信装置の構成の一例を示す図である。 前提技術による波長可変光源モジュールの構成の一例を示す図である。

本発明の実施の形態について、図面に基づいて以下に説明する。

なお、以下、各図において同一または同様の構成部分については同じ符号あるいは同じ名称を付しており、それらの機能も同様である。

また、各実施の形態において例示される各構成要素の寸法、材質、形状、あるいはそれらの相対的な配置などは本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜変更されるものであり、本発明はそれらの例示に限定されるものではない。

＜前提技術＞
まず、本発明の前提技術について説明する。

図１１は、前提技術による波長可変光源の構成の一例を示す図であり、発振波長が異なる複数の単一モードＬＤを用いた波長可変光源の構成の一例を示している。

ＤＦＢ−ＬＤアレイ２は、Ｎ個のＤＦＢ−ＬＤ１から構成され、Ｎ×１−ＭＭＩ３（Ｎは３以上の自然数）のＭＭＩ入力導波路４に接続されている。

ＳＯＡ６は、Ｎ×１−ＭＭＩ３のＭＭＩ出力導波路５に接続されている。

上記の構成において、ＤＦＢ−ＬＤアレイ２のうちの任意のＤＦＢ−ＬＤ１をレーザ発振させると、ＤＦＢ−ＬＤ１から出力された光（以下、ＬＤ出力光という）の１／ＮはＭＭＩ出力導波路５にて結合し、残りの（Ｎ−１）／ＮはＭＭＩ出力導波路５の外に放射される。分岐損失や結合損失等の補償は、ＳＯＡ６に対して電流注入することによって行われ、ＳＯＡ６からは高い送信用光出力７が外部に出力される。

図１２は、図１１のＡ−Ａ断面の一例を示す断面図であり、ＭＭＩ入力導波路４の構成の一例を示している。

ＭＭＩ入力導波路４は、ＩｎＰ基板４０上に、ＩｎＰ下部クラッド層４１、ＩｎＰ電流ブロック層４４およびＩｎＧａＡｓＰ導波層４２、ＩｎＰ上部クラッド層４３を順に積層して形成している。ＩｎＧａＡｓＰ導波層４２には、ＬＤ出力光に対する吸収のないＩｎＧａＡｓＰ系材料が用いられている。ＩｎＧａＡｓＰ導波層４２は、バルクのエピタキシャル層でもよく、多重量子井戸（Multiple Quantum Well：MQW）層でもよい。

なお、図１２では、ＭＭＩ入力導波路４の構成について示しているが、ＭＭＩ出力導波路５の構成についても同様である。

また、Ｎ×１−ＭＭＩ３の幅広の多モード領域における構成は、ＩｎＧａＡｓＰ導波層４２の幅（図１２の紙面左右方向の幅）がＭＭＩ入力導波路４およびＭＭＩ出力導波路５よりも広くなっていることを除けば、ＭＭＩ入力導波路４およびＭＭＩ出力導波路５の構成と同様である。

図１３は、図１１のＢ−Ｂ断面の一例を示す断面図であり、ＳＯＡ６の構成の一例を示している。

ＳＯＡ６は、ＩｎＰ基板４０上に、ＩｎＰ下部クラッド層４１、ＩｎＰ電流ブロック層４４およびＩｎＧａＡｓＰ活性層４５、ＩｎＰ上部クラッド層４３、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４６を順に積層して形成している。ＩｎＧａＡｓＰ活性層４５には、ＭＭＩ出力導波路５を通過する光（以下、導波光という）に対して利得を有するＩｎＧａＡｓＰ系材料が用いられている。ＩｎＧａＡｓＰ活性層４５は、バルクのエピタキシャル層でもよく、多重量子井戸（Multiple Quantum Well：MQW）層でもよい。

なお、図１３では、ＳＯＡ６の構成について示しているが、ＤＦＢ−ＬＤ１の構成についても同様である。ＤＦＢ−ＬＤ１およびＳＯＡ６では、ＩｎＰ基板４０およびＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４６に設けられた電極（図示せず）を介して電流注入を行うと、ＩｎＧａＡｓＰ活性層４５に利得が生じて自然放出光が発生する。ＤＦＢ−ＬＤ１では、回折格子によって反射された特定の波長の自然放出光が誘導放出の種光となり、予め定められた閾値電流を超えるとレーザ発振する。一方、ＳＯＡ６は、ＬＤ出力光に対する増幅器として機能するが、単独でレーザ発振しないように設計されている。

ＤＦＢ−ＬＤ１の発振波長は、ＤＦＢ−ＬＤ１の温度（以下、素子温度という）に応じて約０．１ｎｍ／℃の割合で変化する。従って、素子温度を所定の範囲（例えば、１０〜５０℃）で変化させたときに、ＤＦＢ−ＬＤアレイ２（例えば、Ｎ＝１０〜１６）のうちの任意のＤＦＢ−ＬＤ１の発振波長が、隣接する他のＤＦＢ−ＬＤ１の発振波長と一致するように、各ＤＦＢ−ＬＤ１の発振波長の間隔を設計しておく。このとき、ＤＦＢ−ＬＤ１の選択と素子温度調整との併用によって、ワンチップで形成されたＤＦＢ−ＬＤアレイ２でＣ帯（Conventional band）またはＬ帯（Long band）の全波長帯域（約３０〜４０ｎｍ）をカバーすることができる。

図１４は、前提技術による送受信装置８の構成の一例を示す図であり、デジタルコヒーレント通信システム用の送受信装置８の構成を示している。

波長可変光源モジュール９から出力された送信用光出力７は、変調器モジュール１０にて変調された後、送信信号１１として外部に出力される。

また、外部から受信した受信信号１２は、波長可変光源モジュール９から出力された受信用光出力１３とともに受信モジュール１４に入力され、信号処理後に復元される。

図１４に示す送受信装置８において、変調器モジュール１０にて挿入損失が生じるため、一般的に送信用光出力７は高い出力を必要とするが、受信用光出力１３は相対的に低い出力であってもよい。

しかし、上述の通り、送信用および受信用で使用する光信号の波長が同じ場合は、送受信装置８全体の消費電力の低減や実装面積の低減の観点から、１つの波長可変光源モジュールを送受信用の光源として兼用することが望ましい。

図１５は、前提技術による波長可変光源モジュール９の構成の一例を示す図であり、送信用および受信用で使用する光信号の波長が同じであり、１つの波長可変光源モジュールを送受信用の光源として兼用した場合の構成を示している。

波長可変光源モジュール９は、波長可変光源１５と、結合光学系１６と、ビームスプリッタ１８と、モニタ１９とを備えている。また、波長可変光源モジュール９のＬＤ出力側には、光ファイバ１７および偏波保持カプラ２０が接続されている。

波長可変光源１５は単一モードのＬＤ出力光を出射し、出射されたＬＤ出力光はレンズや光アイソレータ（図示せず）等を含む結合光学系１６を介して光ファイバ１７に結合する。光ファイバ１７に結合したＬＤ出力光は、偏波保持カプラ２０によって所定の比率に分岐され、分岐された各々のＬＤ出力光は送信用光出力７および受信用光出力１３として出力される。

また、結合光学系１６を通過するＬＤ出力光の一部は、ビームスプリッタ１８にて取り出され、波長フィルタやフォトダイオード等（図示せず）を含むモニタ１９にてＬＤ出力光の波長や出力レベルが検出される。

上記の構成において、波長可変光源１５は１出力であるため、偏波保持カプラによって２出力にしている。しかし、このような構成では偏波保持カプラで分岐損が生じてしまうため、当該分岐損を補うために波長可変光源の出力側に設けられたＳＯＡ（図示せず）に対する注入電流を増やして波長可変光源１５からのＬＤ出力光の出力を増加させる必要があるが、消費電力やレーザ発振線幅の増大の原因になるという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、以下に詳細に説明する。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１による波長可変光源の構成の一例を示す図である。

本実施の形態１による波長可変光源は、１２個のＤＦＢ−ＬＤ１（半導体レーザ）から構成されるＤＦＢ−ＬＤアレイ２と、ＭＭＩ入力導波路４（第１の入力導波路）と、１２×２−ＭＭＩ２１（第１の光合波回路）と、第１のＳＯＡ２２および第２のＳＯＡ２３（光増幅器）とを備えており、それらの出力端側が曲がり導波路２４として形成されている。図１１に示す前提技術による波長可変光源との差異は、本実施の形態１の１２×２−ＭＭＩ２１に２つのＭＭＩ出力導波路５が接続されている点である。

なお、図１１の前提技術および本実施の形態における説明図では、簡単のため出力光を水平方向に描いているが、実際には出射導波路の曲がり角で決まる方向に出射されることは言うまでもない。後述するように、各々の出力光は、小型レンズ光学系により、２本の光ファイバに独立して結合することができる。

１２×２−ＭＭＩ２１は、入力側および出力側を有し、入力側に１２本のＭＭＩ入力導波路４の一端が接続され、出力側に２本のＭＭＩ出力導波路５が接続され、かつ各ＭＭＩ入力導波路４から入力されたＬＤ出力光を合波し、当該合波したＬＤ出力光を各ＭＭＩ出力導波路５に出力する。

１２個のＤＦＢ−ＬＤ１は、各ＭＭＩ入力導波路４の他端に接続され、各々が異なる波長で単一モード発振可能である。

第１のＳＯＡ２２および第２のＳＯＡ２３は、各ＭＭＩ出力導波路５のうちの２つのＭＭＩ出力導波路５に各々接続されている。

２つのＭＭＩ出力導波路５の出射端側には、長さ（ＬＤ出力光の通過方向の長さ）以外は同一の導波路型のＳＯＡ（第１のＳＯＡ２２および第２のＳＯＡ２３）が設けられており、第１のＳＯＡ２２および第２のＳＯＡ２３の各々には電流注入機構（図示せず）が独立して接続されている。第１のＳＯＡ２２および第２のＳＯＡ２３は、ＭＭＩ出力導波路５の所定の箇所をエッチングで除去した後、バットジョイント成長と呼ばれる再成長技術によって、ＭＭＩ出力導波路５の断面と第１のＳＯＡ２２および第２のＳＯＡ２３の断面とが直接接合するように形成される。また、出力端での反射戻り光の発生を抑制するために、出力端面には無反射コーティング（図示せず）が施されており、かつ第１のＳＯＡ２２および第２のＳＯＡ２３の出力端側に曲がり導波路２４を形成することによって、出力端面からの反射戻り光を低減し、レーザ発振線幅の増大を抑制している。反射戻り光の発生を抑制することによって、レーザ発振線幅の増大を抑制することができる。

なお、ＭＭＩ入力導波路４、ＭＭＩ出力導波路５、ＤＦＢ−ＬＤ１、第１のＳＯＡ２２、および第２のＳＯＡ２３の構成は、図１２および図１３に示す構成と同様であるため、ここでは説明を省略する。

次に、波長可変光源の動作について説明する。

任意のＤＦＢ−ＬＤ１を選択して閾値電流以上の電流注入を行うと、当該選択されたＤＦＢ−ＬＤ１にてレーザ発振が生じる。ＤＦＢ−ＬＤ１から出力されたＬＤ出力光は、ＭＭＩ入力導波路４を介して１２×２−ＭＭＩ２１の多モード領域に入力される。後述の通り（実施の形態３，５，６参照）、１２×２−ＭＭＩ２１が適切に設計されていれば、全波長帯域に渡って２つのＭＭＩ出力導波路５に略等しく、それぞれ前提技術によるＤＦＢ−ＬＤ１（図１１参照）と略同程度である約１／１２の割合でＬＤ出力光を結合させることができる。従って、２つのＭＭＩ出力導波路５を設けたとしても、前提技術によるＤＦＢ−ＬＤ１よりも駆動電流を増大させる必要はない（すなわち、ＤＦＢ−ＬＤ１の駆動電流は前提技術と同程度でよい）。

第１のＳＯＡ２２および第２のＳＯＡ２３に対して電流注入を行うと、各ＭＭＩ出力導波路５を進行するＬＤ出力光は増幅され、電流値を増やすと第１のＳＯＡ２２および第２のＳＯＡ２３における増幅率も増大する。当該増幅率は、入力光を基準とした出力光強度を対数表示することによって表されるが、一般的に非線形的な振る舞いを示す。すなわち、入力光が弱い（低出力）と増幅率は略一定であるが、入力光が強い（高出力）と増幅率が低下するため、最大出力が入力光強度とともに飽和する傾向を示す。また、第１のＳＯＡ２２および第２のＳＯＡ２３の単位長さ当たりの飽和出力は、第１のＳＯＡ２２および第２のＳＯＡ２３の活性層（図１３のＩｎＧａＡｓＰ活性層４５に相当）の光閉じ込め係数や電流密度によって決まる。従って、第１のＳＯＡ２２および第２のＳＯＡ２３の活性層の光閉じ込め係数や電流密度が同じであれば、第１のＳＯＡ２２および第２のＳＯＡ２３の最大出力は、第１のＳＯＡ２２および第２のＳＯＡ２３の長さによって決定される。

図１に示すように、第１のＳＯＡ２２の長さは第２のＳＯＡ２３の長さよりも長く、活性層の幅や光閉じ込め係数は同一である。従って、同じ電流密度における最大出力は、第１のＳＯＡ２２の方が第２のＳＯＡ２３よりも高くなる。すなわち、第１のＳＯＡ２２の方が第２のＳＯＡ２３よりも増幅率が高い。

上述の通り、デジタルコヒーレント通信システム用の送受信装置では、受信用光出力１３は送信用光出力７よりも低くてもよいため、第１のＳＯＡ２２にて増幅された光を送信用光出力７として用い、第２のＳＯＡ２３にて増幅された光を受信用光出力１３として用いることが可能となる。

換言すれば、第１のＳＯＡ２２の長さが前提技術によるＳＯＡ６（図１１参照）と同一であれば、同等の送信用光出力７を得るために必要なＤＦＢ−ＬＤ１の駆動電流と第１のＳＯＡ２２に対する注入電流は同じであり、受信用光出力１３を得るために必要な第２のＳＯＡ２３に対する注入電流は前提技術よりも少ない。従って、図１に示す本実施の形態１による１つの波長可変光源を送受信装置に用いた場合、別個の波長可変光源を用いた前提技術による送受信装置（図１４参照）に比べて、消費電力を１／２以下に低減することができる。

以上のことから、本実施の形態１によれば、波長可変光源を送受信用の光源として兼用し、かつレーザ発振線幅および消費電力の増大を抑制することが可能となる。

＜実施の形態２＞
図２は、本発明の実施の形態２による波長可変光源の構成の一例を示す図である。

図２に示すように、本実施の形態２による波長可変光源は、１２×３−ＭＭＩ２５を備えることを特徴としている。すなわち、ＭＭＩ出力導波路５を３つ備えることを特徴としている。その他の構成および動作は実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。

３つのＭＭＩ出力導波路５のうちの２つには、実施の形態１と同様に第１のＳＯＡ２２および第２のＳＯＡ２３が形成されている。また、残り１つのＭＭＩ出力導波路５にはＳＯＡが形成されず、モニタ用光出力２６として用いられる。

次に、波長可変光源の動作について説明する。

任意のＤＦＢ−ＬＤ１を選択して閾値電流以上の電流注入を行うと、当該選択されたＤＦＢ−ＬＤ１にてレーザ発振が生じる。ＤＦＢ−ＬＤ１から出力されたＬＤ出力光は、ＭＭＩ入力導波路４を介して１２×３−ＭＭＩ２５の多モード領域に入力される。後述の通り（実施の形態４参照）、１２×３−ＭＭＩ２５が適切に設計されていれば、全波長帯域に渡って２つのＭＭＩ出力導波路５に略等しく、それぞれ前提技術によるＤＦＢ−ＬＤ１（図１１参照）と略同程度である約１／１２の割合でＬＤ出力光を結合させることができ、前提技術によるＤＦＢ−ＬＤ１よりも駆動電流を増大させる必要はない（すなわち、ＤＦＢ−ＬＤ１の駆動電流は前提技術と同程度でよい）。

第１のＳＯＡ２２および第２のＳＯＡ２３に対して電流注入を行うと、各ＭＭＩ出力導波路５を進行するＬＤ出力光は増幅され、第１のＳＯＡ２２にて増幅された光を送信用光出力７として用い、第２のＳＯＡ２３にて増幅された光を受信用光出力１３として用いる。

また、モニタ用光出力２６は、適切なフォトダイオードやエタロンの組み合わせで受光することによって、光出力あるいは発振波長のモニタ用として用いることができる。

以上のことから、本実施の形態２によれば、実施の形態１による効果に加えて、ＬＤ出力光の発振波長や光出力をモニタすることができる。

＜実施の形態３＞
図３は、本発明の実施の形態３による波長可変光源の構成の一例を示す図である。

本実施の形態３では、Ｎ×２−ＭＭＩ（Ｎは３以上の自然数）を適切に設計すること、すなわち、Ｎ×２−ＭＭＩに対してＭＭＩ入力導波路４およびＭＭＩ出力導波路５を適切に配置することについて説明する。

なお、本実施の形態３による波長可変光源の構成および動作は、実施の形態１（図１参照）と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図３に示すように、Ｎ×２−ＭＭＩ２１（Ｎ＝１２）の多モード領域の横幅（Ｎ×２−ＭＭＩ２１の入力側の入力端面および出力側の出力端面の幅）をＷ、長さ（入力端面および出力端面と直交する面の長さ）をＬとする。

１２本のＭＭＩ入力導波路４の配置位置は、１２×２−ＭＭＩ２１の多モード領域の横幅中央を原点（座標０）として（入力端面のＷ／２を中心として）、対称かつＷ／Ｎの間隔で配置されている。また、両外側の２本のＭＭＩ入力導波路４は、１２×２−ＭＭＩ２１の多モード領域の端からＷ／（２Ｎ）の位置、すなわち座標（Ｗ／２−Ｗ／２４、−Ｗ／２＋Ｗ／２４）に配置されている。

一方、２つのＭＭＩ出力導波路５も、出力端面のＷ／２を中心として、対称かつＷ／Ｎの間隔で配置され、図３の例では１２本のＭＭＩ入力導波路４のうちの中央に配置される２本のＭＭＩ入力導波路４と同じ中心対称位置、すなわち座標（±Ｗ／２４）に配置される。

なお、１２×２−ＭＭＩ２１の多モード領域の長さＬは、ＭＭＩ入力導波路４の配置を上記と同様にした場合におけるＮ×１−ＭＭＩ３の長さＬの最適値と略同じでよい。

以上のことから、本実施の形態３によれば、Ｎ×２−ＭＭＩに対するＭＭＩ入力導波路４およびＭＭＩ出力導波路５を適切に配置することによって、実施の形態１と同様の効果が得られる。

＜実施の形態４＞
図４は、本発明の実施の形態４による波長可変光源の構成の一例を示す図である。

本実施の形態４では、Ｎ×３−ＭＭＩ（Ｎは３以上の自然数）を適切に設計すること、すなわち、Ｎ×３−ＭＭＩに対してＭＭＩ入力導波路４およびＭＭＩ出力導波路５を適切に配置することについて説明する。

なお、本実施の形態４による波長可変光源の構成および動作は、実施の形態２（図２参照）と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図４に示すように、Ｎ×３−ＭＭＩ２５（Ｎ＝１２）の多モード領域の横幅（Ｎ×２−ＭＭＩ２１の入力側の入力端面および出力側の出力端面の幅）をＷ、長さ（入力端面および出力端面と直交する面の長さ）をＬとする。

１２本のＭＭＩ入力導波路４の配置位置は、１２×３−ＭＭＩ２５の多モード領域の横幅中央を原点（座標０）として（入力端面のＷ／２を中心として）、対称かつＷ／Ｎの間隔で配置されている。また、両外側の２本のＭＭＩ入力導波路４は、１２×３−ＭＭＩ２５の多モード領域の端からＷ／（２Ｎ）の位置、すなわち座標（Ｗ／２−Ｗ／２４、−Ｗ／２＋Ｗ／２４）に配置されている。

一方、２つのＭＭＩ出力導波路５も、出力端面のＷ／２を中心として、対称かつＷ／Ｎの間隔で配置され、図４の例では１２本のＭＭＩ入力導波路４のうちの中央に配置される３本のＭＭＩ入力導波路４と同じ中心対称位置、すなわち座標（０、±Ｗ／２４）に配置される。

なお、１２×３−ＭＭＩ２５の多モード領域の長さＬは、ＭＭＩ入力導波路４の配置を上記と同様にした場合におけるＮ×１−ＭＭＩ３の長さＬの最適値と略同じでよい。

以上のことから、本実施の形態４によれば、Ｎ×３−ＭＭＩに対するＭＭＩ入力導波路４およびＭＭＩ出力導波路５を適切に配置することによって、実施の形態２と同様の効果が得られる。

＜実施の形態５＞
実施の形態３の波長可変光源において、Ｎ×２−ＭＭＩ２１（Ｎ＝１２）の２本のＭＭＩ出力導波路５は、多モード領域（横幅Ｗ、長さＬ）の横幅中央を原点（座標０）として、Ｗ／Ｎの間隔で中心対称位置の座標（±Ｗ／２４）に配置された。

ＭＭＩ入力導波路４とＭＭＩ出力導波路５とは、前提技術による波長可変光源と略同程度の割合でＬＤ出力光を結合させることができるが、厳密には入力導波路位置や波長によるばらつきが存在する。ここで、ＭＭＩ入力導波路４から１本のＭＭＩ出力導波路５までの結合量ばらつきを結合損失分散、２本のＭＭＩ出力導波路５同士の結合量ばらつきを出力差分散と定義する。結合損失分散および出力差分散は、共に最小になることが望ましい。

出力導波路５の間隔を最適化することによって、実施の形態３よりも結合損失分散および出力差分散を改善することが可能である。図５は、１２×２−ＭＭＩにおける結合損失分散および出力差分散の出力導波路間隔依存性を示す図である。横軸の導波路間隔は、標準の導波路間隔（Ｗ／Ｎ）に対して規格化されている。

図５に示すように、ＭＭＩ出力導波路５の間隔がＷ／Ｎの０．９倍である場合において、結合損失分散および出力差分散が最適（最小）となることが分かる。また、ＭＭＩ出力導波路５の間隔の０．７倍以上かつ１．１倍以下の範囲において、出力差分散の最適値からのずれを２ｄＢ以下に抑えることが可能である。

以上のことから、本実施の形態５によれば、ＭＭＩ出力導波路５を、出力端面のＷ／２を中心として対称とし、Ｗ／Ｎの０．７倍以上かつ１．１倍以下の間隔で配置することによって、実施の形態３よりも結合損失分散および出力差分散を改善する効果が得られる。

＜実施の形態６＞
実施の形態５による波長可変光源において、ＭＭＩ入力導波路４およびＭＭＩ出力導波路５の幅Ｗ０は一定であった。各導波路の中心間隔ｄは、ＭＭＩ入力導波路４側がＷ／Ｎ、ＭＭＩ出力導波路５側がＷ／Ｎの０．７倍以上かつ１．１倍以下である。

ＭＭＩ多モード領域（横幅Ｗ、長さＬ）の近傍において、ＭＭＩ入力導波路４およびＭＭＩ出力導波路５の幅をＷ０から広げるテーパ導波路（Ｗｔａｐｅｒ、最大ｄ以下）を導入することによって、結合損失分散および出力差分散を実施の形態５よりも改善することができる。図６は、１２×２−ＭＭＩにおける結合損失分散および出力差分散のテーパ導波路幅依存性を示す図である。横軸のテーパ導波路幅は、標準の導波路幅Ｗ０に対して規格化されている。

図６に示すように、テーパ導波路幅を、標準の導波路幅Ｗ０の１．０５倍以上かつ最大で導波路間隔以下までテーパ状に広げる（すなわち、ＭＭＩ入力導波路４およびＭＭＩ出力導波路５の各々の幅を、ＭＭＩ多モード領域（第１の光合波回路）の入力端面および出力端面に近づくに従って、Ｗ０の１．０５倍以上、かつＭＭＩ入力導波路４およびＭＭＩ出力導波路５の配置間隔以下までテーパ状に広げる）ことによって、テーパなしの場合よりも結合損失分散を１ｄＢ、出力差分散を２ｄＢ以上改善できることが可能である。

以上のことから、本実施の形態６によれば、ＭＭＩ入力導波路４およびＭＭＩ出力導波路５の各々の幅を、標準の導波路幅Ｗ０の１．０５倍以上かつ最大で導波路間隔以下までテーパ状に広げることによって、実施の形態５よりも結合損失分散および出力差分散を改善する効果が得られる。

＜実施の形態７＞
図７は、本発明の実施の形態７による波長可変光源の構成の一例を示す図である。

本実施の形態７では、１２×２−ＭＭＩ２１が、３×１−ＭＭＩ２７（第２の光合波回路）と４×２−ＭＭＩ２８（第３の光合波回路）とによって構成されることを特徴としている。その他の構成および動作は、実施の形態１（図１参照）と同様であるため、ここでは説明を省略する。

１２×２−ＭＭＩ２１は、４個の３×１−ＭＭＩ２７と、１個の４×２−ＭＭＩ２８とから構成されている。

１２個のＤＦＢ−ＬＤ１（図示せず）は、３個を一組として４組に分かれて配置され、各々３個のＤＦＢ−ＬＤ１がＭＭＩ入力導波路４に接続されている。

各々３本のＭＭＩ入力導波路４は、３×１−ＭＭＩ２７の入力側に接続されている。また、１本の出力導波路（第２の出力導波路）が出力側に接続されている。

各３×１−ＭＭＩ２７の出力導波路は、入力導波路（第２の入力導波路）として４×２−ＭＭＩ２８の入力側に接続されている。また、２本のＭＭＩ出力導波路５が４×２−ＭＭＩ２８の出力側に接続されている。

以上のことから、本実施の形態７によれば、１２×２−ＭＭＩ２１を、３×１−ＭＭＩ２７と４×２−ＭＭＩ２８とによって構成しても、実施の形態２と同様の効果が得られる。すなわち、ＤＦＢ−ＬＤ１がｍ個（ｍは２以上の自然数）を一組としてｎ組（ｎは２以上の自然数）存在する場合において、１２×２−ＭＭＩ２１が、各々ｍ本のＭＭＩ入力導波路４が入力側に接続され、１本の出力導波路が出力側に接続されたｎ個の３×１−ＭＭＩ２７と、各３×１−ＭＭＩ２７に接続された合計ｎ本の出力導波路が入力導波路として入力側に接続され、ＭＭＩ出力導波路５が出力側に接続された４×２−ＭＭＩ２８とを備えるよう構成しても、実施の形態１と同様の効果が得られる。

なお、本実施の形態７では、実施の形態１と同様の構成である場合について説明したが、Ｎ×２−ＭＭＩを備える波長可変光源であれば適用可能である。

＜実施の形態８＞
図８は、本発明の実施の形態８による波長可変光源の構成の一例を示す図である。

本実施の形態８では、１２×３−ＭＭＩ２５が、３×１−ＭＭＩ２７と４×３−ＭＭＩ２９とによって構成されることを特徴としている。その他の構成および動作は、実施の形態２（図２参照）と同様であるため、ここでは説明を省略する。

１２×３−ＭＭＩ２５は、４個の３×１−ＭＭＩ２７と、１個の４×３−ＭＭＩ２９とから構成されている。

１２個のＤＦＢ−ＬＤ１（図示せず）は、３個を一組として４組に分かれて配置され、各々３個のＤＦＢ−ＬＤ１がＭＭＩ入力導波路４に接続されている。

各々３本のＭＭＩ入力導波路４は、３×１−ＭＭＩ２７の入力側に接続されている。また、１本の出力導波路（第２の出力導波路）が出力側に接続されている。

各３×１−ＭＭＩ２７の出力導波路は、入力導波路として４×３−ＭＭＩ２９の入力側に接続されている。また、３本のＭＭＩ出力導波路５が４×３−ＭＭＩ２９の出力側に接続されている。

以上のことから、本実施の形態８によれば、１２×３−ＭＭＩ２５を、３×１−ＭＭＩ２７と４×３−ＭＭＩ２９とによって構成しても、実施の形態３と同様の効果が得られる。すなわち、ＤＦＢ−ＬＤ１がｍ個（ｍは２以上の自然数）を一組としてｎ組（ｎは２以上の自然数）存在する場合において、１２×３−ＭＭＩ２５が、各々ｍ本のＭＭＩ入力導波路４が入力側に接続され、１本の出力導波路が出力側に接続されたｎ個の３×１−ＭＭＩ２７と、各３×１−ＭＭＩ２７に接続された合計ｎ本の出力導波路が入力導波路として入力側に接続され、ＭＭＩ出力導波路５が出力側に接続された４×３−ＭＭＩ２９とを備えるよう構成しても、実施の形態２と同様の効果が得られる。

なお、本実施の形態８では、実施の形態２と同様の構成である場合について説明したが、Ｎ×３−ＭＭＩを備える波長可変光源であれば適用可能である。

＜実施の形態９＞
図９は、本発明の実施の形態９による波長可変光源モジュール３０の構成の一例を示す図である。

本実施の形態９では、実施の形態１〜８による波長可変光源のいずれかを、波長可変光源モジュール３０の波長可変光源３１として用いることを特徴としている。波長可変光源モジュール３０におけるその他の構成および動作は、図１５の前提技術による波長可変光源モジュール９と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図９に示すように、波長可変光源モジュール３０の２つの出力ポートは、結合光学系１６によって２本の光ファイバ１７に分離して結像され、各光ファイバ１７から出力される光を送信用光出力７および受信用光出力１３として用いることができる。すなわち、波長可変光源３１から出力された複数の出力光の各々を別個に取り出している。

以上のことから、本実施の形態９によれば、図１５の前提技術による波長可変光源モジュール９の出力側に設けた偏波保持カプラ２０が不要となるため、前提技術による波長可変光源モジュール９よりもレーザ発振線幅の増大を抑制することができる。

＜実施の形態１０＞
図１０は、本発明の実施の形態１０による送受信装置３２の構成の一例を示す図である。

本実施の形態１０では、送受信装置３２が、実施の形態８による波長可変光源モジュール３０を備えることを特徴としている。

波長可変光源モジュール３０から出力された送信用光出力７は、変調器モジュール１０にて変調された後、送信信号１１として外部に出力される。

また、外部から受信した受信信号１２は、波長可変光源モジュール３０から出力された受信用光出力１３とともに受信モジュール１４に入力され、信号処理後に復元される。

このように、波長可変光源モジュール３０は、送受信用の光源モジュールとして兼用されている。

以上のことから、本実施の形態１０によれば、波長可変光源モジュール３０を送受信用の光源モジュールとして兼用することができるため、前提技術による２つの波長可変光源モジュール９を用いた送受信装置８（図１４参照）よりも消費電力を低減することができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ ＤＦＢ−ＬＤ、２ ＤＦＢ−ＬＤアレイ、３ ＭＭＩ、４ ＭＭＩ入力導波路、５ ＭＭＩ出力導波路、６ ＳＯＡ、７ 送信用光出力、８ 送受信装置、９ 波長可変光源モジュール、１０ 変調器モジュール、１１ 送信信号、１２ 受信信号、１３ 受信用光出力、１４ 受信モジュール、１５ 波長可変光源、１６ 結合光学系、１７ 光ファイバ、１８ ビームスプリッタ、１９ モニタ、２０ 偏波保持カプラ、２１ １２×２−ＭＭＩ、２２ 第１のＳＯＡ、２３ 第２のＳＯＡ、２４ 曲がり導波路、２５ １２×３−ＭＭＩ、２６ モニタ用光出力、２７ ３×１−ＭＭＩ、２８ ４×２−ＭＭＩ、２９ ４×３−ＭＭＩ、３０ 波長可変光源モジュール、３１ 波長可変光源、３２ 送受信装置、４０ ＩｎＰ基板、４１ ＩｎＰ下部クラッド層、４２ ＩｎＧａＡｓＰ導波層、４３ ＩｎＰ上部クラッド層、４４ ＩｎＰ電流ブロック層、４５ ＩｎＧａＡｓＰ活性層、４６ ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層。

Claims (4)

1. 入力側および出力側を有し、前記入力側に複数の第１の入力導波路の一端が接続され、前記出力側に複数の第１の出力導波路が接続され、かつ各前記第１の入力導波路から入力された光を合波し、当該合波した前記光を各前記第１の出力導波路に出力する第１の光合波回路と、
   各前記第１の入力導波路の他端に接続され、各々が異なる波長で単一モード発振可能な複数の半導体レーザと、
   各前記第１の出力導波路のうちの２つの前記第１の出力導波路に各々接続され、互いの増幅率が同一ではない２つの光増幅器と、
   を備え、
   各前記光増幅器は、出力端側が曲がり導波路として形成され、
   前記第１の入力導波路は、１０本以上であり、
   前記第１の光合波回路の前記入力側の入力端面および前記出力側の出力端面の幅がＷであり、前記第１の入力導波路がＮ本（Ｎは１０以上の自然数）、かつ前記第１の出力導波路が２本存在する場合において、
   前記第１の入力導波路は、前記入力端面のＷ／２を中心として対称かつＷ／Ｎの間隔で配置され、
   前記第１の出力導波路は、前記出力端面のＷ／２を中心として対称かつＷ／Ｎの０．７倍以上１．１倍以下の間隔で配置されることを特徴とする、波長可変光源。
2. 前記第１の入力導波路および前記第１の出力導波路の各々の幅は、前記第１の光合波回路の前記入力端面および前記出力端面の近傍を除き一定幅であり、かつ前記近傍では前記第１の光合波回路の前記入力端面および前記出力端面に近づくに従って、前記一定幅の１．０５倍以上、かつ前記第１の入力導波路および前記第１の出力導波路の配置間隔以下までテーパ状に広がることを特徴とする、請求項１に記載の波長可変光源。
3. 前記半導体レーザがｍ個（ｍは２以上の自然数）を一組としてｎ組（ｎは２以上の自然数）存在する場合において、
   前記第１の光合波回路は、
   各々ｍ本の前記第１の入力導波路が入力側に接続され、１本の第２の出力導波路が出力側に接続されたｎ個の第２の光合波回路と、
   各前記第２の光合波回路に接続された合計ｎ本の前記第２の出力導波路が第２の入力導波路として入力側に接続され、前記第１の出力導波路が出力側に接続された第３の光合波回路と、
   を備えることを特徴とする、請求項１に記載の波長可変光源。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の波長可変光源を備え、
   前記波長可変光源から出力された複数の出力光の各々を別個に取り出し可能であることを特徴とする、波長可変光源モジュール。

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